基于STM32單片機的停車場管理系統設計

摘 要：當今社會停車難問題日益突出，提升停車場管理水平是解決該問題的重要途徑之一。針對傳統停車場管理系統存在的操作不便、成本較高等問題，設計了以STM32單片機為控制核心的停車場管理系統。該系統利用OV系列攝像頭進行圖像采集，借助單片機對圖像信息進行處理得到車輛信息，同時將停車場信息實時顯示在TFT屏幕上，實現了停車場車位狀態實時監控、車位引導、計時收費等功能。此外，通過鍵盤模塊可以設置車位數量，使該設計的應用范圍更加廣泛。測試結果表明，該系統能夠在各種環境下識別不同類型的車牌信息，且能準確顯示車位狀態。所選用的單片機具有操作簡便的特點，且不受場地的限制，成本較為低廉。這使得停車場的使用效率得以提高，讓停車場的管理變得更加智能化與高效化，為人們的出行帶來了諸多便利。

關鍵詞：圖像采集；車牌識別；STM32單片機；停車場管理；TFT屏幕；智能化

中圖分類號：TP368.1 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2025）06-0-04

DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2025.06.033

0 引 言

隨著我國經濟的持續增長及城市化進程的加快，人們對汽車的需求也隨之增長，汽車數量急劇增加，然而國內停車場建設相對滯后，停車難現象日益凸顯。但盲目增加停車場數量可能會消耗大量的人力成本和管理成本，因此設計一款智能化、高效化的停車場管理系統具有較高的社會應用價值[1]。

在目前實際應用的停車場管理系統中，部分系統在提高系統可靠性的同時增加了系統的成本，部分系統使用的設備并非為停車場專門設計的產品，難以適應停車場高溫差、高濕度、信號干擾嚴重的環境；還有的系統設備故障頻發，維修周期長，存在效率低下、智能化程度不高等問題[2]。

本文設計了一種基于STM32單片機的停車場管理系統，STM32單片機作為一種高性能、低功耗的嵌入式系統芯片，具有強大的處理能力和豐富的外設接口，非常適合用于停車場管理系統的設計與實現。該系統操作簡單、智能化程度高，可實現停車場車位狀態實時監控、車位引導、計時收費等功能，可應用在商場、超市、居民樓等各類停車場。

1 總體方案

本文系統旨在準確檢測車輛信息，并根據停車時間計算停車費用，同時實時顯示停車場的車位情況。基于此，將系統分為三大部分：輸入部分、控制部分和輸出部分，如圖1所示。控制部分采用STM32F103RCT6單片機；輸入部分采用攝像頭進行圖像采集，傳送給單片機進行圖像處理，完成車輛識別過程；按鍵輸入采用獨立按鍵，可對停車場車位數量進行設置；輸出部分包括顯示模塊、驅動模塊及報警模塊，其中顯示模塊實時顯示停車場狀態，報警模塊采用蜂鳴器報警，驅動模塊通過驅動閘門電機實現抬桿、落桿[3]。

2 硬件設計

2.1 控制部分

本文系統的主控芯片采用STM32F103RCT6單片機，該單片機采用Cortex-M3內核，其運算速度以及響應速度極快，最高主頻72 MHz，具有高性能和低功耗的特點；內部集成AD/DA且具備SPI總線和I2C總線，方便與外設及傳感器完成信息傳輸。主控部分采用單片機最小系統[4]，單片機主要引腳說明見表1。

2.2 圖像采集模塊

圖像采集模塊采用OV7670攝像頭，該模塊自帶FIFO，解決了攝像頭和單片機數據傳輸過程中的速度匹配問題[5]。此外，該模塊體積小，工作電壓低，可提供攝像頭和影像處理器的所有功能。VGA圖像采集速率最高可達30 FPS，通過SCCB總線控制接口，能夠以整幀輸出、子采樣、窗口選取等方式采集不同分辨率的8位影像數據[6]。用戶可以控制圖像質量、數據格式和傳輸方式。該模塊電路設計如圖2所示，OV7670攝像頭的D0～D7像素數據引腳連接單片機PA口，進行數據輸入。單片機的PC口提供攝像頭的相關信號，讀寫過程如下：

圖像存儲過程：等待幀同步信號（VSYNC）→寫指針復位（FIFO_WRST）→FIFO寫使能（FIFO_WR）→等待第二個幀同步信號（VSYNC）→FIFO寫禁止，完成一幀圖像數據存儲。

圖像讀取過程：FIFO讀指針復位（FIFO_RRST）→給FIFO讀時鐘（FIFO_RCK）→讀取第一個像素高字節→給FIFO讀時鐘（FIFO_RCK）→讀取第一個像素低字節→給FIFO讀時鐘（FIFO_RCK）→讀取第二個像素高字節→循環讀取，直至結束。

2.3 顯示模塊

顯示模塊選用TFT屏幕，其采用TFT液晶技術，具有清晰度高、顏色鮮艷、響應速度快等特點[7]。該模塊可為用戶提供更好的體驗，其電路設計如圖3所示，DB0～DB15為16位的數據傳輸口，與單片機PB口相連，圖像信息通過16位數據傳輸口與單片機進行數據傳輸，單片機PC9～PC12連接該模塊控制引腳，控制其工作方式。

2.4 閘門驅動

本文系統采用繼電器控制閘門電機的開關，模擬閘門打開與關閉。繼電器的VCC端接三極管的發射極，單片機的PC14口接三極管的基極，當單片機PC14口輸出高電平到三極管的基極時，三極管導通，集電極與發射極之間有電流流過，繼電器激活，同時繼電器指示燈亮，提示繼電器已接通[8]。

2.5 報警模塊

報警模塊選用蜂鳴器，當電流通過電磁線圈，使電磁線圈產生磁場時驅動振動膜發聲，蜂鳴器鳴響。為獲得蜂鳴器的驅動電流，可將單片機PD2口輸出的電流先經三極管放大后再驅動蜂鳴器鳴響。為保證設計的時效性，本文選擇有源蜂鳴器，內部無需振蕩源，通電即可發聲。工作時，單片機PD2口給出高電平，三極管基極產生電壓，使得三極管集電極與發射極導通，其間有電流流過時，蜂鳴器被激活[8]。

3 軟件設計

3.1 主程序設計

本文系統的軟件流程如圖4所示。系統上電后首先對單片機、攝像頭和顯示屏等進行初始化；然后檢測是否有空余車位，若無空余車位，停車場禁止進入，等待停車場內部車輛離場后再允許車輛進入；若有車位則顯示停車場可進入。接著調用圖像處理和區域鎖定及字符分割子程序，提取車輛信息并錄入系統，開始對其計時，并打開停車場閘門，車輛進入。

3.2 圖像處理子程序設計

單片機接收到攝像頭傳輸的圖像信息，并進行數據處理。處理流程如圖5所示，首先將圖像信息進行二值化處理轉換成黑白圖像，之后進行車牌區域鎖定，鎖定車牌之后進行字符分割得到各字符，最后將字符進行歸一化處理，將其轉換成統一數據。

3.3 二值化處理子程序

圖像二值化處理是一種將灰度圖像轉換為黑白圖像的圖像處理方法。其基本原理是將灰度圖像中每個像素的灰度值與一個事先設定的閾值進行比較，若該像素的灰度值大于閾值，則將該像素賦為白色（255），否則賦為黑色（0）。本文系統采用的方法為全局閾值法，因為車牌樣式固定，所以通過調試采用統一的閾值進行全局比較即可[9]。二值化處理流程如圖6所示。

3.4 區域鎖定子程序設計

車牌鎖定是車牌識別的重要環節，其目標是在圖像中準確定位車牌的位置和范圍，以便后續進行車牌字符的提取和識別。車牌的外圍會有一圈白邊或黑邊，內部為藍色或綠色背景，故在二值化處理后可以在程序中定義兩條邊線，讓上邊線自動從上到下掃描車牌邊界線，使下邊線由下到上掃描車牌邊界線，比對成功后，即可鎖定車牌區域。

4 功能測試

4.1 車牌識別功能

系統運行前，對車牌識別的二值化閾值和車牌鎖定的上下限進行調試，提高識別率。本文收集了不同場景、不同光照條件下的車牌圖像作為測試樣本，對系統展開測試。初步設定二值化閾值后對測試樣本進行二值化處理，根據二值化后的圖像效果調整閾值，直到找到能凸顯車牌特征的最佳二值化閾值。二值化后，根據車牌實際尺寸和拍攝角度，設定車牌鎖定的邊界范圍。根據實時圖像特征，動態調整鎖定范圍，以適應不同場景和車牌類型。調試后獲得的車牌信息如圖7所示（為保證信息安全，對車牌第2位和第5位進行了虛化）[10]。

利用本設計對停車場常見場景下的普通車牌和新能源車牌進行識別，結果見表2。

4.2 停車場管理功能

車牌識別信息通過單片機處理后顯示在TFT屏幕上。停車場管理主界面如圖8所示，依次顯示車牌信息、停留時間、當前費用、剩余車位及是否識別成功[11]。本文系統還可以通過按鍵設置停車位余量，為停車場管理人員提供極大便利。若停車場內部無空余車位，系統會進行聲光報警，主界面上車輛余位顯示零，同時顯示不可進入標識。

5 結 語

本文設計了基于STM32單片機的停車場管理系統，該系統結構簡單、成本低、性能穩定、操作方便，在提高停車場管理效率的同時，還實現了車位狀態實時監控、車位引導和計時收費等功能，可用于各大商場、超市、住宅等車位需求緊張的場所，應用前景廣闊。

參考文獻

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[11]喻博威，先俊澤，趙洋，等.基于OpenCV和物聯網的輔助停車預警系統設計[J].電子設計工程，2022，30（12）：118-122.

作者簡介：張春嶺（1987—），女，碩士，講師，研究方向為運動控制。

金佳鑫（1984—），女，碩士，講師，研究方向為過程控制。

王 靜（1986—），女，碩士，講師，研究方向為電氣自動化。

殷 帥（2001—），男，在讀碩士研究生，研究方向為嵌入式。

收稿日期：2024-04-22 修回日期：2024-05-27

基金項目：2023年大連理工大學城市學院教育教學研究基金課題（JXYJ2023013）