胡 松，劉后文，夏富爾，韓宏飛，侯會龍

（興義民族師范學(xué)院物理與工程技術(shù)學(xué)院，貴州 興義 562400）

1 智能停車系統(tǒng)的研究背景

目前我國汽車數(shù)量逐年增長，呈現(xiàn)出社會發(fā)展的新趨勢，停車位、停車場的數(shù)量往往跟不上汽車數(shù)量增長，越來越多的人為找不到車位泊車感到發(fā)愁。面對越來越擁擠的城市，找到一個停車的新環(huán)境變得更加迫切，停車位對車主自身的安全停車技術(shù)等要求自然會更高，容易讓人們在正常工作生活之外的某個時間段里焦躁情緒加重，導(dǎo)致生活質(zhì)量降低。對于怎樣解決停車過程中的不便利、消除安全隱患，使車主能夠迅速、準(zhǔn)確、安全地將汽車停到合適的車位等問題，已受到了廣泛的社會關(guān)注。

2 智能停車系統(tǒng)的研究目的和意義

隨著科技的飛速發(fā)展，人民的生活水平在不斷提高，作為人類的代步工具的小汽車數(shù)量也在不斷增長，在給人類帶來便利的同時也帶來了很多的問題。停車?yán)щy是如今面臨的主要問題。一個好的智能停車系統(tǒng)可以減少交通事故的發(fā)生，提高人們的生活質(zhì)量。

3 智能停車系統(tǒng)的總體設(shè)計思想

以AT89S52單片機(jī)為控制核心，將智能停車系統(tǒng)分為車輛檢測和閘桿控制、車位檢測和信息采集、車位引導(dǎo)等組成部分。需要在停車場里安裝汽車引導(dǎo)系統(tǒng)，引導(dǎo)汽車進(jìn)入停車場，進(jìn)行停車動作?？梢詰?yīng)用無線或紅外的通信方式實(shí)現(xiàn)智能停車系統(tǒng)與汽車通信，使汽車順利找到車位[1-3]。

4 智能停車系統(tǒng)的設(shè)計思路

4.1 車輛檢測和閘桿控制

目前，在停車場中應(yīng)用的車輛檢測技術(shù)主要有地感線圈檢測技術(shù)、超聲波檢測技術(shù)和紅外檢測技術(shù)等。本研究對紅外檢測技術(shù)進(jìn)行研究。

紅外檢測技術(shù)原理：通過紅外線發(fā)射和接收的非接觸線性排列，實(shí)現(xiàn)對汽車的同步掃描，將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，從而實(shí)現(xiàn)對汽車的綜合檢測。與其他檢測技術(shù)相比，紅外檢測技術(shù)安裝簡單、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)、技術(shù)成熟。它可以檢測各種各樣的車輛。

對于本研究而言，當(dāng)車輛駛?cè)胫灵l桿前，紅外發(fā)射管發(fā)射出紅外線，通過對比紅外接收管接收到的紅外線信號的多少，判斷閘桿前有無車輛。當(dāng)檢測到有車輛的時候，AT89S52單片機(jī)控制器就會輸出相應(yīng)信息控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，使閘桿上升。

在本研究中，閘桿的控制是通過AT89S52單片機(jī)控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)來進(jìn)行控制的。電機(jī)驅(qū)動選取L298模塊構(gòu)成的H橋型驅(qū)動電路來控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，可以使其工作效率非常高。

4.2 車位檢測和信息采集

能夠?qū)崿F(xiàn)車位檢測的技術(shù)主要有超聲波檢測技術(shù)、地感線圈檢測技術(shù)和紅外檢測技術(shù)。通過對比分析可知，地感線圈檢測技術(shù)安裝不容易，成本高；紅外檢測技術(shù)雖說安裝方便，但其容易受外部光源的影響，其并不適用于大多數(shù)場合，因此本研究選擇超聲波傳感器進(jìn)行車位檢測，超聲波檢測技術(shù)應(yīng)用于車位檢測造價低、抗靜電干擾強(qiáng)，而且不用附加反射裝置。本研究在每一個車位上方裝有一個超聲波傳感器，其發(fā)射與接收的過程在一般情況下就是兩種情況：一是發(fā)射至地面后返回；二是發(fā)射至車頂后返回（見圖1）。有車時和沒車時，它的這一過程所用的時間是不同的，有車時時間短，沒車時時間長，以此判斷有無車輛停放。然后將實(shí)時檢測的結(jié)果上傳至智能停車系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心[4-5]。

4.3 計費(fèi)設(shè)置

結(jié)合紅外檢測技術(shù)，以AT89S52單片機(jī)為控制核心，當(dāng)紅外傳感器檢測到有車輛時，閘桿升起時開始記時；當(dāng)出口處檢測到有車輛駛出時，通過車位來判斷是哪一輛車輛駛出，結(jié)束計時，通過車庫的收費(fèi)管理*元/輛或*元/h來進(jìn)行收費(fèi)。

4.4 顯示設(shè)置

當(dāng)車輛駛?cè)胲噹鞎r，會在入口處顯示牌顯示“**車牌號**車位”，在駛?cè)氲牡缆飞嫌幸壕э@示器（Liquid Crystal Display，LCD） 指示牌指引路線，在相應(yīng)車位上也有顯示牌顯示“*號車位”，在出口處有顯示牌顯示“**車牌號*車位停車*小時”。

4.5 車位引導(dǎo)設(shè)置

采用LCD1602 信號指示燈進(jìn)行車位引導(dǎo)。LCD1602通過AT89S52單片機(jī)驅(qū)動，可以顯示數(shù)字、文字和圖形。通過LCD1602顯示出車位的方向，駕駛員可以快速地找到自己的停車位并駛?cè)搿?/p>

5 智能停車系統(tǒng)的硬件設(shè)計

智能停車系統(tǒng)硬件主要由電源模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、紅外傳感器模塊、超聲波傳感器模塊、顯示模塊和PC機(jī)以及RS232串行通信接口模塊組成。

當(dāng)閘桿處通過紅外傳感器檢測到車輛，將相應(yīng)信號傳送至AT89S52單片機(jī)，AT89S52單片機(jī)輸出一個高電平給電機(jī)驅(qū)動器，驅(qū)動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，閘桿抬起，車輛駛?cè)?，PC機(jī)端會根據(jù)就近原則分配一個車位給該車輛，并且在入口處顯示牌上顯示出來。計費(fèi)系統(tǒng)開始計時。在車輛駛?cè)脒^程中，AT89S52單片機(jī)會根據(jù)車位的信息給出行進(jìn)路線并且在行駛途中的車位指引顯示牌上顯示出行進(jìn)路線，直至找到車位。當(dāng)車輛駛?cè)胪＼囄煌Ｏ潞?，車位檢測設(shè)備（超聲波傳感器） 會進(jìn)行檢測并且發(fā)送信息至AT89S52單片機(jī)，AT89S52單片機(jī)將該車位的狀態(tài)傳送至RS232串行通信接口，之后由RS232串行通信接口傳輸?shù)絇C機(jī)，車位狀態(tài)顯示牌也顯示有車。當(dāng)車輛駛出車庫時，出口處的車輛檢測設(shè)備（紅外傳感器） 檢測到有車輛駛出，閘桿抬起并在出口處顯示牌顯示車輛信息、所停車位和所停時間。圖2為智能停車系統(tǒng)的硬件設(shè)計框圖。

5.1 電源模塊及電源電路設(shè)計

在AT89S52單片機(jī)控制系統(tǒng)中，穩(wěn)壓電源起著非常重要的作用。它不僅為系統(tǒng)提供多個電源電壓，而且在系統(tǒng)的抗干擾性能和技術(shù)方面有著非常關(guān)鍵的用途。如今，傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源已經(jīng)被高效率的穩(wěn)壓電源所取代，最典型的例子是開關(guān)電源的廣泛應(yīng)用，為設(shè)計出更加環(huán)保、更加節(jié)能、更加高效的新型電源創(chuàng)造了極好的條件。在本研究的電源電路設(shè)計中，選擇的是穩(wěn)壓電源電路，能使電壓穩(wěn)定在+5 V。圖3為穩(wěn)壓電源電路圖。

5.2 電機(jī)驅(qū)動模塊及電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計

通過查找資料，本研究選取直流減速電機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)很多：體積小、質(zhì)量比較輕、轉(zhuǎn)矩大、操作比較方便。由于其內(nèi)部高速電機(jī)提供原裝動力，驅(qū)動速度（減速） 齒輪組，可產(chǎn)生更大的扭矩[6]。

本研究運(yùn)用L298N 芯片來進(jìn)行電路連接，L298N 芯片采用15 腳封裝、四通道邏輯電路，是二相和四相電機(jī)的特用驅(qū)動器，即內(nèi)部有兩個H 橋型驅(qū)動電路的全橋驅(qū)動器。其主要特點(diǎn)是工作電壓高、輸出電流大。它可以驅(qū)動電流低于2 A、電壓低于46 V 的電機(jī)。它還可以驅(qū)動兩個電機(jī)，0UTl，OUT2 和0UT3，0UT4。引腳5、7、10、12連接至輸入控制電平，以控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)；控制啟用端連接至ENA、ENB引腳，以控制電機(jī)停止。圖4為H橋型驅(qū)動電路圖[7-8]。

5.3 RS232串行通信接口模塊

為了使AT89S52單片機(jī)和PC機(jī)之間能夠進(jìn)行正常的信息傳遞，使用RS232串行通信接口當(dāng)作它們之間的橋梁。AT89S52單片機(jī)和PC機(jī)之間的一切數(shù)據(jù)和指令都必須通過RS232串行通信接口來完成，使用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232實(shí)現(xiàn)TTL邏輯電平和RS232串行通信接口電平之間的互相轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換之后的串行信號TXD，RXD直接和PC機(jī)的串行通信接口連接[9]。

6 智能停車系統(tǒng)的軟件設(shè)計

6.1 車位檢測程序流程

通過在停車位上方安裝的超聲波傳感器發(fā)射超聲波和接收超聲波進(jìn)行車位檢測，超聲波發(fā)出和返回時間的計算公式為

式中：t 為時間；L 為距離；v 為超聲波速率。如果t≥L/340，那么該車位沒車；反之則有車，指示燈亮起。通過RS232 串行通信接口進(jìn)行AT89S52 單片機(jī)和PC 機(jī)的信息傳輸，將該車位狀態(tài)信息傳送到PC 機(jī)上。圖5 為車位檢測程序流程圖。

6.2 車輛檢測程序流程

當(dāng)車輛來到停車場門口駛?cè)胫灵l桿前，紅外發(fā)射管發(fā)射出紅外線，通過對比接收管接收到的紅外線信號的多少，判斷閘桿前有無車輛。當(dāng)檢測到有車輛的時候，紅外接收管接收到的信號就會變少，AT89S52 單片機(jī)輸出一個高電平給電機(jī)驅(qū)動器，電機(jī)開始轉(zhuǎn)動。閘桿抬起，車輛駛?cè)?。圖6 為車輛檢測程序流程圖。

7 結(jié)束語

本文對智能停車系統(tǒng)的研究可以安全迅速地幫駕駛員找到車位并停入，大大減少了車禍的發(fā)生，同時也能夠減少對司機(jī)不必要的壓力，還能對停車場智能化有一個較好的提升作用，提高車庫的附加值，從而可以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益的巨大化。通過利用AT89S52單片機(jī)提供主控制器的設(shè)計的策略，以各種傳感器對車輛四周進(jìn)行判斷以及車位的查找，以該控制器為基準(zhǔn)，整合了紅外檢測電路、超聲波檢測電路、燈光引導(dǎo)電路以及電機(jī)驅(qū)動電路，進(jìn)而完成和優(yōu)化了最初智能停車系統(tǒng)的設(shè)計。本文通過理論模型的準(zhǔn)確性，得出汽車在行駛和停車過程中，能夠安全、準(zhǔn)確、快速地找到停車位并停入。除此之外，結(jié)構(gòu)簡單、成本低是這個系統(tǒng)的優(yōu)勢。

本次研究的是智能停車系統(tǒng)，在研究過程中也遇到了各種各樣的困難，比如在停車場設(shè)計上，對車位檢測都一直想不到該用哪種傳感器適合，后來通過在網(wǎng)上查找大量的資料后，這個問題才得以解決。因?yàn)槌醮谓佑|實(shí)際設(shè)計，所以缺乏經(jīng)驗(yàn)，通過這次設(shè)計對AT89S52單片機(jī)有了更深的認(rèn)識。在本次設(shè)計中由于經(jīng)驗(yàn)缺乏，系統(tǒng)設(shè)計可能會有很多缺點(diǎn)，今后會加強(qiáng)學(xué)習(xí)，不斷完善該系統(tǒng)設(shè)計。