停车场车位数动态显示器的设计与实现

学科分类号 0806 本科生毕业论文(设计)题目（中文）： 停车场车位数动态显示器的设计与实现 （英文）： The Design and Implementation of the Dynamic Display for the Number of Car Parking Space 学生姓名： 杨 明 学号： 0810403065 系别：物理与信息工程系 专业： 通信工程 指导教师： 起止日期：2011年9月2012年5月 2012年 05月2日目 录摘要I关键字IABSTRACTIKEY WORDSII1 前言11.1 停车场车位数动态显示系统的设计背景11.2 停车场车位数动态显示系统的设计意义22 设计任务与方案论证32.1 设计任务32.2 方案论证3 2.2.1 单片机模块4 2.2.2 车辆检测模块4 2.2.3 显示模块63 硬件设计73.1供电电路73.2 单片机系统83.2.1 时钟电路93.2.2 复位及复位电路93.3 红外车辆检测103.4 LED数码管显示113.5 按键输入模块123.6 报警模块124 软件设计13 4.1 设计流程图13 4.2 系统初始化程序13 4.3 系统主程序14 4.4 报警程序165 测试与分析166 总结17参考文献18致谢19附录 A 主程序20附录 B 系统硬件电路图26停车场车位数动态显示器的设计与实现摘 要车辆已经步入人们的生活，停车难也随之成了日显突出的问题。停车场车位动态显示系统主要用于对车辆进行停车引导、指示工作，以方便车辆快速、准确地寻找到停车位，是一个集传感器技术、微处理器技术、显示技术为一体的现场实时管理系统。本设计以STC89C52单片机为主控芯片，采用红外传感器检测车辆出入情况，通过七段数码显示管显示剩余车位数，实现了停车场车位的动态显示。模拟使用表明，该停车场车位数显示器电路简单，操作方便，经济实用，稍加改动便可在大、中型地下停车场，政府办公楼、火车站和购物中心等公共停车场使用，具有一定的推广价值。关键字 STC89C52单片机;红外传感器;车位显示;停车位The Design and Implementation of the Dynamic Display for the Number of Car Parking Space AbstractThe vehicles has entered our life,and Parking is becoming a prominent problem. The Dynamic Display System of parking spaces is used to conduct and do the instructions work to parking,so as to help cars to find the parking spaces rapidly and accurately,it is a real-time management system which including Sensor technology,Microprocessor technology and Display technology.This design is using STC89C52 single-chip microcomputer as the master chip,using infrared sensors to detect vehicle access conditions,through the seven-digital-display tube to show the remaining numbers of parking spaces,it realize the dynamic display of parking spaces.Simulation shows that the monitor of parking spaces has a simple circuit,easy to operate,economical and practical,it can be used in large and medium-sized underground parking,government office buildings,railway stations,shopping centers and other public parkings with a little change,it has some promotional value.Key words STC89C52 microcontroller ;Infrared sensor ;Displayed of parking spaces;Parking spaces II1 前言1.1 停车场车位数动态显示系统的设计背景 随着城市化建设的加快，城市框架逐步加大，以及制造业的快速发展，汽车价格的快速下降，私人购车量大幅提高，轿车已逐步成为人们日常生活中不可或缺的交通工具。近年来，各类车辆特别是私家车的快速增长已是一个不争的事实，庞大的车辆系统给我们日常生活带来很多问题。相比之下，停车位显得有些供不应求，大型商场、医院、公司这些都是车辆的主要聚集地。因此，我们首先要面对的就是车辆停置的有效管理。在停车场管理中，停车场的土地资源是有限的，这就使停车场土地资源的有效利用显得相当重要1。近几年,我国停车场管理技术不断成熟,停车场管理系统逐步向大型化、复杂化和高科技化方向发展2。智能停车场管理系统提供了一种高效率的管理方式,为用户提供更方便、更有效的服务。而现代化的智能住宅小区需要为用户提供安全便捷的智能化车辆管理服务，一个高效、安全、方便的停车场管理服务将给用户以很好的印象3。现代停车场技术发展趋势是多功能化、自动化。现代停车场未来向大型化、复杂化、智能化、高技术方向发展,系统管理更开放、更灵活,整个管理系统实现控制与管理一体化,系统操作简便,功能强大,与此同时车辆管理系统向更开放与更灵活的方向发展4。而停车场车位数动态显示系统又是智能停车场中必不可或缺的一个部分，它可以用于检测出入车辆，然后通过显示屏显示停车场内剩余停车位数或车位已满等信息。1.2 停车场车位数动态显示系统的设计意义现代停车场未来向大型化、复杂化、智能花、高技术方向发展，系统管理更开放、更灵活，整个停车场管理系统将实现控制与管理一体化，系统操作更简便，功能更强大5。智能停车场能够规范停车，提高各停车泊位使用率，从而使车辆运行更为通畅，同时也能提高停车管理人员的工作效率，减轻工作人员的劳动强度.能满足现代停车场的需要3。而在智能停车场中，停车场车位数动态显示系统是一个重要的组成部分，它安装在停车场的入口，并能将停车场内车位数的情况实时地显示在显示屏上，用于提醒车主，以方便车主选择正确的停车场所。停车场车位数动态显示系统的安装和使用，在很大程度上节约了停车时间，并且管理方便、灵活，提高了停车场的工作效率。现如今，停车场车位数动态显示系统安装在各类停车场中，包括大、中型商场、办公楼、以及各类型的楼宇中，作为自动化系统的一个组成部分。本设计为基于单片机的停车场车位数动态显示系统设计，其系统主要包括：传感器的选用、STC89C52单片机芯片6的选定和系统功能程序的设计等。其中传感器是用来检测进出车辆，STC89C52单片机芯片是对传感器测量数据进行分析。系统通过一对远红外传感器7探测汽车出入产生的不同信号，经过方向的鉴别，然后通过处理芯片对信号进行分析处理，最后在显示屏上实时地显示出停车场内的车位数信息。该系统安装简单，管理也方便，适于在各类停车场中安装和使用。2 设计任务与方案论证2.1 设计任务 设计一个停车场车位数动态显示器，当有车辆经过时自动检测车辆进出状况并计算停车场剩余车位数，通过显示器显示剩余车位数。（1） 单片机控制，两位数码管显示当前停车位数量;（2） 键盘输入停车位初始值，设置+1，-1键；（3） 当车位还剩下5个及5个以下时，发出报警信号；（4） 车辆出入防错误识别。2.2 方案论证停车场车位动态显示系统主要包括：单片机模块，车辆检测模块，电源模块，键盘模块，显示模块和报警模块。其设计方框图如图2.1。显示器车辆检测单片机报警器键盘电源图2.1 系统框图根据系统框图，可得出本次设计的方案。此方案中，车辆检测模块用于检测车辆的进出，并把检测到的信号传输给单片机。然后单片机对传输过来的信息进行处理分析，再把处理过后的信息传输到显示器上显示。当显示器上的车位数还剩5个及5个以下时，单片机又能发出信息给报警器进行报警，用于提醒停车场管理员或车主。以下是模块的选择。2.2.1 单片机模块本系统采用STC89C52单片机。STC89C52单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统 8051 单片机，12 时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。实际工作频率可达48MHz ,用户应用程序空间为8K字节ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程，无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，共3个16位定时器/计数器。还可用定时器软件实现多个UART8。2.2.2 车辆检测模块车辆检测分为地上检测和地下检测。地上检测包括超声波车辆检测和红外传感器车辆检测，而地下检测为电感线圈式车辆检测，由此，可以得出三种不同的方案。方案一：超声波车辆检测 超声波车辆检测器是根据声波的传播和反射原理，通过对发射波和反射波的时差测量实现位移测量的设备9。超声波车辆检测器的工作原理是：由超声波发生器（探头）发射一束超声波，然后接收从车辆或地面的反射波，根据反射波返回时间的差别，来判断有无车辆通过。由于探头与地面的距离是一定的，所以探头发出超声波并接收反射波的时间也是固定的。当有车辆通过时，由于车辆本身的高度，使探头接收到反射波的时间缩短，就表明有车辆通过或存在。如图2.2所示：图2.2 超声波车辆检测 若超声波探头距地面高度为H，车辆高度为h，声速为v，发自探头超声波脉冲的反射波从路面和车辆返回时间分别为t和t，则： t=2H/v （2.1） t=2(H-h)/v （2.2）可见时间t与车辆高度h存在函数关系。根据这个特点，超声波车辆检测器即可以检测车辆的存在和通过。方案二：电感线圈式车辆检测 环形线圈车辆检测器是一种基于电磁感应原理车辆检测器，它的传感器是一个埋在路面下，通有一定工作电流的环形线圈（一般为2m*1.5m）。当车辆通过环形地埋线圈或停在环形地埋线圈上时，车辆自身铁质切割磁通线，引起线圈回路电感量的变化，检测器通过检测该电感量就可以检测出车辆的存在10。检测这个电感变化量一般来说有两种方式：一种是利用相位锁存器和相位比较器，对相位的变化进行检测；另一种方式则是利用由环形线圈构成回路的耦合电路对其振荡频率进行检测。方案三：红外车辆检测红外检测器利用红外发光二极管发射红外光至物体表面，然后返回到接收管进行检测11。如图2.3所示。物体表面接收发射 图2.3 红外检测红外检测器相对超声波车辆检测及电感式线圈检测价格便宜，且安装简单，它能安装在有杆臂上，桥上，或信号灯顶端，通常不需要昂贵的市政施工，同时对于路面和路基的类型和状况的影响可以忽略。故本系统采用的是红外检测器进行车辆检测。2.2.3 显示模块LED数码管（LED Segment Displays）是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。 LED数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数位，因此根据LED数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。 （1）静态显示驱动： 静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O埠进行驱动，或者使用如BCD码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O埠多。（2）动态显示驱动：动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp 的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位元选通控制电路，位元选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位元选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位元就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。透过分时轮流控制各个LED数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。本系统采用的就是用LED数码管动态驱动进行车辆显示。3 硬件设计3.1 供电电路本系统采用从计算机USB接口取电方式，以提供给系统5V稳压电源。电路图如图3.1。 。图3.1 供电电路3.2 单片机系统单片机系统设计的电路图如图3.1。其中，VCC和GND分别接电源的正、负极，P0口接上拉电阻，P1口（P1.0P1.1）接键盘电路，RST端接复位电路，XTAL1和XTAL2端接时钟电路，BELL（P2.5）端接报警电路，而Q1（P2.7）、Q2(P2.6)接数码管电路。图3.2 STC89C52单片机下载端口P3.0、P3.1口分别接单片机的串行输入（RXD）、串行输出（TXD）端口，如图3.3，用以给单片机下载程序。图3.3 下载端口单片机的外部中断0（INTT0）和外部中断1（INTT1）端口接红外接口，用以连接红外传感器，如图3.4。图3.4 红外接口3.2.1 时钟电路STC89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器,在XTAL1和XTAL2外接定时元件。时钟可以由内部方式或外部方式产生。本设计采用的是内部方式的时钟电路，其电路图如图3.5。在RXD和TXD引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。定时元件采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在1.212MHz之间选择，电容值在530pF之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。图3.5 时钟电路3.2.2 复位及复位电路单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。本系统采用的就是上电复位电路。 上电复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，其电路如图3.6所示。这佯，只要电源Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就成了系统的复位初始化。图3.6 复位电路3.3 红外车辆检测 本设计用一对红外传感器装在车库通道入口，通过红外感应一发一收（如图3.73.8），以及经过红外传感器的顺序不用，再由555定时器判断物体经过2个传感器的时间，通过预先设定的时间差来判别是否有车辆经过，是驶入还是驶出等。图3.7 红外发射图3.8 红外接收3.4 LED数码管显示本系统采用两个三极管Q1、Q2驱动数码管进行停车场车位数的动态显示。其电路图如图3.9。图3.9 LED数码管3.5 按键输入模块键盘输入模块用于完成信息的输入，分别是功能选择键S1,S2。如图3.10所示。其中S1用于输入加计数信号，S2用于输入减计数信号。图3.10 键盘3.6 报警模块 报警器主要通过蜂鸣器报警。本系统的蜂鸣器驱动电路一个三极管和一个蜂鸣。其驱动电路如图3.11所示。图3.11 蜂鸣器电路蜂鸣器驱动电路分析如下：(1)蜂鸣器 发声元件，在其两端施加直流电压（有源蜂鸣器）或者方波（无源蜂鸣器）就可以发声。本设计采用的就是有源蜂鸣器。(2)三极管 三极管Q3起开关作用，其基极的高电平使三极管饱和导通，使蜂鸣器发声；而基极低电平则使三极管关闭，蜂鸣器停止发声。4 软件设计4.1 设计流程图 本系统主要通过对中断0，1触发的先后顺序，可以判断车辆是驶入还是驶出，其设计流程图如图4.1。NYNYNNYY1.6秒是否到达中断0中断1报警车位数值小于5加数减数出车进车1.6秒是否到达 中断1 中断0定时器打开中断是否触发初始化开始图4.1 设计流程图4.2 系统初始化程序void init()TMOD=0x01;/16位定时器AUXR &= 0x40;/定时器为12t模式 TH0 = T0H(10); /初始值为高8位，10ms定时 TL0 = T0L(10); /初始值为低8位，10ms定时EX0=1;/打开外部中断口IT0=1;/设置触发方式为下降沿 EX1=1; IT1=1;ET0=1;/定时器中断TR0=0;/定时器关EA=1;/总中断打开 4.3 系统主函数通过对外部中断(exter0,exter1)的触发不同,可以判断车辆是驶入还是驶出。当exter0=1时，标志位flag_in=1,即检测结果check=1,表示车辆是驶出的，停车位数加1；反之，检测结果check=0，表示车辆是驶入的，停车位数减1。其程序如下：if(flag_in&flag_out)flag_in=0;flag_out=0;if(check)car_num+;else car_num-;其中断程序如下：void exter0() interrupt 0 flag_in=1; TR0=1; check=1;void exter1() interrupt 2 flag_out=1; TR0=1; check=0;当停车场车位数为0时，需让数码管一直显示0。其程序如下：if(car_num=0) while(1);4.4 报警程序本系统要求在车位数还剩5个或5个以下时报警，即car_num6，并设置报警时长为1s。其程序设计如下：void alarm() if(car_num6) feng0();feng0(); feng0();feng0(); feng0();feng0(); void feng0() feng=0; delay1ms(1000);feng=1; delay1ms(1000); 5 测试与分析在完成了硬件调试与安装，并下载程序之后，接上电源并用一辆玩具车开始模拟测试。测试开始前，需手动输入停车场内剩余车位数。经过用玩具车反复的进出停车场测试，完成了停车场中进车时系统车位数减1，出车时系统车位数加1，能真正做到停车场车辆出入防错误识别，并实时的显示停车场剩余车位数的情况。但当测试该设计的报警系统时，只有车位数在还剩5个时报警，而在5个以下时没有报警。经过周老师的讲解，并在同学的帮助下，把程序报警部分改动了一下，最终实现了系统能在车位数剩余5个以下时也报警。6 总结 停车场车位动态显示电路是一种很实用的电子电路。它主要由车辆检测电路、显示电路及报警电路组成。它与单片机计数电路大致相同，其不同之处在于采用车辆检测电路，因为它不是通过单片机单一的加计数或减计数，而是通过红外传感器检测车辆的进出来实现加减计数的，这也是该题目设计的重点所在。通过本次停车场车位动态显示电路的设计，既巩固了所学知识，又是我对显示电路，报警电路有了进一步的了解，特别是对红外传感电路有了更深的了解，拓展了知识面。本次设计极大地锻炼了我自主学习的能力。刚看到设计题目的时候，感觉很茫然，因为图书馆及网上均未找到与停车场车位动态显示电路直接相关的资料。通过对设计要求的分析及查阅所搜集到的资料，我意识到搜集的资料不是现成的让你来照用的，而是在你设计过程中提供思路的。停车场车位动态显示电路就是一种实用的电子显示电路，它要求车辆的防错误识别，并能判断车辆是进还是出，然后我从网上搜索车辆检测器的相关资料，最后决定用远红外传感器来检测车辆。在老师的指导下，经过多次修改，最终设计出了该电路。从分析题目要求、查资料、运用资料设计出自己的电路，有利于提高自己的思维能力，所以我很珍惜也很感谢这次设计，它让我对我电子方面有了更浓厚的兴趣。参考文献1 贺崇明,城市停车规划研究与应用,北京：电子工业出版社，2006；5660.2 齐俊峰、汪萍，建筑设备概论，北京：科学出版社，2008：178180.3 张丽霞，智能停车场系统集成与应用维护，电子科技大学出版社，2010.09：103120.4 关宏志，刘小明，停车场规划设计与管理，北京：人民邮电出版社，2003：9799.5 王元庆、周伟，停车设施规划，北京：清华大学出版社，2003：2125.6 郭天祥.新概念51单片机c语言教程M.北京：电子工业出版社，2009.12：1035.7 夏银桥，吴亮，李莫，传感技术及应用，北京：清华大学出版社，2011.02：203211.8 赵建领,薛园园.51单片机开发与应用技术详解M.北京:电子工业出版社，2009：116120.9 栾桂冬，传感器及其应用，西安电子科技大学出版社，2003：5261.10 何希才，传感器及其应用实例，机械工业出版社，2004：160173.11 肖景和，赵健，红外线、热释电与超声波遥控电路，南京：南京工业大学，2003：123146.12 丁元杰，单片机原理及应用，机械工业出版社，1999：8692. 致 谢本次毕业设计是在周群老师的认真指导下完成的，很感谢周群老师能够给予我们比较宽松的时间和环境来完成这次毕业设计。周老师为人随和，认真负责，很耐心细致的给我们讲解关于该毕业设计相关的知识，同时介绍相关的书籍给予我们参考，确实对于能够顺利的完成毕业设计起到了决定性作用，对此表示感谢。同时很感谢我的朋友，同学，对于我这个毕业设计所提供的支持和帮助。总体来说，对于这次毕业设计的感悟是，真正明白了大学里边其实有很多的东西需要我们去学习，所以在接下来的学习时间里，我会更加珍惜好好进一步提高自己的动手能力。衷心感谢所有帮助给我，教导我的人！附录 A 主程序 #include#define uint unsigned int #define uchar unsigned char#define FOSC 12000/ 外接晶振的振荡频率,单位:KHz,#define T0H(TT) (int)(-TT*(FOSC/12)8)/ T0定时初值的高8位,TT的单位:ms#define T0L(TT) (int)(-TT*(FOSC/12)/ T0定时初值的低8位sbit feng=P25;/蜂鸣器sbit wei1=P27;/数码管sbit wei2=P26;sbit key1=P10;/键盘sbit key2=P11;sbit in=P33;sbit out=P32;unsigned char code table=0x41,0xE7,0x52,0x62,0xE4,0x68,0x48,0xE3, 0x40,0x60,0xC0,0x4C,0x59,0x46,0x58,0xD8;unsigned int car_num=50,time_count;unsigned char i;bit flag_in=0,flag_out=0,check,feng_flag1=0,feng_flag2=0;void delay1ms(uint ms);void feng0();void keyscan();void display(unsigned int dat);void init();void alarm();void main() init(); while(1) display(car_num); keyscan(); if(flag_in&flag_out) flag_in=0;flag_out=0;if(check)car_num+;else car_num-; alarm(); if(car_num=0) while(1); void delay1ms(uint ms) uint i,j;for(i=0;i110;i+) for(j=0;j160)/1.6s time_count=0; flag_in=0; flag_out=0; TR0=0; void alarm() if(car_num6) feng0();feng0(); feng0();feng0(); feng0();feng0(); void feng0() feng=0; delay1ms(1000);feng=1; delay1ms(1000); void exter0() interrupt 0 / flag_in=1; TR0=1; check=1;void exter1() interrupt 2 / flag_out=1; TR0=1; check=0;附录 B 系统硬件电路图28