基于单片机的智能停车场管理系统毕业论文设计.doc

停车场智能化管理系统设计摘 要本设计基于RFID智能识别和高速的视频图像和存储比较相结合，通过计算机的图像处理和自动识别，对车辆进出停车场的收费、车牌识别和车位诱导等，以实现停车场全方位智能管理。本设计是以AT89C51型单片机为主控芯片的智能停车场系统，主要是针对车辆诱导和车辆检测系统的设计。系统利用地感线圈对进出停车场的车辆进行检测，控制闸杆机的自动起落，并具备车位显示以及语音提示功能。该系统配合IC卡和图像监测处理装置构成一套完整的智能停车系统，从而实现大型停车场的智能化管理。总体说该系统主要有以下特点：远距离感应读卡，无需停车，速度快，效率高；电脑管理，科学高效；简化车辆进出管理手续，而且安全可靠。 关键词：智能管理，车牌识别，车位诱导，车辆检测 目录前 言1第1章 绪论31.1 课题设计目的和发展趋势31.1.1 课题研究目的及实际意义31.1.2 智能停车场管理系统发展概况及趋势31.2 课题设计思想4第2章 智能停车场管理系统概述52.1 射频技术（RFID）概述52.1.1 射频识别系统的构成62.1.2 射频系统基本工作流程图62.2 车牌识别技术72.2.1 车牌自动识别系统原理82.2.2 牌照号码、颜色识别92.3 车位诱导和车辆检测系统概述102.3.1 车位诱导和车位显示112.3.2 超声波测距原理122.3.3 车辆检测132.4 小区停车计费系统概述142.4.1 计费系统概述142.4.2 计费系统的工作原理及特点142.5 进出口识别系统概述17第3章 车位诱导车辆检测系统硬件设计193.1 停车场系统193.2 系统总体原理203.2.1 车辆检测203.2.2 车位诱导和车位显示213.2.3 其他控制部分213.3 车辆检测系统硬件设计223.3.1 锁相环路工作原理223.3.2 信号输入电路的设计233.3.3 复位电路的设计24第4章 系统软件设计254.1 程序流程图254.2 设计要点264.3 编制软件程序26结论34谢 辞35参考文献36外文资料翻译38前 言在现代化的大型停车场中，智能停车管理系统使得车辆进出手续简单，安全性高，实现了对车辆的自动检测、计费、统计、显示等功能，大大节省了人力资源，提高了工作效率。整个停车管理系统中，车辆检测部分是系统的关键。本设计主要是一种停车场车辆检测系统，通过分布在进出口的车辆检测器，实现对闸杆机的控制和车位提示等功能。 智能停车场管理系统是基于射频识别系统以车辆图像对比管理为核心的多媒体综合车辆收费管理系统，用以对停车场车道入口及出口管理设备实行自动控制，对停车场中的车辆按预先设定的收费标准实行自动收费。该系统将先进的射频识别技术和高速的视频图像存储比较相结合，通过计算机的图像处理和自动识别，对车辆进出停车场的收费、保安和管理进行全方位的控制、管理。通过埋设于停车场入口道路地下的地感线圈感应到有车经过后，启动射频识别系统，辨别出是否是小区用户，并分别采取不停车进场和启动收费管理系统发放临时IC卡两种措施，进入停车场。位于停车场出口上方的摄像头捕获车辆信息，通过车牌识别系统采样出车牌等信息，并将该信息保存入停车场临时数据库。通过位于车库上方的超声波探头，用超声波测距的原理，得到车位信息，并将车位信息发送到主控计算机，经过处理后得到整个车库的车位分布信息，并将该信息发送到停车场入口处，通过大屏幕显示屏显示出来。进入停车场的用户通过浏览屏幕上的信息，就知道哪里有空车位，从而直接找到空车位停车，避免了普通停车场中找车的麻烦，从而大大的提高了停车效率。车辆出场时，再次通过埋设于停车场内的地感线圈感应到车辆的到来，并启动车辆识别系统，辨别出用户类，小区用户直接出场，非小区用户归还IC卡并缴费后离场。在车辆出场时，感应到车辆过来，启动射频识别系统的同时，也启动车牌识别系统，通过停车场出口处的摄像头捕获的车辆图像，采样出车牌信息，并同数据库中信息进行对比，符合信息的车辆直接放行，对出现问题的车辆禁止出行，并启动报警系统通知相关安全人员前来处理。 第1章 绪论1.1 课题设计目的和发展趋势1.1.1 课题研究目的及实际意义随着汽车工业的迅猛发展，我国汽车拥有量急剧增加。停车场作为交通设施的组成部分，随着交通运输的繁忙和不断发展，人们对其管理的要求也不断提高，都希望管理能够达到方便、快捷以及安全的效果。停车场的规模各不相同，对其进行管理的模式也有不同之处，管理者需要根据自身的条件，选择应用经济、稳定的管理程序，以免选择了高成本的管理系统。本设计旨在设计一个简洁、稳定、实用的停车场管理信息系统，希望在容错性、实用性、易操作性等方面具有自己的特色，并且保持一定的可扩展性，以满足不同停车场的信息管理需求。1.1.2 智能停车场管理系统发展概况及趋势停车场管理系统是利用高度自动化的机电设备对停车场进行安全、有效的管理。由于尽量减少人工的参与，从而最大限度的减少人员费用和人为失误造成的损失，大大提高整个停车场的安全性与使用效率。 中国的智能停车场管理系统市场兴起在2001年，目前还处于初级发展阶段，各种品牌不断涌现，市场比较混乱，归结起来其现状主要表现为以下几点： 市场发展空间很大。停车场管理由于前期中国车辆增长情况与停车场规划间差距较大，全国车辆与停车位之比高达5:1，为解决停车问题，未来停车场智能管理系统市场发展空间很大；由于中国智能停车场管理系统市场还处于初级发展阶段，市场上品牌繁杂，没有形成主流品牌，这也是市场发展不成熟的表现；产品可靠性较低，技术含量不高；成套设备的系统多由集成商提供，能提供成套设备的生产厂家不多，系统稳定性、可靠性不易控制；部分商家售后服务不到位；国内系统、组装系统与国外系统的市场占有率之比约为2:1:1。由于价格因素影响，国内产品主要用于一般小区与中低档写字楼，国外产品则用于比较知名的高档智能建筑；系统智能化程度较低，如车位引导系统应用不多；从趋势上看，智能停车场管理系统应向更高程度的智能化、合理化、人性化方向发展。我国智能停车场市场需求剧增，2011年1月27日，工业化和信息部党组织成员、总工程师朱宏任提出，2010年全国共生产1826万辆，销售1806万辆汽车。俨然我国已经成为一个汽车消费大国。但随之而来的就是各大城市令人诟病的马路拥堵，乱停乱放等问题。马路拥堵，北京等一线城市已经出台了相关的汽车限购政策和国家公务用车使用政策，但车辆乱停乱放除了国家完善相关法律之外，停车场的配套也必须一并跟上。由于土地容量有限，车位的数量也僧多粥少，停车所引发的社会问题日趋严重。停车所涉及的社会问题是多方面的，涉及城市规划、汽车保有量的增长与停车资源配套的失衡、轨道交通停车配套等诸多问题。所有这些数据表明,智能化停车场的春天才刚开始1。1.2 课题设计思想随着社会经济的发展，人们生活水平的提高，汽车已越来越多的进入家庭，汽车消费时代已悄然来临，停车场的建设也是方兴未艾，停车场智能管理系统也已经在大部分停车场发挥着重要作用，在为人们停车带来方便的同时也具有良好的社会效益和经济效益。为了满足小区停车场智能化管理的要求，设计编写了本方案，主要包括停车场出入口智能管理系统和停车场智能车位引导系统，侧重点在于车位诱导和车辆检测。第2章 智能停车场管理系统概述2.1 射频技术（RFID）概述RFID技术是从20世纪80年代起走向成熟的一项自动识别技术。它利用射频方式进行非接触式双向通信交换数据以达到识别目的。和传统的磁卡、IC卡相比，射频卡最大的优点就在于非接触，因此，RFID技术在应用中研究的特点和难点是读写冲突、RFID安全和隐私保护、天线和RFID定位等问题5。该技术的原理为：车主将RFID卡安装在车内，当车快行驶到停车场时，车速减慢，在有效的读卡范围内，卡/读卡器自动发送信号，待读卡器/卡接收到信息并作判别是否有效后，控制道闸升杆，从而实现不停车通行。值得注意的是，安装在车内的RFID卡还分为有源卡和无源卡。两者最大的区别在于前者是内置电池的2.4GHz有源RFID卡，由卡主动发送信号，通过无线电波将卡片信息传输至读卡器，现在大多应用的都是可读卡距离510m左右的有源卡，此类卡穿透力极强，即使对于贴有车膜的玻璃或者水泥墙，都可以穿透发送信号给读卡器；而后者是900MHz无电池RFID卡，该类卡工作用电依赖于读卡器发送的电磁波使无源卡内线圈振荡产生工作电压、电流，之后RFID将本卡信息回发给读卡器，由读卡器对卡信息作出判断以确定卡的合法性，无源卡的读卡距离较短，一般12米。当然，距离的长短还往往取决于无源卡放置的位置是否有屏蔽物及读卡器和卡的自身性能。相对有源卡来说，无源卡成本较低，但穿透力不够。RFID技术同其它技术比较而言，具有成本上的优势，而且RFID定位技术队环境的要求和受到的环境影响都很少，定位精度较高，传输范围大；RFID技术在定位物体的同时还从定位目标中读取有关该对象的大量信息。针对这种情况，本系统设计基于射频识别技术，采用计算机管理系统获得停车场停靠车辆的个体信息，包括空余停车位的数量与分布情况，方便车主顺利地找到停车位置；在停车场的入口处可以通过终端查询系统很方便地查询到自己的车辆在停车场的具体位置；在出口处，根据车载卡报告时记录的起始停靠时间，可以很方便地得出车辆停靠时间及应付费用。本系统的特点是电子系统复杂性低，容易实现且成本；定位精度高，抗干扰能力强2。2.1.1 射频识别系统的构成RFID的基本组成部分：1. 标签（Tag）：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象2. 阅读器（Reader）：读取（有时还可以写入）标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；3. 天线（Antenna）：在标签和读取器间传递射频信号。如图2-1.电源射频模块存储器控制模块能量天线天线射频模块能量，时钟，数据数据时钟数据读写模块数据输入入数据据电池池计算机通信网图2-1 射频识别系统结构框图2.1.2 射频系统基本工作流程图射频识别系统的基本工作流程如下：1. 读写器将无线电载波信号经过发射天线向外发射；2. 当电子标签进入发射天线的工作区时，电子标签被激活，将自身信息的代码经天线发射出去；3. 系统的接收天线接收电子标签发出的载波信号，经天线的调节器传输给读写器。读写器对接收到的信号进行解调解码，送往后台的电脑控制器；4. 电脑控制器根据逻辑运算判断标签的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构的动作；5. 执行机构按照电脑的指令动作；6. 通过计算机通信网络将各个监控点连接起来，构成总控信息平台，可以根据不同的软件来完成要实现的功能3。其射频识别模型如图2-2所示：阅读器天线天线电子标签时序计算机数据图2-2 射频识别模型2.2 车牌识别技术车牌识别技术（License Plate Recognition, LPR）以计算机技术、图像处理技术、模糊识别为基础，建立车辆的特征模型，识别车辆特征，如号牌、车型、颜色等。它是一个以特定目标为对象的专用计算机视觉系统，能从一幅图像中自动提取车牌图像，自动分割字符，进而对字符进行识别，它运用先进的图像处理、模式识别和人工智能技术，对采集到的图像信息进行处理，能够实时准确地自动识别出车牌的数字、字母及汉字字符，并直接给出识别结果，使得车辆的电脑化监控和管理成为现实。该技术的原理为：车进车出停车场时各拍摄一幅车辆图片，值班人员对其进行人工车辆比对，以确定是否为车人同一或套牌车，诚然这种耗费人力的方法有相当得效果，但仍不能杜绝同类车型的套牌现象。车牌识别技术是指能够检测到受监控路面的车辆并自动提取车辆牌照信息（含汉字字符、英文字母、阿拉伯数字及号牌颜色）进行处理的技术。它以数字图像处理、模式识别、计算机视觉等技术为基础，对摄像机所拍摄的车辆图像或者视频序列进行分析，得到每一辆汽车唯一的车牌号码，从而完成识别过程。通过一些后续处理手段可以实现停车场收费管理，交通流量控制指标测量，车辆定位，汽车防盗，高速公路超速自动化监管、闯红灯电子警察、公路收费站等等功能。对于维护交通安全和城市治安，防止交通堵塞，实现交通自动化管理有着现实的意义4。2.2.1 车牌自动识别系统原理牌照自动识别是一项利用车辆的动态视频或静态图像进行牌照号码、牌照颜色自动识别的模式识别技术。其硬件基础一般包括触发设备（监测车辆是否进入视野）、摄像设备、照明设备、图像采集设备、识别车牌号码的处理机（如单片机）等，其软件核心包括车牌定位算法、车牌字符分割算法和光学字符识别算法等。某些车牌识别系统还具有通过视频图像判断是否有车的功能称之为视频车辆检测。一个完整的车牌识别系统应包括车辆检测、图像采集、车牌识别等几部分。当车辆检测部分检测到车辆到达时触发图像采集单元，采集当前的视频图像。车牌识别单元对图像进行处理，定位出牌照位置，再将牌照中的字符分割出来进行识别，然后组成牌照号码输出。其流程图如图2-3：图像采集视频车辆检测视频信号 数字图像流车牌定位字符分割字符识别图片压缩信息包 结果输出 图2-3 车牌识别流程示意图2.2.2 牌照号码、颜色识别1. 牌照定位自然环境下，汽车图像背景复杂、光照不均匀，如何在自然背景中准确地确定牌照区域是整个识别过程的关键。首先对采集到的视频图像进行大范围相关搜索，找到符合汽车牌照特征的若干区域作为候选区，然后对这些侯选区域做进一步分析、评判，最后选定一个最佳的区域作为牌照区域，并将其从图象中分离出来。2. 牌照字符分割完成牌照区域的定位后，再将牌照区域分割成单个字符，然后进行识别。字符分割一般采用垂直投影法。由于字符在垂直方向上的投影必然在字符间或字符内的间隙处取得局部最小值的附近，并且这个位置应满足牌照的字符书写格式、字符、尺寸限制和一些其他条件。利用垂直投影法对复杂环境下的汽车图像中的字符分割有较好的效果。3. 牌照字符识别字符识别方法目前主要有基于模板匹配算法和基于人工神经网络算法。基于模板匹配算法首先将分割后的字符二值化并将其尺寸大小缩放为字符数据库中模板的大小，然后与所有的模板进行匹配，选择最佳匹配作为结果。基于人工神经网络的算法有两种：一种是先对字符进行特征提取，然后用所获得特征来训练神经网络分配器；另一种方法是直接把图像输入网络，由网络自动实现特征提取直至识别出结果。实际应用中，车牌识别系统的识别率还与牌照质量和拍摄质量密切相关。牌照质量会受到各种因素的影响，如生锈、污损、油漆剥落、字体褪色、牌照被遮挡、牌照倾斜、高亮反光、多牌照、假牌照等等；实际拍摄过程也会受到环境亮度、拍摄方式、车辆速度等等因素的影响。这些影响因素不同程度上降低了车牌识别的识别率，也正是车牌识别系统的困难和挑战所在。为了提高识别率，除了不断地完善识别算法还应该想办法克服各种光照条件，使采集到的图像最利于识别5。2.3 车位诱导和车辆检测系统概述该系统采用多媒体技术， 通过联网的超声波感应器监控到停车位的使用状况，通过智能显示器显示方向和空位的数量及其他信息，以便驾驶者通过最短路径找到空车位。车辆及车位信息采集、显示此环节采用动态模拟技术， 由车位超声波探测器、供电器、控制器、智能方向指示器、金属模拟图板等组成。探测器安装在车位上方，金属模拟图板安装在地下各层的停车入口处，图板上的LED用红绿二色表示由探测器传来的有车车位、空车车位的动态实时信息。探测器通过信号线、电源线联结至控制器。超声波传感器是停车引导系统的一个关键部件， 它通过总线实现供电及联网。其检测距离一般为0.6m4.0m， 可根据实际需求进行单个或调整。传感器之间的超声波同步脉冲需避免相互干扰。现场总线系统由多个子系统组成，每个子系统可以为125个传感器提供电源，可以配置多个方向指示器。智能方向指示器通过总线实现联网及供电，根据用户需要自行配置用以监控一定范围的传感器地址，通过连接隶属的显示器显示某车道、区域空闲车位方向及数量， 也可通过上层的安装总线连接主显示器来统计和显示空位总数。LED显示屏安装在地下各层的停车人口处金属模拟图板的上方， 语音提示和中文滚动显示时间、停车方式及注意事项。每个灯光引导指示牌由两组灯光组成，一组显示“有车位”，一组显示“请直行”。它受车位超声波探测器控制， 当一组车位停满时，它接收到控制器发出的信号，便熄灭“有车位” 指示灯。司机就可以根据灯光导引，沿着车位显示指示器“有车位”指示灯寻找车位6。超声波传感器车辆检测，在一定的时间间隔内， 传感器发射超声波脉冲并测量脉冲返回的时间。在测量过程中， 如果脉冲返回时间短于作为校准基础的地面返回时间， 传感器将判定车辆在场。多个传感器可以通过网络发出的校准命令同步进行校准。传感器可通过内置LED来显示停车位占用、空闲状态。在多数情况下， 通过停车场车道安置的附属的LED指示灯能够方便地看到现场状态。停车场管理系统运行过程是以顾客停车取车的过程为基础的,停车场的工作流程也始终以用户车辆进出停车场的流程为中心。停车场用户一般分为临时用户和固定（小区内）用户两大类。当车辆驶入/ 出停车场天线通信区时,天线以微波通讯的方式与车载射频卡进行双向数据交换, 从射频卡上读取车辆的相关信息, 自动识别射频卡并判断车卡是否有效和合法性,车道控制电脑显示与该射频卡一一对应的车牌号码及驾驶员等资料信息;车道控制电脑自动将通过时间、车辆和驾驶员的有关信息存入数据库中,车道控制电脑根据独到的数据进行判断来做出放行或禁止的决策7。2.3.1 车位诱导和车位显示现在的汽车大多数都装载了GPS导航，这为诱导系统提供了一个提示方法。诱导系统通过车辆自带的GPS导航提示驾驶路线，到达申请的车位。诱导系统可以分为车内诱导系统和车外诱导系统。 在车内诱导系统中，实时交通信息在车辆和信息中心之间传输。这种诱导系统诱导对象是单个车辆，也称车辆个体诱导系统，这类系统的诱导机理比较明确，容易达到诱导的目的。目前发达国家采用的是这种系统，但是这种系统对车内设施和信息传输技术要求比较高，造价相对昂贵。 在车外诱导系统中，车位诱导信息在停车场内LED显示屏上显示，诱导对象是所有用户。这种系统价格相对比较便宜。本设计基于单个车辆的诱导系统，诱导车辆到达指定的车位。但车外诱导系统可以有效地辅助单个车辆。诱导系统主要由显示驱动、数据接收和数据处理。工作原理：通过安装在每个车位上方的超声波车位探测器，实时采集停车场的各个车位的车辆信息。连接探测器的节点控制器会按照轮询的方式，对所连接的各个探测器信息进行收集，并按照一定规则将数据压缩编码后反馈给中央控制器，由中央控制器完成数据处理，并将处理后的车位数据发送到停车场各个LED指示屏进行空车位信息的显示，从而实现引导车辆进入空余车位的功能。系统同时将数据传送给计算机，由计算机将数据存放到数据库服务器，用户可通过计算机终端查询停车场的实时车位信息及车场的年、月、日统计数据。本文采用的是车内诱导系统为主，车外诱导系统为辅的综合诱导系统，终端显示驱动有数据反馈机制，驾驶者可以取消车位申请，重新选择停车位，查看个人信息和更新当前车库停车状况。有效地停车用户停车时的效率8，如图2-4所示：图2-4 智能停车场诱导方案图2.3.2 超声波测距原理超声波技术是一门以物理、电子、机械、机械、以及材料科学为基础的、各行各业都可使用的通用技术之一。超声波是通过超声波的产生、传播以及接收的物理过程完成的。超声波在介质中可以产生三种形式的振荡波：横波，质点震动方向垂直于传播方向的波；纵波，质点振动方向与传播方向一致的波；表面波，质点振动介于纵波和横波之间，沿表面传播的波。横波只能在固体中传播，纵波能在固体液体中和气体中传播，表面波随深度的增加其衰减很快。为了测量各种状态下的物理量多采用纵波形式的超声波。超声波的物理性质：超声波的反射和折射，当超声波传播到两种特性阻抗不同介质的平面分界面上时，一部分超声波被反射，另一部分透射过界面，在相邻介质内部继续传播，这样的两种情况称之为超声波的反射和折射；超声波的衰减，超声波在一种介质中传播，其声压和声强按指数函数规律衰减；超声波的干涉，如果在一种介质中传播几个声波，于是产生波的干涉现象，由于超声波的干涉，在辐射器的周围形成一个包括最大最小的扬声场。超声波测距方法主要有三种：相位检测法：精度高，但检测范围有限；声波幅值检测法：易受反射波的影响；渡越时间法：工作方式简单，直观，在硬件控制和软件设计上都容易实现，其原理为：检测从发射传感器发射的超声波经气体介质传播到接收传感器的时间t，这个时间就是渡越时间，然后求出距离l。设l为测量距离，t为往返时间差，超声波的传播速度为c，则有l=ct/2。综合以上分析，本设计将采用渡越时间法9。2.3.3 车辆检测本系统可以与停车场出入口管理系统配合使用，当停车场内没有停车位时，即可与出入口管理系统联动，使停车场入口票箱控制器停止发放临时停车卡，避免车辆过多进入停车场而引起的场内交通拥挤或堵塞。对于普通平面车位，使用超声波探头是成熟可靠的技术。而对于升降横移立体车位来说，普通的超声波探头没有安装位置，又不便拖一根随动电缆，所以我们采用了我公司的最新产品，无线超声波车位探测器，安装于载车板上。而地上的平面车位，露天环境由于风雨影响不能用超声波探头，所以要用我们的最新产品地磁车位探测器，它埋在车位下，检测大地磁场变化，通过比较来判断车位上的有车无车状况。对于1和2自动仓储式车库，要通过计算机接口和数据库接口，把自动库的空车位数据实时的传送到引导系统。车位探测系统实时探测车位上是否有车辆停放，通过数据采集器和节点控制器将数据实时发送到主控器和管理电脑，由主控器及时更新各个交叉路口引导屏的空车位数，指引客户停车。同时根据车位使用情况控制车位指示灯亮不同的颜色，红色为占用，绿色为空位，客户在50米外即可看到，根据车位指示灯的颜色客户可很快找到车位。本系统由车位探测器、车位指示灯、数据采集器等组成，利用超声波反射回波检测反射物距检测器的距离，从而判断车位上是否有车辆停放，本系统具有车位探测、车位指示、车位预置等功能10。本系统主要由以下几部分组成：1. 超声波车位探测系统2. 无线超声波车位探测系统3. 地磁车位探测系统（可选）4. 自动仓储式车库数据集成5. 信息显示系统6. 控制系统7. 引导系统管理软件2.4 小区停车计费系统概述2.4.1 计费系统概述该系统基于小区停车计费系统中的数据信息，能够实现无人自动计费，只需要驾驶者在小区进出口停车计费系统中拥有一定量的资金，在驾驶者使用服务后，根据驾驶者的使用时间长短和使用的地点来计算。可以达到规范小区停车状况，改善小区安全交通。系统目的：提升用户现代化管理水平和服务质量；创造安全、可靠、高效、便捷、管理环境；最大限度降低中间流动管理运营成本；适应市场经济需求，提高工作效率，推广电子化进程。2.4.2 计费系统的工作原理及特点计费系统是小区停车计费系统一个重要的环节，没有车辆在停车位上，计费系统处于待机状况。一旦检测到有车辆占用该车位，计费系统立刻检测出车辆信息，发送给小区停车计费系统，小区停车计费系统确认车辆信息后，回传一个信息。所停的车辆是申请该车位的车辆，则计费开始。所停的车不是申请的车辆，则计费系统的检测结构开始发出报警提示，提示驾驶者违规停车。如果该车位未被申请，检测结构提示驾驶者是否申请该车位，驾驶者申请了该车位则开始计费，驾驶者没有申请该车位，则视违规停车。计费系统中包括制定不同的计费策略，计费策略制定的几个因素：时间长短、车位位置、停车时间点和不同驾驶者优惠政策。计费策略是计费系统中心部件，没有计费策略就无法有效地计算出停车消费的费用。计费车辆主要根据停车时间段来制定的，停车位、停车时间点和驾驶者的优惠政策综合制定出计费策略11。计费系统车辆信息检测结构时间长短车辆位置到底是否计费策略图2-5 计费策略如图2-5 所示，检测结构包含了自动记录时间功能，在车辆离开车位后，自动的把起始时间和离开时间发给计费系统。计费系统根据某车位使用时间的长短来计费，并自动从驾驶者在城市路边停车计费系统的账户里扣除。无需任何人、也无需驾驶者的任何工具全自动的计费系统。车位的使用与未使用是根据现场车位传感器的测量，传送给小区停车计费系统，并更新城市车位信息库。车辆占用车位检测结构计费系统 否小区停车计费系统车辆信息核对 是计费开始 否检测离开 是计费结束 时间 图2-6 计费流程计费系统能够提供有效地信息给小区停车计费系统，更新车位数据库。计费系统根据某车位使用时间的长短来计费，并自动从驾驶者在小区停车计费系统的账户里扣除。无需任何人、也无需驾驶者的任何工具全自动的计费系统。车位的使用与未使用是根据现场车位传感器的测量，传送给小区停车计费系统，并更新小区车位信息库。2.5 进出口识别系统概述入出口固定用户车辆检测到有车来允许读卡读卡机读卡自动取卡数据库备份是否合法控制器记录信息卡操作、授权登记防砸检测车辆通过，关道闸开启道闸车辆进场图2-7 车辆入场流程图停车场管理系统运行过程是以顾客停车取车的过程为基础的,停车场的工作流程也始终以用户车辆进出停车场的流程为中心。停车场用户一般分为临时用户和固定（小区内）用户两大类。当车辆驶入/ 出停车场天线通信区时,天线以微波通讯的方式与车载射频卡进行双向数据交换, 从射频卡上读取车辆的相关信息, 自动识别射频卡并判断车卡是否有效和合法性,车道控制电脑显示与该射频卡一一对应的车牌号码及驾驶员等资料信息;车道控制电脑自动将通过时间、车辆和驾驶员的有关信息存入数据库中,车道控制电脑根据独到的数据进行判断来做出放行或禁止的决策12。第3章 车位诱导车辆检测系统硬件设计3.1 停车场系统整个停车管理系统示意图如图3-1所示，信息显示牌为LED显示屏，显示当前时间及车位信息。当有车进入时，司机进行刷卡，刷卡信号由控制器读入，控制闸杆机抬起，语音提示“欢迎光临 ”，当地感线圈检测到车辆进入时，更新车位信息，抓拍车辆图片，闸杆机下落；同样，当车辆驶出，司机刷卡，控制闸杆机抬起，语音提示“谢谢光临 ，当地感线圈检测到车辆离开，抓拍车辆信息，闸杆机下落并更新车位信息。而车辆的图像信息、IC卡数据信息的处理都将由值班室的上位机完成。停车场数据中心入口控制出口控制 车牌识别计费管理安全系统停车诱导计时收费收卡收费系统车辆检测系统出口控制信息提示车牌检测识别数据存储报警系统监控系统入口控制发卡读卡系统车辆检测系统LED显示超声波车位检测图3-1 智能停车场整体框图智能停车场管理系统是现代化停车场车辆收费及设备自动化管理的统称。本系统是集射频识别、车辆检测、超声波车位检测、显示技术、智能计时收费管理技术以及车牌识别技术等现代智能化管理技术的统一综合。通过这些技术数据处理，从而实现停车场收费、管理等目的。根据设计原理智能停车场管理系统可分为三大部分，信息的采集与传输、信息的处理与人机交互、信息的存储与查询。控制器设计框图如图3-1-2所示，系统选用SPCE061A型单片机作为主控芯片，单片机通过读卡信号和锁相环电路的电平变化检测车辆的到来。DS1302时钟电路为系统提供精确的时间信息，通过驱动LED显示牌实时显示车位及时间信息，系统具备与上位机的串行通信通信接口13。3.2 系统总体原理3.2.1 车辆检测通过各种方案比较，本设计的车辆检测器采用地感线圈检测方案。地感线圈车辆检测器是一种基于电磁感应原理的车辆检测器。地感线圈Ll埋在路面下，通有一定工作电流的环形线圈，由多匝导线绕制而成，埋设在道路中。地感线圈构成的耦合电路如图3-2-1所示T为隔离变压器，匝数比为1:1，三极管Ul和U2组成共射极振荡器，电阻R3是两只三极管的公共射极电阻，并构成正反馈。地感线圈作为检测器谐振电路中的一个电感元件，与车辆检测器的振荡回路一起形成LC谐振。当有车辆通过时，将会使线圈中单位电流产生的磁通量增加，从而导致线圈电感值发生微小变化，进而改变LC谐振的频率，这个频率的变化就作为有汽车经过地感线圈的输入信号。为了检测这个变化，常用的办法是通过单片机计算单位时间内的振荡脉冲个数来确定车是否到来。在本设计中，需要检测两个地感线圈的频率变化，如果利用单片机同时对两路信号频率的变化量进行测量，则系统相对较大，程序比较复杂，使得单片机负担较重。这里介绍一种新的检测方法：利用锁相环音频译码器LM567检测频率的变化。LM567的第5和6脚外接的电阻、电容决定了IC内部压控振荡器的中心频率，fo=1/1.1RC。第1和2脚通常是分别对地接电容，形成输出滤波网络和环路低通滤波网络14。音频译码器LM567工作时，若输入的信号频率落在给定的通频带时，锁相环即将这个信号锁定，同时LM567的内部晶体管受控导通，8脚输出低电平，否则输出高电平。当输入信号频率处于通频带内，LM567锁定，输出低电平。通常在无车情况下，耦合电路的振荡频率会在一定的范围内保持不变，当车经过地感线圈时，使得耦合电路震荡频率发生变化，并且，随着车型的不同以及车本身的铁质不均匀，使这个频率的变化也在一定的范围内浮动。因此，通过实验，选择合适的LM567捕获带宽值，使得当无车时，输入信号频率虽有微小变化，但使这个浮动的频率都处于通频带内，LM567锁定，8脚输出低电平；有车到来时，频率发生剧烈的变化已不在通频带内，8脚就会输出高电平。这时，对车辆是否到来的检测转化为对电平高低的检测，通过触发单片机的外部中断即可感知车辆的到来，而无需通过复杂的程序来区分此时的频率变化是否由车辆的到来所引起，大大降低了编程的难度。3.2.2 车位诱导和车位显示超声波传感器车辆检测，在一定的时间间隔内， 传感器发射超声波脉冲并测量脉冲返回的时间。在测量过程中， 如果脉冲返回时间短于作为校准基础的地面返回时间， 传感器将判定车辆在场。多个传感器可以通过网络发出的校准命令同步进行校准。传感器可通过内置LED 来显示停车位占用、空闲状态。在多数情况下， 通过停车场车道安置的附属的LED 指示灯能够方便地看到现场状态15。3.2.3 其他控制部分控制闸杆机的起落即是控制闸杆机的直流电机的正反转，通过单片机控制口输出高低电平配合继电器工作，直流电机电机两端加正反电压可以实现正反转。对于时间的记录，这里选用DS1302日历芯片，DS1302可以对年、月、日、周、时、分、秒进行记录可接入后备电源，在主电源关闭的情况下也能始终保持连续工作，单片机SPCE061A可以随时读取当前的时间。与上位机的通信利用SPCE061A的通用异步串行通信模块(UART)，它提供了一个全双工标准接口，借助于IOB口的特殊功能和UARTIRQ中断实现与上位机配置的RS-232串行通信接口COM链接，实现了数据的及时传输。另外，语音提示部分利用SPCE061A的语音处理优势。利用SPCE061A的语音压缩算法库和内置的DAC等，即可实现清晰的语音播报功能，无需外加语音芯片。3.3 车辆检测系统硬件设计在本系统结构中，选用Atmel的8位单片机AT89C51作为环形线圈检测器的硬件控制核心，其片含有2K字节的Flaash程序存储器，128字节的片内RAM，2路定时器/计数器。丰富的片内结构，可以同时满足车辆检测和数据传输的需要，保证了系统的可靠性，其总体结构图如图3-2所示16：单片机AT89C51计数电路复位电路信号整形电路晶振电路耦合振荡电路地感线圈输出显示器图3-2 车辆检测系统硬件结构图3.3.1 锁相环路工作原理锁相环主要由相位比较器、压控振荡器、低通滤波器3部分组成，它的基本构成如下图3-3所示：压控振荡器相位比较器低通滤波器输入信号Ui 误差电压Uo 控制电压Ud 输出信号Uof1 f3 比较信号 f2图3-3 锁相环原理图当输入信号与压控振荡器的输入信号频率不同时，相位比较器比较着两个信号的振荡相位，输出它们的相位差，经低通滤波器加到压控振荡器上，使压控振荡器的频率跟着变化，其输入信号的频率接近，最后等于输入信号的频标值，当两者的输出便不再变化。压控振荡器的输出Uo接至相位比较器的期中一个输入端，施加于相位比较器灵一个输入端的外部输入信号Ui与来自压控器的输出信号Uo相比较，比较结果产生的误差输出电压Ud正比于Uo两个信号的相位差，经过低通滤波器滤除高频分量后，得到一个平均电压Ud。这个平均值电压Ud朝着减少VC0输出频率和输入频率之差的方向变化，直至VC0输出平和输入信号频率获得一致。这时两个信号的频率相同，两相位差保持恒定称作相位锁定17。3.3.2 信号输入电路的设计本系统的信号输入电流时产生正弦波的振荡器电流，容三式振荡器是因为电容的三个端子和器件的三个电极相连接而得名。 R1 R4 VT1 C4 C2 C1 R3 R2 C3 C4 图3-4 振荡电路图模块3.3.3 复位电路的设计 AT89C51 Vcc R1 C R2 REST Vcc 图3-5 复位电路图模块复位电路图如图3-5所示:双线圈的检测系统所才用的结束检测的方式给予相同，即在启动时，并确认车辆到达之后，通过判断线圈频率与基频的差值是否小于一定阈值来判断车辆是否离开线圈。第4章 系统软件设计4.1 程序流程图初始化荡脉冲电路单片机产生激起震检测中心频率是否修正f 是 调用检测程序 否判断是否有车F偏移量是否大于阈值 是 否修正f延时处理否 是有车调用通讯程序返回图4-1 程序流程图4.2 设计要点1. 振荡电路是由电感和电容组成的，在每次检测完毕后，由于振荡频率的变化，在电容上可能有多余的电荷存在，经过若干次检测后，积累的电荷将击穿电容，使设备不能正常工作。所以在设计电路时应该考虑振荡电路的保护电路。2. 上述设计思想只是就一个检测器连接一个地感线的情形。而在实际应用中，一般检测要连接24个地感线圈，可以同时检测多个车道。这些线圈分别埋在相邻车道下。因此，振荡电路起振后，线圈之间可能会引入干扰，另外，电感或电容元件老化也会引起工作误差。3. 根据试验结果，各种干扰和有车通过时都会引起中心频率的偏移。为了保证系统不会因为干扰而发生误操作，据干扰和锁引起中心频率偏移的程度不同，预先设定一个阈值，作为判断有车无车的界限，当中心频率f偏移大于该阈值时，为有车通过，反之认为无车通过18。4.3 编制软件程序车位诱导程序：系统初始化：一般情况，直接调用此函数将单片机系统时钟设置在72MHzSystemInit();程序中经常要用到延时函数，在这里为了提高CPU工作效率，不再使用死等待的演示方式，而是采用定时器作延时。void Delay_Configuration(u8 SYSCLK)RCC_APB1PeriphClockCmd(Delay_RCC_APB1Periph_TIMx, ENABLE);TIM_PrescalerConfig(Delay_TIMx, SYSCLK, TIM_PSCReloadMode_Update);超声波检测模块初始化/超声波软件系统初始化void Sonic_Init(void)Sonic_RCC_Configuration(); Sonic_GPIO_Configuration();Sonic_NVIC_Configuration();Sonic_TIM_Configuration(); ：/打开超声波需要使用的系统资源的时钟void Sonic_RCC_Configuration(void)RCC_APB2PeriphClockCmd(SONIC_RCC_APB2Periph_GPIOx_OUT|SONIC_RCC_APB2Periph_GPIOx_IN,ENABLE);/打开时钟RCC_APB1PeriphClockCmd(SONIC_RCC_APB1Periph_TIMx,ENABLE);/这里设置超声波检测所需要的引脚的相应功能void Sonic_GPIO_Configuration(void)GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;/*波形输出 驱动超声波*/GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=SONIC_GPIO_Pinx_OUT;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;/!GPIO_Init(SONIC_GPIOx_OUT,&GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SONIC_GPIO_Pinx_IN;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(SONIC_GPIOx_IN, &GPIO_InitStructure);/打开中断，设置中断优先级void Sonic_NVIC_Configuration(void)NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_0); /设置优先级NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=SONIC_TIMx_IRQn;/使能外部中断线1(IRQ通道)NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0; /先占优先级NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0; /从优先级NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); /定时器的初始化配置void Sonic_TIM_Configuration(void)TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;/*通用定时器配置*/TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period =65535;/TIMx-ARR设置自动装载值TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =72;/TIMx-PSC 设置预分频器值TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision =TIM_CKD_DIV1;/设置时钟频率TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; /选择计数器模式TIM_TimeBaseInit(SONIC_TIMx, & TIM_TimeBaseStructure);TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure); /默认参数 TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM1;/模式1设置输出比较3模式 TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; /设置为输出TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse =21; /设置捕获比较寄存器4值即占空长度 TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_High;/设置输出极性-高电平 TIM_OC4Init(SONIC_TIMx, &TIM_OCInitStructure); /初始化TIMx通道4. TIM_OC4PreloadConfig(SONIC_TIMx, TIM_OCPreload_Enable); /TIMx-CCMR2 OC4PE 输出比较4的预加载使能位TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_2;TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x0;TIM_PWMIConfig(SONIC_TIMx, &TIM_ICInitStructure);/* Select the TIM3 Input Trigger: TI2FP2 */TIM_SelectInputTrigger(SONIC_TIMx, TIM_TS_TI2FP2);/* Select the slave Mode: Reset Mode */TIM_SelectSlaveMode(SONIC_TIMx, TIM_SlaveMode_Reset);/* Enable the Master/Slave Mode */TIM_SelectMasterSlaveMode(SONIC_TIMx, TIM_MasterSlaveMode_Enable);/* TIM enable counter */TIM_Cmd(SONIC