• 一種智能停車場車位監測裝置的設計與實現

     摘要

    停車場車位信息檢測是對停車場管理的系統,對高效停車,快速尋找車位和方便車位的管理很有幫助。該裝置是利用超聲波檢測車輛進出,基于51單片機的控制的系統。經過組織了科技人員對現在國內外的常見及使用過的比較常用到的幾種城市地下與公共停車場車位的超聲檢測設備新技術系統進行的全面分析及學習,確定和采用出了一種使用廣泛的超聲波傳感器方案。在系統綜合研究分析比較了超聲波傳感器性能參數和采用51單片機所進行集成的超聲波控制探測與超聲波計數采集電路系統的應用功能基礎上,設計開發生產制造了我國另一種完全可以借由單片機超聲波芯片實現超聲波探測及控制檢測的便攜式公共或停車場車位超聲波自動檢測和控制采集裝置探測器產品。停車場車位信息檢測系統還分別包括采用了車位超聲波探頭檢測與報警系統模塊、車位信息采集顯示系統監控系統模塊和電源模塊組成;運用超聲波多普勒測距法中的超聲波多普勒原理就可以獲得超聲波車輛探頭的位置進出軌跡信息,采用51單片機電路硬件作為超聲波探測器軟件主控及處理核心芯片,并已完成對該模塊電路硬件的結構與設計程序進行了一段很系統詳細完整的軟硬件設計和描述調試過程;并最后通過使用C語言編制開發出了單片機程序,完成了超聲波車位探測器軟件的設計。

    關鍵詞:車位安全檢測超聲波傳感器51單片機

     第一章緒論

      1.1車位探測技術的背景

    科技和經濟的飛速發展,越來越多人擁有私家車。在城市中停車場是交通系統的重要一部分,而我國大部分城市的停車場管理設備落后,管理混亂,嚴重造成交通堵塞等。尤其是離城市中心較遠地區管理較為混亂,私家車亂停亂放對交通造成堵塞造成矛盾沖突。這對人民和交通造成困擾,為了緩解交通壓力,應多多改善停車場管理系統。車位探測器作為管理系統的重要組成部分,不僅能夠快速了解車位情況,方便車主尋找車位,節省時間以免造成交通堵塞,從而緩解交通壓力。升級了管理水平,提供了一個良好安全的管理水平。

     1.2車位探測技術領域的國內外現狀特點的現狀與發展趨勢

    隨著科技的發展,對停車場的需求增加,車位檢測技術應用也越來越多,且系統越發成熟。對于發達國家,從最初的簡單的增加車位到逐漸的以停車位來控制交通流量,逐步走向自動化和智能化。早在上世紀60年代就有一些國家引用停車場管理系統,從最初的發票管理到自動收費管理等。如今可實現手機管理和網絡管理可以預定車位。國內在這方面還沒有標準化,統一化。迄今為止有些停車場車位管理已經十分發達,已經能夠實現自動收費,實現了無人化,能夠直接出停車場,然后根據車牌號自動扣取車主停車費大大節省了時間,為交通帶來便利和快速。由于國家發展起步晚,有的地區管理系統還不夠完善,國內的停車位檢測裝置和管理系統的質量參差不齊。目前停車場檢測裝置和管理系統逐步往自動管理,智能管理發展,網絡化管理。能夠在網絡上了解停車位狀況,自動管理車輛的進出,指導車主停車,實現快速,便捷停車,更好服務人民使人民幸福感拉滿。

     1.3課題研究目的和意義

    本課題主要研究利用超聲波檢測車輛進出,再將信息傳遞給51單片機進行對液晶顯示屏的控制,從而達到車位信息的顯示。課題信息研究課題目的:隨著交通科技水平的日益發展,私家車數量將劇增,而車位供給供不應求。為了緩解這種現象一個良好的管理系統能夠加大地皮的利用率,還能緩解交通壓力,節省車主的時間。本課題的意義:在前人研究的基礎上簡單的運用單片機來提高停車場的車位管理,減少在外尋找車位時間,同時避免停車庫滿造成車主浪費時間尋找空車位,且避免造成車庫內堵塞。該停車場車位檢測系統能夠改善車子亂停的現象,從而減少一定的事故發生率,還能夠在停車場外面就能了解到車位的信息,節省車主時間。

    目前我國對停車場管理系統還不成熟,質量參差不齊和國外還有一定的差距,這套設計能夠降低尋車位時間,加強停車場的管理。

     1.4研究內容和技術關鍵

    主要以停車位作為研究對象,在出口和入口檢測車輛是否通過并將信息反饋至單片機進行控制。技術關鍵在于傳感器檢測,和單片機軟件設計。硬件設計主要包括檢測模塊,顯示模塊,電源模塊,控制模塊(單片機)。利用超聲波的特性來檢測車輛的通行,以51單片機為處理器控制液晶顯示器顯示車輛信息。

     1.4.1傳感器模塊

    超聲波傳感器:是由一種設備根據超聲波的反射及傳播等原理來開發與制造和組裝生產而成,主要產品包括由超聲波發射器、超聲波接收器組件電路和超聲波控制模塊電路等所共同組成。超聲波車輛距離檢測裝置它也是唯一能通過根據超聲波反射測距器等原理進行自動跟蹤計算和測量計算出的周圍的障礙物及距離信息來自動分析判斷車輛現場中是否存在真的有超聲波車輛的檢測設施存在著缺陷的。具體技術應用方式是利用超聲波發射器的超聲波發射與控制裝置能直接的向有目標檢測物區域方向連續發射送出的超聲波,遇到目標有反射物時則直接反射而出信號并可同時地被所有目標接收器設備所實時接收,通過分析觀測點時間差大小情況和再根據發射超聲波信號后在目標環境空氣系統介質中聲波的最大平均傳播或擴散傳播速度情況而可以測算得出超聲波探頭區域與目標有目標反射物區域之間最大的信號傳輸距離。當發現被檢測到物體區域范圍上的有任何目標車輛能夠同時可能存在車輛通過狀況時,超聲波的發射使檢測目標控制測量裝置能根據其測算后得出超聲波的隨傳播物體距離增大而自動發生的方向的變化,從而達到自動判斷做出對于該受檢測到目標區域范圍內可能有的任何目標車輛能夠順利通過狀況或者同時可能也存在行駛障礙時的自動準確地判斷。對于超聲波發射的目標檢測目標控制技術,其具有的優點有:

    1)設備造價與成本低,無需再要另外在車輛內部或者是地面直接安裝紅外反射接收裝置,安裝后維護極為簡單。

    2)超聲波檢測器有一個很高強韌的抗靜電波干擾檢測能力和有很高的超聲波檢測的精度。但是由于空氣溫度的劇烈的變化和氣壓強烈的變化引發的氣流動力學參數紊亂變化等另外一些外界環境因素變化也是都會比較容易地對傳感器壽命會造成有很大地影響,對于地下停車場這個特定的環境,氣流的紊亂對于速度和室內溫度之間的變化影響很小也就是很微小,可以做到選擇性或忽略。通過和對上述資料的對比分析數據進行橫向比較,超聲波車輛定位與檢測裝置方法仍是中國現階段國內最成熟主要是適合用于檢測城市地下或公共停車場車位檢測及設備裝置參數信息的車載超聲波車輛檢測設備技術。

    紅外線傳感器:紅外線屬于非可見光,波長在760納米至1毫米之間,頻率在400THz到300GHz的范圍內。由于它的直線傳播特性而常被應用于測距。原理主要是利用發射器先發射一段紅外線,然后再被探測物體被反射再回來又被紅外接收器再次接收,由此計算得到的時間差再通過結合紅外線信號傳播的速度便可得估算出距被感測物之間的安全距離,從而再根據該距離的實際變化計算得出接收器是否會檢測到車輛。對于紅外線檢測技術其主要具有的性能優點主要有:

    抗干擾能力強,比如靜電,溫度,濕度或者噪音對其影響較小,但是對灰塵,大霧,大雨等影響光線傳播的環境具有較大的影響。

    可靠性高,功耗小。

     1.4.2系統的硬件模塊

    該模塊以51單片機為主,以51單片機為核心。以51單片機控制液晶屏顯示車位信息,用燈光模擬停車庫的車輛狀況,實時顯示多少空車位等信息

     1.4.3系統的軟件模塊

    用C語言對其進行編程,使用一定邏輯使其實現一定功能。

     第二章設計方案

      2.1系統設計思路

    本次畢業設計課題以停車場作為研究對象:需要研究一套系統針對停車場管理及車位信息的顯示。根據分析和研究得知本設計最主要的問題是其一如何用51單片機來控制顯示屏也就是系統的軟件模塊,其二就是傳感器的檢測及與單片機的連接。超聲波傳感器可能會受環境的影響,但也有諸多優點。所以在此次畢業設計中要處理好傳感器的連接,獲得穩定的檢測信號,減少數據的出錯,保證數據的準確性。選擇合適的單片機,實現相應的功能該系統具有四個模塊,傳感器模塊,報警模塊,控制模塊,顯示模塊。用戶將系統安裝在停車場,通過超聲波傳感器采集的數據發送至控制中心(單片機),控制中心負責接收數據和數據處理和判斷,接著根據數據處理和判斷控制顯示模塊及報警模塊,從而達到實時顯示車庫信息,方便車位的管理和利用

    在系統設計過程中需要注意以下幾點:首先是傳感器的選擇,面的停車場的環境及經濟性能做一定的判斷,然后做出選擇,選擇的傳感器要滿足停車位的要求,不要選擇過好的傳感器造成性能過剩。其次是傳感器信息的傳送選擇無線或有線傳輸,停車場的環境是否對其造成影響。再次就是顯示屏的選擇,如何做到顯示穩定及軟件編程方便以及經濟效應。最后就是軟件模塊,實現功能的基礎上,要對數據處理及穩定性有一定保障。通過調試和分析,是系統龔總穩定,數據傳輸正常。

     2.2系統的框架設計

    本次設計停車場車位信息檢測系統主要以AT89C51單片機為中心,該系統有兩個檢測傳感器和控制中興構成。檢測裝置由超聲波傳感器組成,控制中心由復位按鍵和單片機按照相應的電路進行連接。檢測裝置與控制中興之間的數據是有線傳輸。

    2.3系統方案選擇

    方案一:控制中心的單片機選用AT89C51,傳感器選用超聲波傳感器(HC-SRF04)對車輛檢測,液晶顯示屏選用的是LM016L型號。

    方案二:控制中心選用的單片機位AT89C51,傳感器選用紅外線傳感器(GP2Y0A710K)對車輛進行檢測,傳感器通過有線傳輸將數據傳送給單片機,單片機對數據處理判斷然后控制顯示屏。

    方案分析:方案中單片機AT89C51面對此系統設計在性能方面綽綽有余,能夠很好滿足該系統要求的功能,在價格方面也是比較實惠且在市面上廣泛,容易購買在后期的維修或者更換單片機操作方便。方案一中的超聲波傳感器是利用超聲波來檢測,當接到檢測是該裝置會發射8個40KHz的方波,使用5伏電壓,具有電源,接地,控制,接收端口,對于像光源,天氣,灰塵等一些因素不會帶來影響,對于環境的影響不會太大在一般場合都能夠穩定工作,紅外線傳感器使用的是不可見光紅外線檢測的,對于光線具有一定要求,在黑暗的環境中檢測的結果可能偏差太大,但是它能夠檢測熱量,紅外線傳感器檢測距離較短,長距離的紅外線檢測裝置較為昂貴。相對于小型的或者地下的停車場更適合使用超聲波傳感器。液晶顯示屏選用的是LM016L型號的,液晶顯示器接收到信號后它的色彩和亮度不發生改變,能夠穩定顯示。且顯示器的接口與單片機連接方便,操作簡便。

     2.4系統功能

    該系統主要為了實現停車場的信息檢測,方便車主迅速了解停車場的信息方便交通出行,該系統通過超聲波檢測裝置來探測是否有車輛通行,后將信息傳送至單片機,單片機對信號進行處理及判斷,進而控制液晶顯示屏和燈光的開關。從而達到信息的管理和展示。。當檢測到車輛通過是單片機控制顯示模塊上的空車位數減一,車輛數加一,累計數加一。

     第三章硬件設計

      3.1單片機(51單片機)

    AT89C51具有這些標準功能:4k字節閃速存儲器,256字節片內數據存儲器(00H-7FH為片內RAM,80H-FFH為特殊功能寄存器SFR),32個I/O口,兩個16位定時控制器/時間計數器,一個5向量兩級中斷結構,一個全雙工串行通信口,片內振蕩器及時鐘電路。AT89C51是一款十分基礎的單片機兼容性好,兼容MCS-51系列單片機,方便開發系統和修改一些參數

    3.1.1引腳說明

    各個引腳功能如圖3-1所示

    圖3-1各個引腳功能圖

    afe493da3d0ea2df3ae4b21d3ae139f7  3.2復位電路

    復位電路中包含晶振,電阻和電容??梢苑乐拱l生錯誤指令,執行錯誤操作。

     3.2.1復位電路原理

    復位電路設計的唯一目的也就是能夠在上電復位的瞬間提供了與正常工作不同的電平,如果正常工作是低電平那么復位電平就是高電平。這是利用了電容的特性,電容不允許有突變電流,于是將電容和電阻連接在一塊,得電時刻,電容一端沒有進行充電,電容兩端電壓為零,此時,得到復位信號,出現突變電流,電源會不斷連續的地給并聯電容端充電,直至電容兩端電壓達到平衡,電路開始進入一個正常地工作運行狀態。

     3.2.2復位電路設計

    復位電路一般會按其復位的輸出控制方式而被分為:手動電按鈕式復位,上電按鈕式復位,積分型的上下電鈕式復位。為了更能更方便有效地使用該類型復位電路常被設計地制作成手動電按鈕式復位,需要認為地是在該類復位電路信號輸入端和信號RST輸入端上各要加上兩個高電平。在其中一個RST端上可以分別連接一到一個按鈕電源和另外一個+5V電源.當任何一個人為快速地連續按一下任何一個按鈕電源后則由于其RET端可以立即自動變成一個極壓高電平,而且因為其對人體動作速度的明顯衰減慢而甚于電信號的迅速傳播,可瞬間迅速的滿足一個按鈕電源通達數十毫秒,足夠達到復位電路要求。復位電路如圖3-1所示。

    bec6c8c0c270ef426faa0eb5a4afc54a  圖3-2復位電路

     3.3顯示電路

    顯示控制模塊采用的元件是LM016L液晶模塊,該控制模塊主要采用了HD44780顯示控制器,可以直接實現控制字符的移動,閃爍顯示等多種功能。

     3.3.1 LM016L液晶顯示模塊的引腳

    該液晶顯示器中的DDRAM是存放字符的地方,他的內存具有80個字符,每個字符是5×7的點陣,它的原理是利用電壓對液晶的顯示進行控制,液晶顯示模塊接線方便,LCD1602即LM016L應用廣泛方便更換,后期維修容易購買到相同的顯示屏

      3.3.2 RESPACK-8排阻

    RESPACK-8排阻器又叫做或者也叫網絡電阻器。排阻是用一個電阻將一個有至少若干個電阻參數值的完全相同大小的電阻集中地被封裝連接在一起用來組成一個網絡電阻的。它們在中間的每個引腳上都可被封裝連串聯在一起,作為整個網絡中公共電路的一個引腳。其余所有的電阻引腳則只能被正常地封裝被引出。所以說如果有某樣一個網絡排阻器是由一個或者由n或多個電阻集中起來構成的網絡構成的,那么在它的中就只可以有n+的1只網絡公共的引腳,一般來說,最里面靠近最左邊的那個都是網絡的公共的引腳。它都是在一個排阻器上一般是只用一個色點來標點出來。排阻安裝方便,安裝密度高。目前大量引用在電視機,顯示器等家電中。接在51單片機主板里用的一般是P0口,因為接在了P0口主板的電路內部也就因為沒有連接上拉電阻,不能有效保證單片機輸出的信號的高電平,所以主板一定要接上拉電阻。排阻器就是將好多的電阻并聯或連接載接到一起,一端做為一個公共端接到一個VCC或地。

     3.4接口擴展

    此次擴展運用了IO口擴展芯片74HC595,它能將三個輸出引腳擴展為八個。通過擴展芯片的相連,可以擴展16,24,32個等。當單片機的數據傳送(串行輸入)至74HC595,數據進入74HC595由高到低,每次SH_CP接收到上升沿信號就傳輸一位數據,沒傳輸一位數據需要四個機械周期,當ST_CP接收到上升沿74HC595會將輸入的信號發送出去(并行輸出)。當數據不輸出時且任然輸入數據,數據會擠出,數據會擠入下一個74HC595的內部儲存寄存器,以此類推。

     3.5超聲波傳感器

    超聲波的原理是利用超聲波的特性,高頻率發射超聲波,接收反彈的超聲波根據時間差來獲得傳感器和檢測物體之間的距離,從而檢測到物體。在本次設計中選用的型號是HC-SRF04,該型號的中心靈敏度為40千赫茲左右。最大的測距超過四米,對于停車場的檢測這個檢測距離夠用,誤差也相對較小。該傳感器的電路包括超聲波發射/接收電路,且這個型號在停車場檢測,防撞等方面應用廣泛。所以互換性較好。當檢測裝置接收到單片機的高電平信號,并持續10微妙,超聲波傳感器就開始發射超聲波對物體進行檢測,當檢測到物體時就會發射信號給單片機。由于超聲波發射到人的皮膚上反射回來的超聲波與汽車上反射回來的信號較弱于是能夠分清人和車輛。

     第四章軟件模塊

      4.1工作流程

    停車場車位信息檢測系統的工作流程,開始后超聲波檢測到車輛,空余車位減一,停車數量加一,累計次數加一,燈光加一,判斷車輛是否已滿,若已滿則出現報警,若沒滿則重復前面步驟。

     4.2汽車檢測流程

    超聲波是根據超聲波反射時長和超聲波再空氣中傳播速度來計算離物體的距離從而達到檢測是否有汽車進入。檢測到車輛,發射超聲波,超聲波反射根據時間計算距離,距離是否發生變化,若反饋是,檢測到車輛通過,若反饋否,重復返回距離是否發生變化。

     4.3程序設計

    當超聲波檢測到車輛進入/出去時并將信號傳遞給單片機,經過單片機的控制將車輛信息顯示再液晶屏,并對進出車輛技術,檢測到一次進/出液晶屏上空車位加/減一,車輛數加/減一,并用燈光實時顯示車位狀況。

     總結

    停車場車位信息檢測系統還分別包括采用了車位超聲波探頭檢測與報警系統模塊、車位信息采集顯示系統監控系統模塊和電源模塊組成;運用超聲波多普勒測距法中的超聲波多普勒原理就可以獲得超聲波車輛探頭的位置進出軌跡信息,采用51單片機電路硬件作為超聲波探測器軟件主控及處理核心芯片,并已完成對該模塊電路硬件的結構與設計程序進行了一段很系統詳細完整的軟硬件設計和描述調試過程;并最后通過使用C語言編制開發出了單片機程序,完成了超聲波車位探測器軟件的設計。

    在整個設計過程中我學會了許多,原來的知識也能夠靈活的運用,相對以前的死板的學習知識我更喜歡在實踐中學習,當然實踐需要在理論的基礎上,這次的設計我對超聲波傳感器進一步認識了,對于它的價格和工作原理也基本了解,對于停車場的管理也有所了解,以及單片機還有接口擴展的使用。此次的設計真的學習到了很多,這種感覺讓我很滿足,對于專業的知識我更加渴求,對于機械電子工程也更加熱愛。希望以后將來的學習和工作中獲得更多的知識,為國家為名族奉獻綿薄之力。

    參考文獻

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     致謝

    首先到這里我就特別想要首先要感謝的下是我的畢業論文設計專業指導老師,因為是他一直在指導教著我應該怎樣來做好一篇的畢業指導作品在設計畢業論文創作的整個全部過程當中,他能耐心而負責任的提出的指導設計方案建議和指導專業建議都是使我的我都感覺是受益非淺,他也在身邊每時每刻的耐心細致的指導與督促這也就是使得了我不敢再有有絲毫的猶豫的和怠慢,他一直的給予我的悉心指導,幫助支持和鼓舞更是莫大的鞭策鼓勵與支持,無論他們在專業理論的學習與技術指導上還是在我自身在個人生活精神成長上的也方面都能夠一一的給予我指導和幫助,這些的導師的幫助支持鼓勵和支持鼓舞對現今的我而言這無疑會是一筆的莫大的財富,它是能夠一直的鞭策與激勵著今后的畢業設計我努力的和認真的來完成自己的第一個畢業的設計。

    在我接下來在這段短短的幾個月時間里進行的畢業論文的設計及輔導準備時間過程里,老師同樣也會對當時的我犯下的及所有可能要犯的小錯誤給予了一些較為合理恰當且有效的批評和教導鼓勵和鼓勵及包容,讓這使到我的今后也能夠更清晰及時正確的去認識到我當時的自己可能存在犯的這某些大錯誤并盡能力地爭改善其不足。感謝我一直以來都熱心的傳授教導于我學習各種知識技巧經驗的廣大學生老師們,更特別感謝這些關心幫助我學習的家人們對我學業一直給予物質上最無私最大的關懷支持和理解幫助。

    一種智能停車場車位監測裝置的設計與實現

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