停车场智能停车引导系统设计与实现

时间：2021-04-14 20:05:20 来源：蒲公英阅读网 本文已影响人

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　摘要

　 随着科学的进步，汽车已经非常普及，大量汽车的出现则要求有合适的场所进行停放，而停车场则是为此而生。对于停车场来说，其作用就是保证了车辆的有序合理停放，本次围绕停车场智能停车引导系统进行设计，整个系统包括单片机，语音模块，RFID 电路，显示电路等硬件电路，其可以实现进入车辆和出去车辆的自动计时，根据停放时间进行计费，并引导车辆去指定停车位的功能。在本次设计中，分别从控制器的选型，关键器件的选择等开始论述，然后围绕关键参数的计算，原理图的设计等逐一进行介绍，为了对设计上的一些想法进行验证，在此还进行了软件程序的编写和实物的制作，通过购买器件搭建整个系统，经过反复不断调试，实物最终成功运行，经过测试，实物满足了系统的设计需求，运行可靠，达到了设计目标。

　关键词：停车场，单片机，RFID

　Abstract With the progress of science, cars have been very popular. The emergence of a large number of cars requires a suitable place for parking, and the parking lot is born for this. For the parking lot, it ensures the orderly and reasonable parking of vehicles. This design focuses on the intelligent parking guidance system of the parking lot. The whole system includes single-chip microcomputer, voice module, RFID circuit, display circuit and other hardware circuits. It can realize the functions of automatic timing, charging and guiding vehicles to several parking spaces. In this design, we start from the selection of controller, the selection of key devices, and then introduce the calculation of key parameters and the design of schematic diagram one by one. In order to verify some ideas in the design, we also write software programs and make physical objects. Through purchasing devices to build the whole system, after repeated debugging, the physical objects finally Successful operation, after testing, the material meets the design requirements of the system, runs reliably, and achieves the design goal. Key words: parking lot, MCU, RFID

　目录 摘要 ............................................................... 1 第一章 绪论 ........................................................ 5 1.1 课题背景及意义 .............................................. 5 1.2 国内外的发展现状 ............................................ 6 1.3 课题的主要工作内容 .......................................... 7 第二章系统方案设计 ................................................. 8 2.1RFID 概述及其原理 ............................................ 8 2.2 控制模块方案设计 ............................................ 9 2.3 供电方案选择 ............................................... 10 2.4 输出显示系统方案选择 ....................................... 11 2.5 系统方案设计 ............................................... 11 第三章硬件电路设计 ................................................ 13 3.1 主控制器电路设计 ........................................... 13 3.2 按键电路 ................................................... 16 3.3 语音播放电路 ............................................... 17 3.4 电源电路 ................................................... 18 3.5 显示电路 ................................................... 19 3.6

　MFRC522 芯片接口设计 ...................................... 20 第四章 系统软件设计 ............................................... 23 4.1KEIL UVISION 简介 ........................................... 23 4.2 主程序流程图 ............................................... 24 4.3 显示程序 ................................................... 23 4.4 语音播报程序 ............................................... 28 4.5RFID 程序 ................................................... 28 第五章系统调试 .................................................... 31 5.1 硬件检测 ................................................... 31 5.2 软件调试 ................................................... 31 总结 .............................................................. 37

　 参考文献 .......................................................... 37 致谢 .............................................................. 39 附录 .............................................................. 39

　第一章

　绪论

　1.1 课题背景及意义 汽车工业发展非常快速，导致我国现在的人均拥有汽车量急剧增加，作为交通工具以及设施重要的组成部分之一，停车场的有效管理成为解决交通运输环节的基本环节，对停车场进行管理已达到快捷安全的目的。针对停车场规模类型的不同进行相对应的管理模式，可以减少管理成本的支出，在小区内由于停车场设置的特殊性，所以要选择经济实用的管理程序，从整体上设计系统稳定、简洁安全、实用性强的停车场管理信息系统。本次以智能停车场为契机，设计一种自动停车场管理系统由于这一技术使用芯片开发成本较为昂贵，无法很好的对相关设计以及测试工作进行兼容操作，所以使用范围有限。在智能停车场管理系统的设计过程中，应当考虑到使用成本以及兼容性等问题，所以此次涉及选用技术较为成熟同时兼容性能强，工作较为稳定的单片机模块作为整体控制系统的核心，能过确保电路在设计过程中结构更加直观，开发成本低廉、功能灵活多样、在实际应用过程中，具有实际推广意义。

　当今社会经济水平不断提高，各国之间沟通的便捷也带动了物联网技术的飞跃发展，受此积极影响，有关 RFID 技术也得到了进步，在欧美发达国家此项技术已经被广泛应用于道路交通收费系统、无人加工系统、门禁系统以及防伪技术等领域内。许多全球知名企业都积极致力于关于 RFID 的软硬件开发，起步时间早，开发范围较为广泛，所以其技术在国际市场上的份额比较大。相比之下，我国关于 RFID 技术研发时间较为落后，发展技术有待改进。在国家政策的支持之下，我国科技部宣传并启动了相关研究项目，使得 RFID 技术在一定程度上得到了应用，例如我国居民二代身份证、世博会门票系统及铁路识别系统等等。由于我国在 RFID 技术的研究上起步时间比较晚，所以与发达国家相比还是存在一定的差距，从应用水平上来看，应用以中低频为主、芯片依赖进口、安全性能指数不强等。RFID 技术最早被用于二次世界大战时期，用以侦查并确认进入飞机场的飞机是否为来自友方。在这过程中，主要利用信号的收发原理来进行探测工作。飞机在飞行的过程中，由机场发射出雷达信号，在每一部飞机上都有接收信号，一旦是友方的飞机就会得到相应的飞机信号。这

　一技术的运用也在现在的机场识别系统中。与飞机系统应用的技术不同的是，目前在各省市或者各高校的图书馆在书籍的管理，单位工作人员以及劳动绩效等方面都可以实现利用计算机来进行管理工作。但是图书馆中最为重要的座位管理系统依旧处于人工干预处理阶段，这一行为降低了图书馆的座位资源的使用率，无法在最短时间内对座位进行有效的管理工作。为了有效提高图书馆的资源使用率，应当通过计算机技术进行座位的相关管理工作，是资源得到了合理的分配，方便图书馆便于大众使用。

　1.2 国内外的发展现状 一个完整的 RFID 系统主要是由电子标签，射频信号读写器和整个后台系统构成。其中，电子标签主要是用来进行对有效信息进行存储以及识别的功能。电子标签可以对通讯信息进行智能的读写工作，同时加密信息，以防泄露。根据应用技术环境的不同，所呈现的标签方式也不尽相同。当 RFID 模块进入工作区域之后，会立刻接收到相对应的射频信号，感应电流获得的信息能量将原本存储在芯片上的标签信息进行信息的传递。另外一方面，读写器在收取到信息之后，进行编译工作，然后将信息传递到中央处理器中，进行信息的处理工作。在具体的实践操作过程中，需要软件和硬件两者之间相互配合，才能实现 RFID 技术。在国内外有关 RFID 技术的应用中，我们可以看出，在交通运输，工业商场等自动化设施中，该项技术得到了广泛的应用。RFID 技术可以实现道路上的车辆属性确认工作，利用这一技术可以实现停车以及行驶收费，违章查询等智能工作。在工业生产的过程中，RFID 技术可以用的来对产品进行流水线的自动化管理工作，并及时进行产品的库存管理工作。在商业活动中，RFID 技术可以对员工的出勤情况，绩效管理进行工作。其实在其他行业，该项技术也得到了广泛的应用，例如金融贸易活动，畜牧业管理等。RFID 技术凭借其价格优势以及不断成熟的技术，致使其在应用以及推广的过程中具有较强的优势。在目前的应用市场中，如果能够解决价格问题，排除成本的因素，我们可以大胆预估，RFID 标签的应用也将最终取代条形码。

　1.3 课题的主要工作内容 本文的主要内容是设计一个停车场智能停车引导系统，主要是利用STC89C52 单片机来作为整体的核心控制元件，主要的核心控制模块主要包括，MFRC522 无线射频传输模块、蜂鸣器模块，LCD 显示模块，按键模块等，主要工作是利用单片机来控制 RFID 模块，通过对其识别来判断汽车可以停多久并将相关信息通过 LCD 进行显示。为了对设计进行验证进行了实物的制作，论文中的项目设计在运行过程中较为稳定，可实现的操作性比较强，相对应的软件功能比较完善，在具体的实践过程中，具有较高的实用意义。本次论文主要从主要芯片的介绍以及相关的应用原理开始阐述，详细对各个模块之间的程序进行调试。

　第二章系统方案设计

　2.1RFID 概述及其原理 RFID 全拼就是 Radio Frequency Identification，也就是大家俗称的射频识别技术，不用接触就可以实现自动识别。RFID 技术通过发出频率信号，通过目标信号的信号识别，自动进行相关数据的收集工作。在整个识别过程中，均由计算机进行工作，无需人工干预，不必考虑其工作环境，只是不能保证能够对静态事物进行识别工作，RFID 技术操作较为便捷，可实现率较强，即使是高速运转的实物也可以通过设定标签的方式来进行识别操作。

　RFID 技术早期大多运用在军事活动中，但是也慢慢渗透到人民的日常生活起居中去。该项技术主要依靠其快速的读取能力，以及强有力的信息信号穿透性，可以在不同的环境下进行工作，而且本身体积小使用年限长，所以应用范围较为广泛。

　图 2-2 主要是 RFID 技术进行基本工作原理介绍。首先系统将发送的信息通过读写器进行编码工作，然后将其加载在具有特定频率的信号源上，然后经过天线发送信号，应答器通过在信号有效地工作区域内进行接收，将接收到的电磁波进行转换，最后整流为电能， 电流会储存到系统的电容中去，利用电子标签将电能作为能量，通过读写器进行工作，将接收的信号进行解密编码，对相应的请求进行权限判断。如果是相应的命令，总控制电路将会读取相关产品信息，通过调制编码发送给阅读器。在阅读器通过编码工作之后将信息传送到中央信息处理系统，经过判断，如果是修改信息的命令，通过调整工作电压来进行逻辑判断，并及时进行内容的修改。但是如果密码和权限不相符合，则会相应的反应出错的信息。

　本课题用的非接触式电子标签是 PHILIPS 公司的 Mifare One 射频标签，当然，针对不同的应用系统，可以由电子标签生产厂家具体生产定制。

　射频读写器 天线 无源电子标签调制器解调器LRCLCIC电路能量数据

　图 2－2 RFID 的基本工作原理图

　 2.2

　控制模块方案设计 方案一：采用可编程逻辑器件 FPGA 或者 CPLD 作为本次课题的主控制器，对于可编程逻辑器件，其运算速度快，最大的特点就是其特有的并行运算能力，相较于其他MCU等微控制器，其综合运行速度远远高于其他非可编程逻辑器件，其被广泛应用于航天，通信等对速度要求高的场合。在软件编程方面，其编程语言主要是 VHDL 和 VHERILOG 两种，相较于 C 语言来说，其编程难度会更大一点，尤其在涉及到浮点运算，乘法除法运算时其操作难度尤为明显。由于其本质上是纯硬件的特性，因此对于底层位的操作需要较高的知识储备和了解，同时其特有的并行运算方式，注定了其高性能高功耗的特性。在芯片使用上，其通常需要+4.3V 电源给其 IO 管脚，+1.8V 电源和 1V 电源给其内核供电，因此在电源的供电上相较于 MCU 的单一供电要求也较为复杂，对纹波的要求，电源芯片的要求也更高。这也就要求需要更好的电路的设计能力，但鉴于其快速的运算能力，因此被广泛应用于各种高速场合 [17] 。

　方案二：选择经典的 8 位 STC89 系列单片机，其是宏晶公司生产的我国自主研发的高性能 51 系列单片机，采用了 MCS-51 的指令集，内部集成了 FLASH，ROM 等存储器，用户可以在软件编程时将数据...