电子停车位管理装置的设计

罗 军

（包头市二零八地质队，内蒙古包头 014010）

现有停车位很多是人工管理，因而造成了管理随意性大，收费混乱，人工成本相对较高，管理方与车主都难以及时掌握车位的使用情况，既影响了车位的使用效率，又给车主寻找停车位带来极大的不便。为了克服以上这些缺点，现开发出一种可对停车位实行远程和自动化管理的机电一体化的装置，可做到无人值守，刷卡停车取车，自动取费，每个车位的缴费、使用、运行情况可通过网络及时地传送给管理方，使管理方能够对所管辖的所有停车位进行全面、及时、有效的管理；而车主也可通过提示及时掌握停车位的使用情况，避免了找车位的盲目性。

1 硬件系统

本系统采用了机电一体化技术，硬件分机械与电子两部分。机械部分为指令的主要执行机构，它可在电子部分的控制下将不同底盘高度的车辆卡住，并在缴费后放行，同时也能将不被允许的车辆阻挡在停车位之外。电子部分则除了控制机械部分运转之外，还可通过特定的网络把停车位的有关信息传送给管理者，亦能为驾车者提示所需的使用信息.。

1.1 机械部分

如图1所示，这部分主要由A、B、C三个装置组成。装置A与装置B结构相同。它们都是由互相嵌套在一起的三根钢管组成并竖直埋在地面之下，位于里侧的两根钢管在电机的带动下可上下自由伸缩。装置C是一根中间高两端低的横杆，架在装置A与装置B之上，并能被它们顶起或落下，状态如图1所示。

当有车辆停于整个装置的上方时，电机得电启动，将装置A与装置B顶起从而横杆C升起。当横杆C在升起的过程中碰到汽车底盘时在传感器的作用下停止上升，于是整个装置便将车辆卡在原地不能移动。当电机再次得到指令启动反转时，整个装置的运行过程正好和上述过程相反，横杆C水平落下，车辆便可开走，经过一段预设时间后，横杆C又升起到一定高度停止并进入待命状态。

1.2 电子部分

电子部分的方框图如图2所示。除电源部分外，又分为单片机控制电路、网络传输电路、传感器电路、刷卡电路、显示电路、电机。其中单片机控制电路是电子部分的核心，它可接收来自传感器电路传来的位置信息，控制电机的启停和正反转，通过刷卡电路感知停车位的状态，将停车位的有关信息经过网络传输电路发送给管理方，也可在显示电路中显示给车主，以利于车主及时了解停车位的状态、收费等相关信息。该电路还控制着网络传输电路对数据的发送与接收，实时保持着与管理方的信息交流，使得管理方总能在第一时间掌握停车位的运行情况。

图1 机械部分示意图

图2 电子部分框图

1.2.1 单片机控制电路

该部电路的单片机采用的是Atmel公司的51单片机芯片AT89C52，它能够满足需求，而且极为常用，价格便宜，易于获取，并且其外围只接有少量的分立元件。另外，其外围还接有带串行E2PROM的CPU监控器X5045，它具有3个功能：FLASH、复位、看门狗。复位功能对单片机进行复位。存储器功能存储用户的一些设置，如收费标准、车位预设状态、IP地址等。SI、SO、SCK引脚分别与单片机的INT1、T0、T1相接。RESET为漏极开路输出，故需接上拉电阻。

1.2.2 网络传输电路

网络传输电路使用的是上海卓岚信息科技有限公司生产的串口转以太网模块ZLSN3000，它自带一个RJ45接口，网口部分无需用户设计，通过4个螺丝孔直接固定到用户电路板上。串口部分最少可通过4根排线与单片机控制电路相连，分别 为 VCC（5V）、GND、TXD、RXD。其 中TXD、RXD可以直接3.3V或5V的51单片机。

1.2.3 传感器电路

该部分电路由位置传感器和电流传感器组成。前者主要由安装于三根钢管之上的位置开关组成。这些开关分别固定于每根钢管的特定位置，行成一个开关群组，并可以将开关的闭合信息及时传送给单片机。通过这个群组中各个开关的闭合关系，单片机既可判断出钢管之间的相对位置，再根据预先编制好的程序，来决定对电机的启停以及速度的调控。后者采用的是Allegro公司出品的电流传感器ACS712。该传感器响应时间快，输出灵敏度高，能输出与检测的交流或直流电流成比例的电压，可为工业、商业和通信系统中的交流或直流电流感测提供经济实惠且精确的解决方案。典型应用包括电动机控制、载荷检测和管理、开关式电源和过电流故障保护。它被封装成贴片集成电路的形式，体积小巧便于客户实施安装。

1.2.4 刷卡电路

刷卡电路由射频卡和射频卡阅读器组成。射频卡由车主随身携带，内有芯片，可记录现有金额及车辆信息。射频卡阅读器则是负责将卡内信息读出并传给单片机，同时把单片机传来的信息写入到卡内。

1.2.5 显示电路

它由一块液晶显示屏和附属电路组成。它能将单片机传来的信息显示在屏幕上，以便于车主及时了解缴费、停车位等相关情况。

1.2.6 电机

它选用的是可由程序控制运转的伺服电机，采用速度控制模式结合由终端负载传来的位置信号来对电机进行精确控制，它专为整套装置提供动力，并受控于单片机，由单片机产生控制速度与方向的信号，并决定启动和停止。

2 软件系统

根据停车位的使用状态软件系统分为两个模块：当停车位无车辆停放处于等待状态时，其对应的为待机模块；当车主需要将车从停车位取走时，其对应的是取车模块。

图3 待机模块流程图

2.1 待机模块

此模块对应于停车位的等待状态，此时CPU将整个系统标志为等待状态，并将此状态存入X5045的串行E2PROM中。同时把车位的状态（专有、预定、空闲、禁用）在显示屏上显示出来。当有车主刷卡时，其相关信息便传给CPU。CPU把车主有关信息与存在E2PROM中管理方预设的参数相对比，若是非法用户，既不是管理方预先指定的用户，就通过显示屏告诉车主不能使用，之后继续进入等待状态。若是合法用户，则CPU开启电机，将横杆C落下。当C完全落下到位后，位置传感器便会给CPU发出一个到位信号，接到信号后，CPU将电机关闭。再经过一定时间的延时，车主把车辆在装置上方停好后，CPU再次开启电机并控制其反向转动，推动横杆C升起，当接到横杆到位的信号后，CPU将电机关闭，将整个系统标志为有车状态，同时把停车位及车主的相关信息存入E2PROM中，并通过网络传送给管理方，之后整个系统被置于待机状态。横杆C在升起的过程中，若被车轮挡住或被某物卡住，电机电流将会发生变化，此时电流传感器将会立即发出电机工作异常的信号，CPU接收到后马上将电机关闭，同时通过声音向车主报警，提示车主及时检查停车位装置，经过一定的时间间隔，CPU再次启动电机推动横杆上升，若异常情况未排除，则CPU再次关闭电机并提示车主，如此循环往复3次，若异常情况仍未排除，则CPU关闭电机并不再启动，同时向管理方发出报警信息和停车位的位置信息，使得管理方能够及时派人赶赴现场处理情况。

2.2 取车模块

此模块对应于停车位有车辆停放的状态，整个系统标志为有车状态。车主刷卡取车时，系统由待机状态被唤醒，CPU开始接收刷卡电路传来的车主信息，并把之前存入E2PROM中的关于停车车主信息取出与之相比较，若两者一致，则再检查卡中余额是否够交本次停车费用，若够交则开启电机将横杆落下，当横杆落下到位后，以语音的方式通知车主可以将车开走；若不够交本次费用，CPU仍将横杆落下，但通知车主需要给卡充值，同时将卡内余额全部清零。经过一定的时间间隔，待车开走后，CPU再次启动电机推动横杆上升，到位后电机停转，整个系统重新进入等待状态。若是停车车主和取车车主信息经CPU比较不一致，则CPU不会启动电机并提示车主输入信息有误。

图3 取车模块流程图

3 结 语

本套管理装置采用了当下先进的物联网技术，与传感器感知层面和系统的执行层面的应用结合在一起，使得其智能化程度大大提高，对停车位的管理更加有效灵活，从而管理者能够及时全面地掌握停车位的运行情况，在最大程度上减低了人为的干扰因素，降低了管理成本，同时运行成本也得到降低。另外，由于在系统设计上采取的是“一个车位只对一张卡”的管理方式，在一定程度上也可避免车辆被盗现象的发生。

1 刘守义，杨宏丽，王静霞.单片机应用技术［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2002

2 Allegro公司.ACS712集成电路使用说明书［M］，2009

3 麦斯特（无锡）机电有限公司.伺服电机选型计术指南［M］，2010

4 蔡小如.非接触式智能IC卡及其应用［M］.北京：电子制作，2002

5 吴少军，刘光斌.实用低功耗设计—原理、器件与应用［M］.北京：人民邮电出版社，2003