基于STC89C51的智能车位锁设计

戴才舟 汤羽 陈雨欣 丁浩

摘 要：文章通过物联网技术实现实时智能控制、自动计费、安全控制等功能，从而完成智能无人化车位锁管理的目的，实现用户停车前对空缺车位定位和预定的功能，解决驾驶员因为找不到空闲的停车场而在道路上巡游的问题。

关键词：物联网技术;智能化;用户停车

中图分类号：U462.1  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）21-22-03

Abstract： Real-time intelligent control， automatic billing， security control and other functions are realized through the Internet of Things technology， so as to complete the purpose of intelligent unmanned parking lock management. The function of locating and booking vacant parking spaces before parking is realized. Solve the problem that the driver is cruising on the road because he cannot find an empty parking lot.

Keywords： Internet technology; Intelligent; User parking

CLC NO.： U462.1  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）21-22-03

前言

私人汽车已经步入普通家庭，成为工作、学习、生活、旅行的必备交通工具。然而伴随着私人汽车数量的暴增，相应的停车设施和道路设施显得不尽完美。据统计，全国的汽车保有量为1.94亿辆。由于我国的土地成本高昂，停车位的价格也是水涨船高，由此，全国的停车位数的增长远远赶不上私家车的数量。

由于城市汽车数量的增加，大多数用户出行时都需要在几个不同的地点停车，但是停车位的数量是有限的。同时，私人车位出现了大量的闲置，如车位拥有者开车出行，即出现私有车位大量闲置的现象，车位闲置资源浪费严重。如何解决私有车位闲置浪费问题？本系统研究了一款智能无人化车位锁，其能够有效的整合车位资源，缓解停车难问题。

1 总体设计

针对智慧交通中停车位的重要环节进行了针对性的研究，设计了传感器模块、安全控制模块、继电器模块、核心处理器模块、状态显示模块、系统控制模块、无线通信模块等，实现闲置车位的有效利用，并通过LabVIEW技术实时拍照安全检测功能，达到智能无人化管理的目的。系统总体设计框图如图1所示。

2 硬件設计

2.1 单片机

结合车位锁设计需求，系统选取STC89C51单片机作为系统核心处理单元，其具有体积小、成本低、功耗低、可靠性好、适用范围宽等特点，从而特别适合在智能车位锁中使用。

在智能车位锁系统中，我们通过超声波测距模块所采集到的信息，来操纵蜂鸣器模块与继电器模块实现车位锁的智能升降。

单片机STC89C51是基于8051核的ISP在系统可编程芯片，芯片整体工作原理兼容标准MCS-51指令系统，在芯片物理构成方面，集成了8位CPU和ISP Flash单元，具有在系统可编程特性，省去了购买通用编程器，而且速度更快。其精简指令集结构，内部集成MAX810专用复位电路，使得共享车位锁系统更加可靠方便。

2.2 继电器

本产品采用双继电器形式，DC+接电源正极（电压按继电器要求，有不同的选择），DC-接电源负极，IN端口可以通过高或低电平的方式来控制继电器吸合继电器输出端，NO 为继电器常开接口，因此继电器吸合前悬空，吸合后与COM短接，NC是继电器常闭接口，继电器吸合前与COM 短接，吸合后悬空;COM为继电器公用接口，高低电平触发选择端有跳线与low短接时为低电平触发及跳线与high短接时为高电平触发。继电器作为半导体模块的开关，继电器电路结构如图2所示：

2.3 超声波传感器

本系统采用超声波传感器来检测车辆信息，完成车位锁的开关控制。超声波传感器电路原理图如图3所示。

传感器原理图主要由发射和接收两部分电路构成。配合单片机控制系统，超声波传感器将超声波的信号转换成电信号，将电信号输入至单片机对应端口，即可完成电信号处理从而得出超声波传感器检测数据。发射电路主要由发射换能器、三极管、反相器构成。接收电路主要由换能器、电源控制三极管和CX20106A构成。整体传感器性能稳定、应用范围广、硬件成本低。

3 软件设计

3.1 PID算法

进一步研究系统的控制机制，对PID控制算法进行了详细研究，首先在PID控制和模糊PID控制算法方面进行了针对性分析，从仿真结果得出，模糊PID控制具有较好的控制效果。

自适应能力是模糊PID控制的重要评价指标之一。目前主要通过设计变换域提升模糊PID控制的自适应能力，本文设计了基于特定的函数模型和模糊控制规则的变换域，自适应系统输入量而自动调整。

3.2 主程序的设计

结合智能车位锁实际工作情况，无车辆进出时，整体系统处于静默待机状态，当有车辆请求进出后，根据用户请求信号完成状态转移。使用停车位流程：车位收到解锁信号，系统对信号进行解码并将解锁结果发送至单片机处理单元，单片机对信号进行核验（身份信息、车位信息等），符合合法车辆后解锁车位锁，同时蜂鸣器发出警报，允许车辆进入使用该停车位。离开停车位流程：当用户驾车离开时，车位锁超声波测距模块，根据测距数据的变化，自动升起车位锁，无需用户进行人工干预，实现自动无人化管理。

在其他辅助功能方面，系统增加了系统过流保护、自动升锁保护、警报机制等功能。系统过流保护主要对系统电流大小进行监测，解决电流不稳定导致的系统故障问题。自动升锁保护以防恶意占位等现象。警报机制与停车位管理平台对接，当车位锁出现故障或者遭到恶意破坏时，及时通知后台管理人员，保障整体系统正常运营。

在智能车位锁软件设计方面，采用传统的模块化设计思路。分别按照顶层设计、主程序设计、模块设计思路完成软件部分。模块化设计的优势在于方便调试、测试、维护等。

3.3 流程图

4 主体设计

系统主要利用多传感器技术，通过整个系统收集目标停车位的状态信息，结合当前车辆OBU信息标签（包括车辆基本信息车牌、车型、颜色等）、进出时间、目标车位等。系统管理端能够整合智能车位锁信息，实时显示整个停车场或者小区内闲置可用停车位数量、已使用停车位数量、日均使用量、使用时长等信息。在此基础上，提供可预约服务功能，从而大大提高了闲置车位的利用率。具体实物展示如图6所示：

5 结论

智能车位锁项目最主要的可以应用在3个方向。首先，对政府而言，共享型智能车位锁的设计可以有效解决城市乱停车的现象，尤其是医院、学校、文化中心等这些公众场所，可以改变一个城市的整体形象。而且，共享型智能车位锁的提出也响应了习近平总书记提出的“共享理念”。其次，对于开发商而言，可以用最小的成本谋求最大的利益，而且在售房的时候，推销一下共享型智能车位锁，他也可以从中获得一些收益。接着，对于车位拥有者而言，可以通过把车位放在APP上出租，来获得一些收益，最后，对于那些没有车位的车主来说或者自驾游出去旅行时，可以通过APP，来获取最适合自己的停车位，节省了时间、金钱。

但是在整个系统的设计方面，仍然又很多问题需要十分谨慎地考虑。尤其是车位锁的安全问题，设计地不够缜密。我觉得想要真正地实施车位锁项目，必须在安全方面谨慎设计可以在此基础上加一些防盗功能，可以在里面加一个GPS定位与自己的手机相连。同时，也期待一些法规，来规范当前的共享市场，更好地保障公众的切身利益。

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