基于STM32的智能车位检测系统设计

吴飞燕

摘 要：为了解决大型商场在高峰時期车位紧张、车主进入车库后盲目寻找车位引起交通堵塞以及无法实时统计当天该车位的停车次数等问题，设计了一款基于STM32的智能车位检测系统。该系统以STM32L431RC微控器作为主控芯片，分别采用超声波测距模块作为车位状态检测模块、光电传感器模块进行停车车辆的检测和计数操作、火焰探测传感器模块作为检测车位着火模块、智能路灯模块作为车位的照明模块、有机发光二极管模块作为车位停车次数的显示模块，NB-IoT通信模块将数据传输至车主手机上。该系统实现了车位状态检测、车位停车次数统计和车位着火监控等功能。结果表明，该系统具有实时性、稳定性强等特点，易于实现。

关键词：车位检测;STM32;超声波测距;BC35G

中图分类号：U491.7 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）23-0023-04

Abstract： In order to solve the problems of shortage of parking spaces in large shopping malls during peak hours， car owners blindly look for parking spaces after entering the garage， causing traffic congestion， vehicle safety hazards caused by parking space fire， and unable to count the parking times of the parking space on the same day in real time.This paper designs an intelligent parking space detection system based on STM32.The system takes STM32L431RC microcontroller as the main control chip， and uses ultrasonic ranging module as the detection module of parking space state，the photoelectric sensor module is used as the detection and counting operation of parking vehicles， flame detection sensor module as the detection module of parking space fire.the intelligent street lamp module is used as the lighting module of the parking space， the OLED module is used as the display module of the parking times of the parking space， and the NB-IoT communication module transmits the data to the owner's mobile phone.The system realizes the functions of parking space state detection， parking number statistics and parking space fire monitoring. The results show that the system has real-time， strong stability and easy to implement.

Keywords： parking space detection;STM32;ultrasonic ranging;BC35G

近些年，随着人们生活水平的大幅提升，私家车数量迅猛增长。在一些大型购物中心，大多数停车场采用人工方式进行车位管理。由于人力资源有限，工作人员无法及时了解停车场内的车位情况，而引起车主不清楚停车场内的车位状态，开车绕库几圈都找不到车位的尴尬局面[1]。为了方便车主及时了解停车场车位使用情况，设计了一款基于STM32的智能车位检测系统。该系统以STM32L431RC微控制器作为主控芯片，配备了超声波测距传感器、NB-IoT通信、火焰探测传感器、车流计数传感器、有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode，OLED）显示屏等一系列模块，能够提高停车场管理人员的工作效率和服务质量，方便车主实时监控车位状态，减少车主停车时间。

1 系统总体设计方案

本系统主要由STM32主控芯片模块[2]、超声波测距传感器模块[3]、火焰探测传感器模块[4]、光电传感器模块[5]、智慧路灯模块[6]、NB-IoT通信模块[7]、电源模块以及OLED模块构成。车流计数传感器主要用于实时采集车位停车次数，实现智能车位管控;OLED模块主要用于显示车位停车次数信息;火焰探测传感器模块主要用于检测车位是否着火;智慧路灯模块主要用于检测车位是否空闲，无车时灯亮，有车时灯灭，方便车主停车;NB-IoT通信模块主要用于将车位状态信息上传至车主手机，以实现实时监控;电源模块主要对系统电源进行供电控制，保证系统稳定运行。系统总体设计结构如图1所示。

2 硬件设计

2.1 微控制器模块

该系统使用STM32L431RC作为主控制芯片，如图2所示。为了确保微控制器（Microcontroller Unit，MCU）模块的正常运行，STM32模块在设计上由STM32微控制器、晶振电路和复位电路等几个部分构成。主要通过MCU的RX/TX引脚和外设传感器传输串行数据，在MCU内部通过移位寄存器和缓冲器将数据送至MCU内核进行处理。

根据MCU连接每个模块的功能要求，对芯片I/O引脚进行分配，表1列出了一些该系统实现功能的引脚。

2.2 超声波测距传感器模块

系统选用HC-SR04型号的超声波测距传感器，该传感器可提供2～400 cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达到3 mm，性能稳定，模块精度高，盲区小。模块包括超声波发射器、接收器和控制电路。HC-SR04的工作原理是采用I/O口TRIG触发测距，一个控制口发送一个10 μs的高电平脉冲触发信号。该模块内部自动将发送8个40 kHz的方波，并自动检测是否有信号返回，一旦检测到有回波信号，则通过I/O口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。其测试距离=（高电平时间×声速）/2，声速为340 m/s。当停车位中超声波测距传感器测得车到传感器的距离小于30 cm时，该车位有车，路灯灭;当测得得距离大于30 cm时，该车位无车，路灯亮。HC-SR04超声波测距模块电路如图3所示。

2.3 光电传感器模块

系统选用型号为E18-D80NK-N光电传感器用于车位停车次数计数。E18-D80NK-N是一种集发射与接收于一体的光电传感器。发射光经过调制后发出，接收头对反射光进行解调输出。该传感器具有探测距离远、受可见光干扰小、价格便宜、易于装配、使用方便等特点。

该模块的原理为MCU通过GPIO口监控光电开关DI2引脚状态。光电开关传感器检测到车流经过，会引起DI2的电平变化，进而使PB14电平变化，MCU读取PB14口电平变化即可判断车流经过，进而执行计数操作。光电传感器模块电路如图4所示。

2.4 无线通信模块

系统选用QUECTEL系列的BC35G作为NB-IoT无线通信模块。在设计方面，BC35G模块与GSM/GPRS系列M95模块兼容[8]。其供电电压是3.1～4.2 V，典型值为3.6 V。该模块有激活模式（Active）、空闲模式（Idle）、省电模式（PSM）三种工作模式，在PSM省电模式下，终端空闲时关闭收发信机，功耗小于1%。BC35G模塊包括1个标准SIM卡插槽、1根天线、2个UART串口、1个ADC接口和复位（RESET）等模块，支持的AT指令包括通用的AT指令和华为LiteOS命令，支持的频段信息有700/800/850/900/1 800/2 100 MHz。当BC35G芯片的NETLIGHT控制引脚为高电平时，表明网络正常运行;当引脚为低电平时，表明网络不能正常运行。BC35G模块通过TXD/RXD引脚发送和接收数据，并通过存储在标准SIM卡插槽中的移动卡将接收到的数据发送至物联网OceanConnect平台，并在手机APP中显示相应数据。

3 软件设计

3.1 车位状态程序设计

系统功能主要分为6个部分，即超声波测距模块子程序、光电传感器子程序、火焰传感器子程序、智慧路灯子程序、NB-IoT通信子程序和OLED显示器模块子程序。系统初始化后，STM32微控制器向超声波测距模块发出检测指令，车位通过超声波测距模块智能检测，判断是否有车辆进入车位。当微控制器接收到检测信号后作出相应控制，微控制器向NB-IoT通信模块发出AT控制指令，并将车位状态信息实时上传到车主的手机APP中，方便车主随时查看车位状态，减少停车所消耗的时间。车位状态程序设计流程如图5所示。

3.2 NB-IoT程序设计

微处理器采用AT指令的方式控制NB-IoT模块与网络进行交互。AT命令中有4种命令，如表2所示。

AT指令是以A和T这两个字符为开始，后面带通信设备之间的协议，并以字符作为结束。该设计中NB-IoT通信模块主要用来发送车位状态信息。发送信息设计流程如图6所示。

4 设计效果

系统运行稳定，NB-IoT通信良好，超声波测距传感器检测车位状态精准，OLED显示屏显示车位停车次数准确，供电稳定。显示屏显示车位停车次数效果如图7所示。NB-IoT通信模块将车位状态信息发送到车主手机上，当车位为有车状态以及车位没有着火时的效果如图8所示。

5 结语

以STM32L431RC微处理器为主控芯片，设计了一款智能车位检测系统。该设计可以帮助工作人员实时检测车位状态，如有火情危险立即报警，并合理管理车位，让车主精准定位空闲车位，保证停车快捷，降低停车耗费的时间。此系统设计简单，运营成本低，易于实现和推广。

参考文献：

[1]余启鑫，胡泽润，田良宇，等.基于STM32C8T6的智能辅助停车系统[J].智能城市，2020（3）：139-140.

[2]丁振杰，李玉秋，赵昌友，等.一种基于STM32L的低功耗物联网终端的设计与实现[J].浙江水利水电学院学报，2021（3）：70-73.

[3]刘芬，罗前刚，张远征.高精度超声波测距方法的研究[J].自动化与仪表，2021（5）：66-69.

[4]王雅荟，于正同.基于PWM激励信号控制的火焰探测传感器信号调理电路设计[J].信息通信，2017（3）：60-61.

[5]刘敏，李鑫豪.基于光电传感器的指夹式脉搏血氧仪[J].电子测试，2021（15）：21-22.

[6]周万禹，桂永杰，焦东海，等.基于NB-IoT的智慧路灯控制系统[J].物联网技术，2020（7）：82-84.

[7]范涛，杨江，夏界宁，等.基于NB-IoT通信方式的燃气地震紧急处置系统[J].自然灾害学报，2021（2）：111-116.

[8]潘磊磊，张桂青，田崇翼，等.基于NB-IOT的农业环境监控系统设计[J].电子设计工程，2019（1）：25-30.