智能停车系统的研究

胡 松，刘后文，夏富尔，韩宏飞，侯会龙

（兴义民族师范学院物理与工程技术学院，贵州 兴义 562400）

1 智能停车系统的研究背景

目前我国汽车数量逐年增长，呈现出社会发展的新趋势，停车位、停车场的数量往往跟不上汽车数量增长，越来越多的人为找不到车位泊车感到发愁。面对越来越拥挤的城市，找到一个停车的新环境变得更加迫切，停车位对车主自身的安全停车技术等要求自然会更高，容易让人们在正常工作生活之外的某个时间段里焦躁情绪加重，导致生活质量降低。对于怎样解决停车过程中的不便利、消除安全隐患，使车主能够迅速、准确、安全地将汽车停到合适的车位等问题，已受到了广泛的社会关注。

2 智能停车系统的研究目的和意义

随着科技的飞速发展，人民的生活水平在不断提高，作为人类的代步工具的小汽车数量也在不断增长，在给人类带来便利的同时也带来了很多的问题。停车困难是如今面临的主要问题。一个好的智能停车系统可以减少交通事故的发生，提高人们的生活质量。

3 智能停车系统的总体设计思想

以AT89S52单片机为控制核心，将智能停车系统分为车辆检测和闸杆控制、车位检测和信息采集、车位引导等组成部分。需要在停车场里安装汽车引导系统，引导汽车进入停车场，进行停车动作。可以应用无线或红外的通信方式实现智能停车系统与汽车通信，使汽车顺利找到车位[1-3]。

4 智能停车系统的设计思路

4.1 车辆检测和闸杆控制

目前，在停车场中应用的车辆检测技术主要有地感线圈检测技术、超声波检测技术和红外检测技术等。本研究对红外检测技术进行研究。

红外检测技术原理：通过红外线发射和接收的非接触线性排列，实现对汽车的同步扫描，将光信号转换成电信号，从而实现对汽车的综合检测。与其他检测技术相比，红外检测技术安装简单、响应速度快、抗干扰能力强、技术成熟。它可以检测各种各样的车辆。

对于本研究而言，当车辆驶入至闸杆前，红外发射管发射出红外线，通过对比红外接收管接收到的红外线信号的多少，判断闸杆前有无车辆。当检测到有车辆的时候，AT89S52单片机控制器就会输出相应信息控制电机运转，使闸杆上升。

在本研究中，闸杆的控制是通过AT89S52单片机控制电机运转来进行控制的。电机驱动选取L298模块构成的H桥型驱动电路来控制电机运转，可以使其工作效率非常高。

4.2 车位检测和信息采集

能够实现车位检测的技术主要有超声波检测技术、地感线圈检测技术和红外检测技术。通过对比分析可知，地感线圈检测技术安装不容易，成本高；红外检测技术虽说安装方便，但其容易受外部光源的影响，其并不适用于大多数场合，因此本研究选择超声波传感器进行车位检测，超声波检测技术应用于车位检测造价低、抗静电干扰强，而且不用附加反射装置。本研究在每一个车位上方装有一个超声波传感器，其发射与接收的过程在一般情况下就是两种情况：一是发射至地面后返回；二是发射至车顶后返回（见图1）。有车时和没车时，它的这一过程所用的时间是不同的，有车时时间短，没车时时间长，以此判断有无车辆停放。然后将实时检测的结果上传至智能停车系统的数据中心[4-5]。

4.3 计费设置

结合红外检测技术，以AT89S52单片机为控制核心，当红外传感器检测到有车辆时，闸杆升起时开始记时；当出口处检测到有车辆驶出时，通过车位来判断是哪一辆车辆驶出，结束计时，通过车库的收费管理*元/辆或*元/h来进行收费。

4.4 显示设置

当车辆驶入车库时，会在入口处显示牌显示“**车牌号**车位”，在驶入的道路上有液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD） 指示牌指引路线，在相应车位上也有显示牌显示“*号车位”，在出口处有显示牌显示“**车牌号*车位停车*小时”。

4.5 车位引导设置

采用LCD1602 信号指示灯进行车位引导。LCD1602通过AT89S52单片机驱动，可以显示数字、文字和图形。通过LCD1602显示出车位的方向，驾驶员可以快速地找到自己的停车位并驶入。

5 智能停车系统的硬件设计

智能停车系统硬件主要由电源模块、电机驱动模块、红外传感器模块、超声波传感器模块、显示模块和PC机以及RS232串行通信接口模块组成。

当闸杆处通过红外传感器检测到车辆，将相应信号传送至AT89S52单片机，AT89S52单片机输出一个高电平给电机驱动器，驱动电机运转，闸杆抬起，车辆驶入，PC机端会根据就近原则分配一个车位给该车辆，并且在入口处显示牌上显示出来。计费系统开始计时。在车辆驶入过程中，AT89S52单片机会根据车位的信息给出行进路线并且在行驶途中的车位指引显示牌上显示出行进路线，直至找到车位。当车辆驶入停车位停下后，车位检测设备（超声波传感器） 会进行检测并且发送信息至AT89S52单片机，AT89S52单片机将该车位的状态传送至RS232串行通信接口，之后由RS232串行通信接口传输到PC机，车位状态显示牌也显示有车。当车辆驶出车库时，出口处的车辆检测设备（红外传感器） 检测到有车辆驶出，闸杆抬起并在出口处显示牌显示车辆信息、所停车位和所停时间。图2为智能停车系统的硬件设计框图。

5.1 电源模块及电源电路设计

在AT89S52单片机控制系统中，稳压电源起着非常重要的作用。它不仅为系统提供多个电源电压，而且在系统的抗干扰性能和技术方面有着非常关键的用途。如今，传统的线性稳压电源已经被高效率的稳压电源所取代，最典型的例子是开关电源的广泛应用，为设计出更加环保、更加节能、更加高效的新型电源创造了极好的条件。在本研究的电源电路设计中，选择的是稳压电源电路，能使电压稳定在+5 V。图3为稳压电源电路图。

5.2 电机驱动模块及电机驱动电路设计

通过查找资料，本研究选取直流减速电机，其优点很多：体积小、质量比较轻、转矩大、操作比较方便。由于其内部高速电机提供原装动力，驱动速度（减速） 齿轮组，可产生更大的扭矩[6]。

本研究运用L298N 芯片来进行电路连接，L298N 芯片采用15 脚封装、四通道逻辑电路，是二相和四相电机的特用驱动器，即内部有两个H 桥型驱动电路的全桥驱动器。其主要特点是工作电压高、输出电流大。它可以驱动电流低于2 A、电压低于46 V 的电机。它还可以驱动两个电机，0UTl，OUT2 和0UT3，0UT4。引脚5、7、10、12连接至输入控制电平，以控制电机的正反转；控制启用端连接至ENA、ENB引脚，以控制电机停止。图4为H桥型驱动电路图[7-8]。

5.3 RS232串行通信接口模块

为了使AT89S52单片机和PC机之间能够进行正常的信息传递，使用RS232串行通信接口当作它们之间的桥梁。AT89S52单片机和PC机之间的一切数据和指令都必须通过RS232串行通信接口来完成，使用电平转换芯片MAX232实现TTL逻辑电平和RS232串行通信接口电平之间的互相转换，转换之后的串行信号TXD，RXD直接和PC机的串行通信接口连接[9]。

6 智能停车系统的软件设计

6.1 车位检测程序流程

通过在停车位上方安装的超声波传感器发射超声波和接收超声波进行车位检测，超声波发出和返回时间的计算公式为

式中：t 为时间；L 为距离；v 为超声波速率。如果t≥L/340，那么该车位没车；反之则有车，指示灯亮起。通过RS232 串行通信接口进行AT89S52 单片机和PC 机的信息传输，将该车位状态信息传送到PC 机上。图5 为车位检测程序流程图。

6.2 车辆检测程序流程

当车辆来到停车场门口驶入至闸杆前，红外发射管发射出红外线，通过对比接收管接收到的红外线信号的多少，判断闸杆前有无车辆。当检测到有车辆的时候，红外接收管接收到的信号就会变少，AT89S52 单片机输出一个高电平给电机驱动器，电机开始转动。闸杆抬起，车辆驶入。图6 为车辆检测程序流程图。

7 结束语

本文对智能停车系统的研究可以安全迅速地帮驾驶员找到车位并停入，大大减少了车祸的发生，同时也能够减少对司机不必要的压力，还能对停车场智能化有一个较好的提升作用，提高车库的附加值，从而可以促进经济效益的巨大化。通过利用AT89S52单片机提供主控制器的设计的策略，以各种传感器对车辆四周进行判断以及车位的查找，以该控制器为基准，整合了红外检测电路、超声波检测电路、灯光引导电路以及电机驱动电路，进而完成和优化了最初智能停车系统的设计。本文通过理论模型的准确性，得出汽车在行驶和停车过程中，能够安全、准确、快速地找到停车位并停入。除此之外，结构简单、成本低是这个系统的优势。

本次研究的是智能停车系统，在研究过程中也遇到了各种各样的困难，比如在停车场设计上，对车位检测都一直想不到该用哪种传感器适合，后来通过在网上查找大量的资料后，这个问题才得以解决。因为初次接触实际设计，所以缺乏经验，通过这次设计对AT89S52单片机有了更深的认识。在本次设计中由于经验缺乏，系统设计可能会有很多缺点，今后会加强学习，不断完善该系统设计。