基于Arduino的智能停車場設(shè)計

郭蕓君，張 麟

（三亞學(xué)院理工學(xué)院，海南 三亞 572000）

基于Arduino的智能停車場設(shè)計

郭蕓君，張 麟

（三亞學(xué)院理工學(xué)院，海南 三亞 572000）

文章以Arduino系列的單片機作為主控終端，通過連接各種傳感器以構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)為原型的智能停車場。該設(shè)計通過單片機與Ethernet W5100進行網(wǎng)絡(luò)端口的連接，將采集的信息傳送到服務(wù)器，經(jīng)過處理后上傳到Web交互平臺，通過微信公眾號平臺的自動回復(fù)功能，實現(xiàn)查詢和預(yù)約功能，使停車場能夠更高效、更智能化。

Arduino；智能停車場；物聯(lián)網(wǎng)；微信公眾號

隨著社會經(jīng)濟快速的發(fā)展，機動車數(shù)量迅速增加，選擇汽車出行的居民越來越多，“停車難，難停車”的問題在每個城市日漸顯著，亂收費、違章停車、進出停車場困難等現(xiàn)象普遍存在，這既影響了城市景觀，更影響著和諧發(fā)展動態(tài)交通的方針。大部分城市的停車場還屬于傳統(tǒng)停車場，功能單一、效率低下、自動化程度低，許多停車場嚴(yán)重短缺停車標(biāo)志、停車泊位線、導(dǎo)向箭頭、減速墊、車輛誘導(dǎo)標(biāo)志等停車管理設(shè)施，加大了停車的難度[1]。

因此，開發(fā)和設(shè)計一套完整的智能停車管理系統(tǒng)非常必要。基于Arduino單片機開發(fā)下的智能停車場能夠?qū)崟r監(jiān)控停車場內(nèi)情況，方便了解空車位數(shù)量，同時還有燈光控制系統(tǒng)，能夠?qū)Ш竭M入車庫的車快速找到空車位。為了節(jié)省時間，智能停車場通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，執(zhí)行局域網(wǎng)內(nèi)預(yù)約停車，極大方便了車主尋找車。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計方案及框圖

系統(tǒng)整體如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體

主控單元的一號單片機的工作流程：當(dāng)有車輛駛?cè)胲囄粫r，紅外檢測傳感器檢測到車位上有車輛，將高電平信號轉(zhuǎn)換為低電平信號傳輸給單片機I/O口，單片機得到信號進行判斷后打開當(dāng)前車位上的紅色LED開關(guān)提示車位有車，并關(guān)掉導(dǎo)航到此車位的綠色LED導(dǎo)航燈的開關(guān)。當(dāng)車輛駛出車位時，紅外檢測傳感器檢測到車位上無車輛，將低電平信號轉(zhuǎn)換為高電平信號傳輸給單片機I/O口，單片機得到信號進行判斷后關(guān)閉當(dāng)前車位上的紅色LED開關(guān)并打開導(dǎo)航到此車位的綠色LED導(dǎo)航燈，并保持狀態(tài)到下次的狀態(tài)改變。

主控單元的二號單片機的工作流程：當(dāng)有車輛駛?cè)霗z測車道時，超聲波傳感器產(chǎn)生固定PWM信號，將收集到的信號傳輸?shù)絾纹瑱C的PWM口，計算出高電平的時間，并用公式計算出車輛離檢測口的距離，從而定位車輛位置，并打開當(dāng)前車輛前方及正上方的燈開關(guān)。在靠近出入口的位置或者是雙層停車場的道路口，二號主控單片機還設(shè)有紅外檢測傳感器和舵機，出入口的方式不同，出口的程序中，當(dāng)紅外檢測檢測到車輛駛?cè)霑r，紅外傳感器將高電平信號轉(zhuǎn)換為低電平信號傳輸給單片機I/O口，單片機得到信號后輸出PWM信號控制舵機開門，當(dāng)紅外檢測狀態(tài)變化時，單片機輸出關(guān)門PWM信號。入口程序中，由于添加了預(yù)約和確定滿車的問題，需要一個外控制端來判斷是否滿足開門條件，并傳入開門信號，當(dāng)紅外檢測到車已經(jīng)進入停車場后，關(guān)閉入口舵機門。

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的工作流程：由主控系統(tǒng)的一號單片機接收的4個車位的停車狀態(tài)，經(jīng)過處理得到數(shù)據(jù)后經(jīng)過HTML5編輯Web保存在服務(wù)端，當(dāng)手機接入無線局域網(wǎng)時，網(wǎng)頁登入http://192.168.1.177/或者關(guān)注微信號回復(fù)“查詢”或“預(yù)約”即可跳出界面。可以選擇預(yù)約，界面提示預(yù)約號，入口設(shè)有LCD1602提示停車場目前空車位數(shù)量，并設(shè)有4x4矩陣按鍵來輸入預(yù)約號。預(yù)約系統(tǒng)是將預(yù)約數(shù)和空車位數(shù)作對比，當(dāng)兩個相等時，關(guān)閉預(yù)約按鈕和無預(yù)約開門程序，車輛只能通過輸入預(yù)約號進入，輸入預(yù)約號后，預(yù)約數(shù)將減一位，后再和停車場空車位作對比，當(dāng)空車位大于預(yù)約車位數(shù)時，可以直接點擊開門按鍵進入。

2 系統(tǒng)主要芯片和模塊分析

Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺，包含各種型號的Arduino板和傳感器和軟件（Arduino IDE）。Arduino能通過各種各樣的傳感器來感知環(huán)境，通過控制燈光、馬達(dá)和其他的裝置來反饋、影響環(huán)境[2]。基于Arduino平臺，可以快速搭建各種模擬物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的電子原型[3]。

2.1 Arduino Ethernet W5100

Arduino Ethernet是一個基于ATmega328的微控制器，其網(wǎng)絡(luò)芯片采用W5100，是一款多功能的單片網(wǎng)絡(luò)接口芯片，內(nèi)部集成有10/100 Mbps以太網(wǎng)控制器，其功能使可以和計算機或者其他微控制器進行通信，同時支持TWI和SPI通信[4]。

2.2 紅外避障傳感器模塊

紅外避障傳感器能夠測量2～30cm可控范圍內(nèi)的物體，通電后能一直產(chǎn)生紅外信號，經(jīng)過待測物體反射后接收端接收信號，返回的光信號轉(zhuǎn)換成電信號后，進行電壓比較，從信號口輸出高低電平。

2.3 HC-SR04超聲波測距傳感器模塊

HC-SR04超聲波測距傳感器可以在2～400 cm內(nèi)測出物體與模塊間的距離，其精度可達(dá)到3 mm。用單片機的I/O口給Trig發(fā)送一個至少10 μs的高電平信號，模塊自動發(fā)送8個40 kHz的方波，并檢測信號的返回，將信號從Echo口輸出到單片機，通過檢測高電平的時間來計算物體到超聲波傳感器的距離，測試距離（cm）=輸出的高電平信號/58。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

3.1 紅外檢測及導(dǎo)航燈和指示燈程序

紅外檢測需要循環(huán)對4個車位上的紅外傳感器（infra）進行數(shù)據(jù)采集，當(dāng)車位的紅外采集到低電平時，表示當(dāng)前車位上有車，關(guān)閉當(dāng)前車位上的導(dǎo)航燈并打開紅色指示燈；反之，關(guān)閉紅色指示燈并打開相對應(yīng)的導(dǎo)航燈。為了程序的簡潔采用了數(shù)組定義各個接口并用多個for語句循環(huán)嵌套，減少單片機的程序存儲空間，提高運行速度。

3.2 超聲波測距及燈光控制程序

超聲波傳感器至少需要10 μs高電平的啟動PWM信號，因此，程序給出10 ms的高電平，狀態(tài)改變時立即用pulshIn ()函數(shù)檢測脈沖寬度，由計算公式得出相應(yīng)距離并進行判斷，駛?cè)胲嚨罆r打開前面所有照明燈光，隨著車輛的位置關(guān)閉車后面的燈光。當(dāng)車駛出道路時自動關(guān)閉燈光。為了程序的簡潔采用了數(shù)組定義各個接口并用for語句嵌套判斷語句，判斷語句中當(dāng)距離小于t×9 cm時，打開第t段照明燈，用for循環(huán)后即可實現(xiàn)打開從開始端到max（t）段的照明燈光。

3.3 添加微信公眾號功能

由于系統(tǒng)需要接入局域網(wǎng)，網(wǎng)址相對難記住，通過微信掃碼關(guān)注公眾號后收取網(wǎng)址登入方便。首先用微信注冊一個公眾號，登入微信公眾號平臺，在自定義菜單中編輯相應(yīng)的文字，輸入網(wǎng)址并保存。在自動回復(fù)中選擇關(guān)鍵字自動回復(fù)，設(shè)置“查詢”“預(yù)約”“停車場”為關(guān)鍵字后，回復(fù)框輸入網(wǎng)址即可。

4 結(jié)語

本文是基于ArduinoUNO單片機、微信公眾號、物聯(lián)網(wǎng)的智能停車場，其核心處理器ATmega328通過控制超聲波傳感器的占空比來控制導(dǎo)航燈的亮度，以保證車輛安全迅速地找到車位，利用車位上方的紅外檢測模塊配合單片機的處理，來提示車主此車位是否有車；網(wǎng)絡(luò)部分采用ATmega2560配合Ethernet W5100進行網(wǎng)絡(luò)端口的搭建，利用HTML5和CSS編程設(shè)計出良好的交互界面，車主可以通過微信公眾號平臺來查詢和預(yù)訂停車位。該智能停車系統(tǒng)可方便廣大車友快速找到停車位，減少交通擁堵，同時也降低車場的人工成本和提高車場的利用率，為智慧城市添磚加瓦。

[1]王中生，韓康.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能停車系統(tǒng)研究設(shè)計[J].微型機與應(yīng)用，2016（20）：99-102.

[2]施智雄.Arduino在大學(xué)工科教學(xué)中應(yīng)用探索[J].西昌學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2012（4）：50-54.

[3]蔡睿妍.Arduino的原理及應(yīng)用[J].電子設(shè)計工程，2012（16）：155-157.

[4]汪新舜.基于Arduino與LabVIEW的智能廠房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)[D].大連：大連理工大學(xué)，2016.

Design of intelligent parking lot based on Arduino

GuoYunjun, Zhang Lin
（Engineering Branch Sanya College, Sanya 572022, China）

With the single chip of Arduino series as the main control terminal, this article establishes the intelligent parking lot in the prototype of internet of things through the connection of various sensor.Through the connection of the single chip with Ethernet W5100 network port, this design transmits the collected information to the server and then uploads it to the WEB interactive platform after processing.It achieves the query and booking functions through the automatic response function of WeChat public number platform so that the car park can be much more efficient and intelligent.

Arduino; intelligent parking lot; internet of things; WeChat public number

海南省教育廳教改項目；項目名稱：Hnjg2015-61。

郭蕓君（1985— ），女，海南瓊海，本科，中級實驗師；研究方向：移動通信。