基于指示燈的停車庫引導系統設計

陳績 任洪娟 陳斌 王浩旭 盧嘉雯

【摘 要】隨著經濟的發展，汽車成為日常必不可少的代步工具。但是隨著人們經濟條件的提高，汽車數量也隨之增多，這就面臨一個問題，外出需要尋找停車位。在尋找停車位的過程中會耗費許多的時間，對于城市快節奏的生活讓車主對地下停車場內部設施的便利性也有的了更高的要求。目前國內老舊停車場較多，而且很多停車場都沒有安裝快速簡潔的停車指引系統，這在一定程度上影響了車主的使用方便性。本研究通過指示燈、單片機、紅外對管傳感器、LED顯示屏制作一個簡潔明了，高效的地下停車場引導系統，為老舊的地下停車場升級提供可選方案。

【關鍵詞】指示燈;單片機;紅外對管傳感器;LCD顯示屏

一、選題背景和意義

隨著我國經濟的飛速發展，汽車行業已進入了家庭普及時代，人們對汽車的依賴程度越來越高。成為出行代步的主要交通工具，這也使得汽車的數量逐漸增多。需要的停車位也增多，在一些大型的商場內會設置多層停車場，小區內也會設置地下兩層停車場，在解決了數量的問題后，出現了另外一個難題，尋找停車位。在快節奏的城市生活狀態下，尋找停車位有時會耗費十幾分鐘，這對于車主來說是一個很大的困擾。進入停車場后無法迅速的進入停車位置停放車輛，只能在場內無序流動尋找空余車位。不但占用的了場內出入主車道資源，甚至會造成場內交通擁堵。車主會花費不必要的時間“巡泊”，出行效率大大降低。[ 1-2 ]

利用指示燈引導尋找停車位，在地下停車場內簡潔明了，施工簡單，經濟成本低，同時也能保證車主高效尋找到停車位。相比起手機導航尋找停車位操作更加簡潔，而且地下停車場手機信號比較差有時候會難以操作。指示燈引導停車系統適用于中小型停車場，其經濟型也很適用于老停車場進行改造。通過該系統的應用，將產生一定的社會效應和經濟效益。

研究表明停車引導系統可以提高人們的停車效率，方便車主。同時又要考慮成本及停車場改造等問題，本文擬將采用指示燈實現停車引導。

二、系統總體設計

本系統是基于指示燈、單片機、紅外對管傳感器、LCD液晶顯示屏設計的引導系統，包括紅外檢測模塊、指示燈模塊、LCD顯示屏模塊、電源模塊。工作流程如下：（1）通過紅外對管傳感器檢測模塊實時檢測，并將檢測結果轉化為數字信號;（2）將紅外對管傳感器轉化的數字信號輸入到單片機;（3）單片機將輸入的數據信號進行對比;（4）單片機根據對比結果，將控制信號發送給指示燈和LCD顯示屏;（5）指示燈根據控制信號選擇亮或者不亮，亮表示該車位有車，LCD顯示屏也會顯示該車位被占用。

三、系統硬件設計

3.1中央控制器模塊

單片機是微型控制器的一種，能夠承載計算機系統，具有體積小、質量輕、運算速度快，運算速度強等優勢。STC89C51作為一種兼容80C51引腳結構和標準MCS-51指令系統的單片機，具有可編程性的特征，舍掉了單片機必須用通用編輯器的編輯的局限性，用戶要將所需要的程序下載至單片機只需配合PC端的控制程序即可[2-4]。單片機的軟件系統是采用通用編輯器來編寫程序，而單片機STC89C51可以直接使用PC進行軟件的編程和拷貝[1]。軟件編程主要采用C語言。將寫好的程序導入到單片機內也比較簡單，需要在STC官網下載STCISP軟件，通過電腦利用STCISP軟件與單片機進行連接，然后按照軟件指導就能將寫好的程序燒錄進單片機內運行。

3.1.2 單片機最小系統

STC89C51單片機最小系統電路由復位電路、時鐘電路和電源電路。擁有這三部分電路后，單片機即可正常工作。單片機最小系統原理圖如下圖所示。

3.2紅外對管傳感器設計

紅外對管傳感器是基于紅外對管模塊的紅外避障傳感器。該傳感器模塊對環境光線適應能力強，其具有一對紅外線發射與接收管，發射管發射出一定頻率的紅外線，當檢測方向遇到障礙物（反射面）時，紅外線反射回來被接收管接收，經過比較器電路處理之后，綠色指示燈會亮起，同時信號輸出接口輸出數字信號（一個低電平信號），可通過電位器旋鈕調節檢測距離，有效距離范圍2～30cm，工作電壓為3.3V-5V。該傳感器的探測距離可以通過電位器調節、具有干擾小、便于裝配、使用方便等特點，可以廣泛應用于機器人避障、避障小車、流水線計數及黑白線循跡等眾多場合。

模塊參數說明：

（1）當模塊檢測到前方障礙物信號時，電路板上綠色指示燈點亮電平，同時OUT端口持續輸出低電平信號，該模塊檢測距離2～30cm，檢測角度35°，檢測距離可以通過電位器進行調節，順時針調電位器，檢測距離增加;逆時針調電位器，檢測距離減少。

（2）傳感器主動紅外線反射探測，因此目標的反射率和形狀是探測距離的關鍵。其中黑色探測距離最小，白色最大，小面積物體距離小，大面積距離大。

（3）傳感器模塊輸出端口OUT可直接與單片機IO口連接即可，也可以直接驅動一個5V繼電器;連接方式：VCC-VCC;GND-GND;OUT-IO。

（4）比較器采用LM393，工作穩定。

（5）可采用3-5V直流電源對模塊進行供電。當電源接通時，黃色電源指示燈點亮。

模塊接口說明

（1）VCC外接3.3V-5V電壓（可以直接與5v單片機和3.3v單片機相連

（2）GND外接GND

（3）OUT小板數字量輸出接口（0和1）

紅外避障模塊模塊接口原理圖如下圖所示。

3.3LCD1602液晶顯示模塊設計

LCD顯示器分為字段顯示和字符顯示兩種。其中字段顯示與LED顯示相似，只要送對應的信號到相應的管腳就能顯示。字符顯示是根據需要顯示基本字符。本設計采用的是字符型顯示。系統中采用LCD1602作為顯示器件輸出信息[ 4-5 ]。與傳統的LED數碼管顯示器件相比，液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內容豐富等優點，而且不需要外加驅動電路，現在液晶顯示模塊已經是單片機應用設計中最常用的顯示屏。

3.3 5V電源電路設計

本系統選擇5V直流電源作為系統總電源，為整個系統供電，電路簡單、穩定。DC為電源的DC插座，DC插座是一種與顯示器專用電源相配的插座，它是由橫向插口、縱向插口、絕緣基座、叉型接觸彈片、定向鍵槽組成，兩只叉型接觸彈片定位在基座中心部位，成縱橫向排列互不相連。叉型接觸彈片一端為接線口，外露在基座圓柱體頂面，供連接輸入電源軟線或軟纜用，叉型接觸彈片另一端由基體互連的兩只彈性臂組成，設置在DC插頭插入方向絕緣基座插孔內，供給顯示器之用，使之正常工作，可以直接接USB電源線，一端插在DC插座上，另外一端可以插在5V電源上，如電腦USB、充電寶、手機充電器等等。LED為紅色LED燈，作為系統是否有點的指示燈，電阻為1K電阻，起到限流作用，保護LED燈，以防電流過大燒壞LED燈。SW為自鎖開關，開關按下后，紅燈亮，此時系統電源5V直流輸出。開關再次按下后，紅燈滅，此時系統電源無5V電源輸出。[ 6-7 ]

3.4 LED信號指示燈電路設計

LED燈即發光二極管，它是半導體二極管的一種，可以把電能轉化成光能。發光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結組成，也具有單向導電性[ 3 ]。在電路中，電阻的作用是限流，保護LED燈。只要單片機的控制引腳拉低，則LED燈亮，否則，LED燈不亮。其電路連接為：一頭連接電源正極，一頭連接單片機引腳。其具體電路原理圖如下圖所示。

四、系統程序設計

4.1 編程語言選擇

由于整個程序比較復雜，且計算量較大，用到了較多的浮點數計算，所以程序的編寫采用了C語言。

對于大多數51系列的單片機，使用C語言這樣的高級語言與使用匯編語言相比具有如下優點：

（1）不需要了解處理器的指令集，也不必了解存儲器結構。

（2）寄存器分配和尋址方式由編譯器進行管理，編程時不需要考慮存儲器的地址和數據類型等細節。

（3）指定操作的變量選擇組合提高了程序的可讀性。

（4）可使用與人的思維更相近的關鍵字和操作函數。

（5）與使用匯編語言相比，程序的開發和調試時間大大縮短。

（6）C語言的庫文件提供了許多標準的例程。

（7）通過C語言可實現模塊化編程技術，從而可將已編制好的程序加到新程序中。

C語言可移植性好且非常普及，C語言編譯器幾乎適用于所有的目標系統，己完成的項目可以很容易的轉換到其它的處理器或環境中與匯編語言相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可移植性、可維護性上有明顯的優勢，易學易用[8]。

4.2 Keil程序開發環境

本設計中單片機開發環境是Keil，Keil是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發系統，與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優勢，因而易學易用。

4.3 程序編寫

通過用C語言進行編寫程序，使得本系統能在燒入單片機后，讓系統如預期一樣運行。以下展示本系統的部分代碼和代碼編寫過程截圖。

代碼：void DispStr（uchar x，uchar y，uchar *ptr）

{uchar *temp;

uchar i，n = 0;

temp = ptr;

while（*ptr++ ！= '＼0'） n++;

for（i=0;i

{if（（temp[i]&0x30）==0x30）temp[i]=temp[i]&0x36;

Disp1Char（x++，y，temp[i]）;

if（x == 0x10）

{break;}

}

}

五、結語

本次設計基于指示燈和單片機等部件的停車場智能引導系統，在以后的老舊停車場改造上有很大的經濟效益和實用性。能為駕駛人員節約停車的花費的時間，避免停車場車輛擁堵，實行有效的管理。

參考文獻：

[1]金璐. 單體液壓支柱低壓密封監測系統CPU設計[D]. 華東師范大學，2010.

[2]胡燦林，肖尚華，基于顏色屬性的信號指示燈識別[J].現代計算機，2018，（07）：75-78.

[3]張偉，楊振龍，陳月紅，施密特觸發器在通信指示燈電路中的應用[J].中國新技術新產品，2018，（09）：14-15.

[4]呂跟來，停車場智能停車引導系統[J].電腦知識與技術，2017，（25）：167-169.

[5]宋秦中，錢麗，許猛，基于電力線載的LED消防指示燈的設計與實現[J].工業安全與環保，2018，44（001）：74-77.

[6]呂愛華，余威明. 電工電子技術[M].北京師范大學出版社，2008.

[7]周筱珍. 電工實驗與設計技術[M].湖南大學出版社，2003.

[8]陳有卿. 實用燈光控制電路[M].中國電力出版社，2004.

[9]陳有卿. 燈光控制集成電路與燈光控制器制作[M].人民郵電出版社，2004.

[10]凱利（AI Kelley），C語言教程（原書第4版）[M]. 工業出版社，2001.

作者簡介：

陳績，1998年8月出生，男，貴州省遵義市，本科，研究方向：汽車服務工程。

（作者單位：上海工程技術大學）