基于STC89C51的智能車位鎖設計

戴才舟 湯羽 陳雨欣 丁浩

摘 要：文章通過物聯網技術實現實時智能控制、自動計費、安全控制等功能，從而完成智能無人化車位鎖管理的目的，實現用戶停車前對空缺車位定位和預定的功能，解決駕駛員因為找不到空閑的停車場而在道路上巡游的問題。

關鍵詞：物聯網技術;智能化;用戶停車

中圖分類號：U462.1 ?文獻標識碼：A ?文章編號：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

私人汽車已經步入普通家庭，成為工作、學習、生活、旅行的必備交通工具。然而伴隨著私人汽車數量的暴增，相應的停車設施和道路設施顯得不盡完美。據統計，全國的汽車保有量為1.94億輛。由于我國的土地成本高昂，停車位的價格也是水漲船高，由此，全國的停車位數的增長遠遠趕不上私家車的數量。

由于城市汽車數量的增加，大多數用戶出行時都需要在幾個不同的地點停車，但是停車位的數量是有限的。同時，私人車位出現了大量的閑置，如車位擁有者開車出行，即出現私有車位大量閑置的現象，車位閑置資源浪費嚴重。如何解決私有車位閑置浪費問題？本系統研究了一款智能無人化車位鎖，其能夠有效的整合車位資源，緩解停車難問題。

1 總體設計

針對智慧交通中停車位的重要環節進行了針對性的研究，設計了傳感器模塊、安全控制模塊、繼電器模塊、核心處理器模塊、狀態顯示模塊、系統控制模塊、無線通信模塊等，實現閑置車位的有效利用，并通過LabVIEW技術實時拍照安全檢測功能，達到智能無人化管理的目的。系統總體設計框圖如圖1所示。

2 硬件設計

2.1 單片機

結合車位鎖設計需求，系統選取STC89C51單片機作為系統核心處理單元，其具有體積小、成本低、功耗低、可靠性好、適用范圍寬等特點，從而特別適合在智能車位鎖中使用。

在智能車位鎖系統中，我們通過超聲波測距模塊所采集到的信息，來操縱蜂鳴器模塊與繼電器模塊實現車位鎖的智能升降。

單片機STC89C51是基于8051核的ISP在系統可編程芯片，芯片整體工作原理兼容標準MCS-51指令系統，在芯片物理構成方面，集成了8位CPU和ISP Flash單元，具有在系統可編程特性，省去了購買通用編程器，而且速度更快。其精簡指令集結構，內部集成MAX810專用復位電路，使得共享車位鎖系統更加可靠方便。

2.2 繼電器

本產品采用雙繼電器形式，DC+接電源正極（電壓按繼電器要求，有不同的選擇），DC-接電源負極，IN端口可以通過高或低電平的方式來控制繼電器吸合繼電器輸出端，NO 為繼電器常開接口，因此繼電器吸合前懸空，吸合后與COM短接，NC是繼電器常閉接口，繼電器吸合前與COM 短接，吸合后懸空;COM為繼電器公用接口，高低電平觸發選擇端有跳線與low短接時為低電平觸發及跳線與high短接時為高電平觸發。繼電器作為半導體模塊的開關，繼電器電路結構如圖2所示：

2.3 超聲波傳感器

本系統采用超聲波傳感器來檢測車輛信息，完成車位鎖的開關控制。超聲波傳感器電路原理圖如圖3所示。

傳感器原理圖主要由發射和接收兩部分電路構成。配合單片機控制系統，超聲波傳感器將超聲波的信號轉換成電信號，將電信號輸入至單片機對應端口，即可完成電信號處理從而得出超聲波傳感器檢測數據。發射電路主要由發射換能器、三極管、反相器構成。接收電路主要由換能器、電源控制三極管和CX20106A構成。整體傳感器性能穩定、應用范圍廣、硬件成本低。

3 軟件設計

3.1 PID算法

進一步研究系統的控制機制，對PID控制算法進行了詳細研究，首先在PID控制和模糊PID控制算法方面進行了針對性分析，從仿真結果得出，模糊PID控制具有較好的控制效果。

自適應能力是模糊PID控制的重要評價指標之一。目前主要通過設計變換域提升模糊PID控制的自適應能力，本文設計了基于特定的函數模型和模糊控制規則的變換域，自適應系統輸入量而自動調整。

3.2 主程序的設計

結合智能車位鎖實際工作情況，無車輛進出時，整體系統處于靜默待機狀態，當有車輛請求進出后，根據用戶請求信號完成狀態轉移。使用停車位流程：車位收到解鎖信號，系統對信號進行解碼并將解鎖結果發送至單片機處理單元，單片機對信號進行核驗（身份信息、車位信息等），符合合法車輛后解鎖車位鎖，同時蜂鳴器發出警報，允許車輛進入使用該停車位。離開停車位流程：當用戶駕車離開時，車位鎖超聲波測距模塊，根據測距數據的變化，自動升起車位鎖，無需用戶進行人工干預，實現自動無人化管理。

在其他輔助功能方面，系統增加了系統過流保護、自動升鎖保護、警報機制等功能。系統過流保護主要對系統電流大小進行監測，解決電流不穩定導致的系統故障問題。自動升鎖保護以防惡意占位等現象。警報機制與停車位管理平臺對接，當車位鎖出現故障或者遭到惡意破壞時，及時通知后臺管理人員，保障整體系統正常運營。

在智能車位鎖軟件設計方面，采用傳統的模塊化設計思路。分別按照頂層設計、主程序設計、模塊設計思路完成軟件部分。模塊化設計的優勢在于方便調試、測試、維護等。

3.3 流程圖

4 主體設計

系統主要利用多傳感器技術，通過整個系統收集目標停車位的狀態信息，結合當前車輛OBU信息標簽（包括車輛基本信息車牌、車型、顏色等）、進出時間、目標車位等。系統管理端能夠整合智能車位鎖信息，實時顯示整個停車場或者小區內閑置可用停車位數量、已使用停車位數量、日均使用量、使用時長等信息。在此基礎上，提供可預約服務功能，從而大大提高了閑置車位的利用率。具體實物展示如圖6所示：

5 結論

智能車位鎖項目最主要的可以應用在3個方向。首先，對政府而言，共享型智能車位鎖的設計可以有效解決城市亂停車的現象，尤其是醫院、學校、文化中心等這些公眾場所，可以改變一個城市的整體形象。而且，共享型智能車位鎖的提出也響應了習近平總書記提出的“共享理念”。其次，對于開發商而言，可以用最小的成本謀求最大的利益，而且在售房的時候，推銷一下共享型智能車位鎖，他也可以從中獲得一些收益。接著，對于車位擁有者而言，可以通過把車位放在APP上出租，來獲得一些收益，最后，對于那些沒有車位的車主來說或者自駕游出去旅行時，可以通過APP，來獲取最適合自己的停車位，節省了時間、金錢。

但是在整個系統的設計方面，仍然又很多問題需要十分謹慎地考慮。尤其是車位鎖的安全問題，設計地不夠縝密。我覺得想要真正地實施車位鎖項目，必須在安全方面謹慎設計可以在此基礎上加一些防盜功能，可以在里面加一個GPS定位與自己的手機相連。同時，也期待一些法規，來規范當前的共享市場，更好地保障公眾的切身利益。

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