基于超聲波定位的智能尋車系統設計

謝強寶，蔣一，周文滔，李雨晴

（安徽新華學院電子工程學院，安徽合肥，230088）

0 研究背景

隨著人口的增加、經濟的高速發展，以及人們的購買力和物質生活水平的提高，私家車的數量逐年攀升，這樣也使得我們所需的停車場越建越大，層數越建越多。雖然停車場的規模在增加為人們提供了便利，但是帶來便利的同時，也帶來了使用上的煩惱，有一部分的車主沒有辦法適應停車場的“成長”。

面對偌大的停車場，即使有指引牌，對于一些方向感弱的車主，恐怕也會在停車場“迷失”，可能無法快速地找到空車位，取車時也面臨同樣的找車難的問題，給車主增加了不必要的煩惱，甚至于大大降低了一些車主出行或者購物的熱情?；诖?，現推出智能“尋”車項目，通過現代科學技術有效解決以上停車難、找車難的問題，使得原本讓人頭疼的找車問題變成一次快樂、享受的科技服務體驗。

1 系統總體設計

該設計以單片機最小系統為主控電路，采用模塊化設計，包括掃描檢測模塊、超聲波定位模塊、電源電路以及路線導航模塊等[1-2]。利用掃描檢測模塊實現對于車輛信息及車位信息的獲取，基于超聲波定位原理實現車輛精準定位停放，利用路線導航模塊實現最優停車及尋車路線的選擇，并能結合二維碼掃描等互聯網技術同時實現線上繳費等功能[3]。系統原理框圖如圖1所示。

圖1 系統原理框圖

2 系統硬件設計

■2.1 單片機主控電路

系統的主控芯片選用 STC89C52單片機，該芯片具有較高的實時性、較低的功耗、豐富的片外擴展能力、強大的數據處理能力等。

該設計利用52單片機最小系統，或者稱為最小應用系統，是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統[4]。對52系列單片機來說，最小系統一般包括單片機主控芯片、晶振電路、復位電路幾個部分。具體電路如圖2所示。

■2.2 掃描檢測模塊

2.2.1 車輛掃描

采用機器視覺、圖像處理和模式識別等互相結合，實現對車牌的掃描識別與信息錄入。它的硬件基礎包括觸發裝置、照明裝置、攝像裝置、圖像采集裝置、識別車牌號碼的處理機，其軟件核心包括車牌定位、字符分割、字符識別等算法[5]。掃描識別的同時與單片機相連接，對掃描的內容進行防誤判處理并將識別的信息傳輸給其他模塊。具體操作如圖3所示。

圖2 單片機主控電路圖

圖3 車輛掃描識別圖

2.2.2 車位監控

停車位會放置一個掃描裝置用以對停泊的汽車車牌進行監測。掃描裝置采集每輛車的信息（車牌號、車輛型號）將采集的信息代入這個停車位的坐標點，然后將信息發送到數據庫服務端，用以記錄停車地點、停車時間以及停車所收取的費用。如果有汽車停泊，則掃描識別系統掃描到車牌，此時對數據庫服務器發送“無車位”的信息；如果沒有汽車停泊，則掃描識別系統未掃描到車牌，此時對數據庫服務器發送“有車位”的信息；數據庫服務器通過對有無車位的識別，將“有車位”的信息記為綠色，“無車位”的信息記為紅色，通過二維網格的形式發送給客戶端。

■2.3 超聲波定位模塊

利用超聲波傳感器作為發射端和接收端，通過發射和接收超聲波，利用時間差和聲音傳播速度，可以計算出模塊到停車位的距離[6-7]。發射端向被探測的區域實時發射等幅的超聲波，接收端接收反射回來的超聲波。在反射回來的超聲波是相同頻率時，代表沒有車輛進入被探測區域，當反射回來的超聲波幅度不斷變化，則代表有車輛進入被探測區域時。

由52單片機產生的頻率信號，通過整形電路后發送到超聲波發射端使其發出特定頻率的超聲波，超聲波接收端接受反射回來的超聲波。當沒有車輛處于被探測區域內時，反射回來的超聲波是等幅的；當有車輛處于被探測區域內時，接收器接收到的超聲波幅度不斷發生變化，接收電路接收到信號后，經過放大、檢波、濾波及電平比較后，轉換成電平信號，發送給單片機，由單片機進行處理。模塊電路設計如圖4所示。

圖4 超聲波測距電路設計圖

■2.4 路線導航模塊

采集云端預處理之后的數據，利用超聲波芯片對其進行加工處理，選擇出最優的導航路線，通過顯示模塊為使用者導航。用單片機編程定時器T1中斷產生40kHz的方波，使用for語句每隔一段時間產生方波，同時用定時器定時，超聲波用超聲波接收頭接收，當接收端收到方波，利用CX20106檢波放大變換后，單片機產生中斷信號，定時器停止計數，讀取時間，通過時間測算距離，通過語音顯示模塊導航找車[8]。具體操作流程如圖5所示。

LCD顯示由音頻處理器與顯示器組合而成，通過音頻處理器為使用者進行語音導航同時通過顯示器為其展現當前狀況。具體使用LCD1602液晶顯示，通過單片機計算的距離，由于數據原碼不能直接用于顯示，在數據顯示程序中加入換算成能顯示的BCD碼。

圖5 路線導航流程

3 系統軟件設計

設計系統主程序流程如圖6所示。系統主要完成硬件初始化、路線導航、計時收費等功能。其中，整個系統將分為兩個模式，模式1為用戶模式（尋車模式），該模式主要服務用戶來尋車；模式2為內部模式（計時收費模式），該模式主要用來實現計時收費功能[9]。

4 結語

基于超聲波定位技術的智能導航尋車系統設計，工作原理類似于鴿子依靠體內器官感覺地磁場的變化能準確的為主人送信，具有實時精準的特性。通過圖像識別采集車輛信息、車位實時監控、停車路線導航，再到最后超聲波定位尋找車輛，整體使用超聲波定位可以解決停車場找車問題，給車主提供極大的便利。由于到目前為止，尋車主要依靠車牌、停車位置、標記等方式，這導致尋車效率低下、精準性不高，所以考慮到未來私家車數目的增多、尋車的效率性等因素，基于超聲波定位技術的智能導航尋車系統能夠實現精準定位、實時監控和語音導航，從而提升尋車效率和準確性，市場潛力極大。本設計相較于目前已有的尋車方式而言，具有顯而易見的極大競爭優勢。

圖6 主程序流程圖