基于单片机的智能停车场系统设计
课题信息：课题来源：2019年度校级大创项目；课题名称：基于单片机的智能停车场系统设计；课题编号：2020CJXYDCYB05；课题主持人：杜永峰；课题参与人：林思潮、张善凌、郭文凯、吴家辉。
摘 要：本文提出一套运用51单片机作为主控，集成了刷卡识别身份系统、车位情况显示功能、自动计费功能、闸门智能升降系统的智能停车场系统设计方案。它解决了传统人工管理低效率烦琐、费时等问题，提高了效率，解决了停车场出口经常拥堵的场面，具有广阔的应用前景和实用价值。
关键词：单片机，智能停车场，系统设计
0 引言
目前为了提高停车场的容纳量,减少车主停车难、入口和出口拥堵等问题，需要设计一款低成本、性价比高的智能停车场管系统。本设计采用51系列单片机作为主控制芯片,使用RFID技术来实现身份识别后,自动升降电机闸道将会升起打开，车辆进入或开出停车场，然后自动升降闸道再落下。智能停车场系统将对该小车记录其停用的时间 ,在出停车场时采用了同样的方法来取车IC卡识别身份,从而达到了智能停车入库、智能取车和自动收费的目的, 其适合运用于中小型的停车场。
1 智能停车场系统主要功能
（1）射频识别功能
射频识别功能采用RC522IC卡感应模块，使用方便，成本低廉，适用于设备开发、读卡器开发等高级应用的用户、需要进行射频卡终端设计/生产的用户。本模块可直接装入各种读卡器模具，模块采用电压为3.3V,通过SPI接口简单的几条线就可以直接与用户任何CPU主板相连接通信,可以保证模块稳定可靠的工作、读卡距离远。访客想要进入停车场，就必须刷卡，通过刷卡可以知道是否能进入停车；同样当访客离开停车场时，通过刷卡可以，可以得知自己停车时间、以及收费等情况，通过结算相应费用才可离开停车场。
（2）智能停车场信息显示功能
停车场信息显示功能是主要用来显示年月日以及星期等时间信息；还用来显示车位信息，如总车位数，已停车位、空余车位等；还可以用来显示现实收费情况等。本设计的显示器件采用LCD12864液晶显示屏，它是一种图形点阵液晶显示器,它主要由行驱动器/列驱动器及128×64 全点阵液晶显示器组成，可完成图形显示，也可以显示8×4 个(16×16 点阵)汉字或者显示16×4个(8×16阵)ASCII码。因为要设置和显示实时时间，还会用到DS1302时钟模块，DS1302芯片内含一个实时时钟/日历和31字节静态RAM，通过简单的串行接口与单片机通信且功耗很低。
为限制停车场内车辆数量，保证场内秩序、安全和道路畅通，只有通过刷卡的访客，屏幕上会为访客指示停车场车位总数量和剩余车位情况、当前卡号、实时时间及停车收费标准。车辆刷卡进入停车场后，车位剩余数量相对应减少1位，并启动自动计费功能。如果该IC卡有效，刷卡时会发出“哔”的一声，屏幕才会正常显示以上信息。如果刷的是无效IC卡，刷卡时会连续“哔”三下，并且显示“此卡无效”的字样。
（2）电机闸道自动升降功能
在驱动电机闸道自动升降方面，采用sg90舵机。Sg90舵机内部有一个基准电压，微处理器产生的PWM信号通过信号线进入舵机产生直流偏置电压，与舵机内部的基准电压作比较，获得电压差输出。电压差的正负输出到电机驱动芯片上，从而决定正反转。当舵机开始旋转的时候，舵机内部通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为零，电机停止转动。
访客刷卡后，如果屏幕上显示停车场内还有剩余车位，电机闸道会打开，车辆通过后，电机闸道将会自动落下。如果屏幕上显示该停车场场内剩余停车位数量为零，电机闸道不打开。为了预防电机闸道在车辆通过时关闭，在程序方面给加一段延时程序，让电机闸道延迟一段时间落下，这样即可起到保护车辆的作用。
（3）自动计费功能
刷卡后电机升降闸门模拟汽车驶入，开始收费；第二次刷卡电机升降闸门模拟车辆驶出停车场，计费结束。液晶屏会显示当前停车位、停车时长、本次停车费用。可以通过按键设置计费标准，如3元/小时，具体停车费用单价设置以当地实际情况通过设置按键进行灵活设置。也可以通过按键设置当前时间。
2 系统设计
（1）系统整体运行机制
智能停车场系统以AT89S52为控制核心，由5V电源来供电。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。AT89S52具有：32位I/O 口线、3个16位定时器/计数器、一个6向量2级中断结构、全双工串行口。
如图1所示基于单片机的智能停车场系统设计原理框图。它由单片机最小系统、LCD12864液晶显示屏、DS1302时钟模块、RC522S射频模块、蜂鸣器模块、sg90舵机等组成。
图 1基于单片机的智能停车场系统设计原理框图
智能停车场系统由AT89S52芯片集中控制，访客进入停车场前要领取IC卡进行刷卡识别验证，若IC卡为有效卡，蜂鸣器会鸣叫一声，液晶显示屏上会显示一系列相应信息，之后sg90舵机会驱动电机闸道自动升起，访客可以进入停车场内停车并且计时收费开始。若IC卡为无效卡，蜂鸣器会鸣叫三声，液晶显示屏会显示“此卡无效”的字样，电机闸道不会自动升起。当访客在停车场停车一段时间需要离开停车场时，需要在出口处用进入时所领取的卡进行再刷卡，这时智能停车场管理系统将会停止对该车辆计费，液晶屏会显示此次该车辆停车所消费的金额。当访客结账完毕后，电机闸道会自动升起，车辆驶出停车场。
（2）端口选择与接线设计
本设计尽量将芯片左边的端口作为输入端，右边的端口作为输出端，即P1口和P3口作为输入端，P0口和P2口作为输出端，这样设计是为让整体布局更清晰明了，连线相对简单。
引脚功能分配为：P1.0～P1.3分别接一个独立按键，对应的功能是“调整时间”、“调整单价”、“增加”、“减少”；P1.5～P1.7用来接DS1302时钟模块；P3.0～P3.1用来接USB转串口；P3.3～P3.7用来驱动RC522射频模块，由于此模块的驱动电源是3.3V，因此需要在VCC+5V处要连接一个降压模块，将5V电压降低到3.3V后再为RC522射频模块提供工作电压；因为51单片机的P0口缺少上拉电阻，所以在P0口这里要加上一个10K的上拉电阻，然后P0.0～P0.7分别接LCD12864液晶显示屏的数据端DB0～DB7，P2.3～P2.7分别连接液晶屏的RST、PSB、E(CLK)、RW(SID)、RS(CS)引脚，此外液晶显示屏3脚VO会通过一个可调电阻来调节亮度；P2.2用来驱动蜂鸣器模块；P2.0用来驱动sg90舵机。51单片机的最小系统由复位电路、振荡电路构成，复位电路接单片机的RST(9脚），振荡电路连接单片机的XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚），另外/EA(31脚)和VCC(40脚)接电源+5V,GND（20脚）接地。如图2所示为基于单片机的智能停车场系统设计原理图。
图2基于单片机的智能停车场系统设计原理图
3总结
智能停车场系统可以应用于各类超市、商场、小区停车库等地方。系统结构简单、功能齐全，成本具有较大的优势，可以满足各类停车场的要求。此外，该系统还可以实现各种功能扩展。该系统的使用可以对整个停车场高效、集约化的全面管理。具有成本低、功能强、安全方便、易于维护等优点。在智能化时代具有一定的社会应用价值。
参考文献
[1]何振华.智慧城市智能停车系统探究[J].科技风2017(2):10
[2]李扬威,焦朋朋,杜林.城市智能停车管理系统研究[J].交通信息与安全,2014,32(04):160-164.
[3]戴孛丰.城市智能停车管理系统的设计与实现[D].杭州电子科技大学,2017
