基于單片機的停車場引導系統(tǒng)的設計目錄TOC\o"1-2"\h\u12259基于單片機的停車場引導系統(tǒng)的設計 1267361概述 178031.1研究背景及意義 18221.2研究內容 237402系統(tǒng)方案設計與相關原理 253982.1系統(tǒng)方案設計 2182592.2紅外檢測原理 3247142.3顯示方案選擇 4169753系統(tǒng)硬件設計 474813.1主控電路 4129233.2顯示電路 6196153.3車位顯示電路 6196253.4按鍵電路 732313.5電源電路 7189924系統(tǒng)軟件設計 882054.1KEILUVISION簡介 876684.2主程序流程圖 8256574.3顯示程序 9220635系統(tǒng)調試與測試 10255855.1系統(tǒng)硬件調試 10148285.2軟件調試 10316555.3實物調試 11264046結論 1224464參考文獻： 13摘要：設計了一種基于單片機的停車場引導系統(tǒng)，系統(tǒng)包括STC89C52單片機電路、電源電路、由紅外對管構成的紅外檢測電路、LCD12864電路以及LED車位燈等硬件電路。可以實現(xiàn)進入車輛的車位選擇，根據(jù)停放車位情況，引導車輛去指定停車位的功能。藍燈為指引燈，當有車輛經(jīng)過，有空余車位時，藍燈長亮代表該車位可以停車，綠燈為空余車位顯示燈，當車位被占用時，紅燈就會長亮，具體占用車位數(shù)，剩余車位數(shù)會在液晶上顯示。經(jīng)過測試，系統(tǒng)運行可靠，完成了設計目標。關鍵詞：停車場；STC89C52單片機；紅外1概述隨著居民收入水平的增長，加上汽車工業(yè)的快速發(fā)展，使得我國目前人均汽車占有量也跟著急劇上升，汽車是居民出行主要的交通工具，在城市道路上隨處可見。因此對于停車場而言，如何高效的管理需要停放的汽車，指示司機行駛到規(guī)定的停車位，這是一個值得研究的話題。此外該系統(tǒng)還應該具有簡潔實用性強，可以應用到人們生活當中取得這樣的功能，才能滿足在日常生活當中的使用[1]。研究背景及意義隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們進入了一個現(xiàn)代化智能化的社會。越來越多的汽車被人們所購買，對停車場的需求也在不斷增加，為有效處理停車難的問題，很多城市都建立了非常多的停車場[2]。但是，智能停車系統(tǒng)市場相對放緩，遠遠落后于市場化動態(tài)交通的發(fā)展。停車場管理系統(tǒng)采用了自動化的電子設施去對停車場實施高效管理。經(jīng)過盡可能的降低人工參與，從而有效降低對勞動力的使用，減少人力成本的基礎上也可以有提升停車場的安全性以及管理質量，給用戶提供更加便捷的服務。本次就是在這樣的背景下設計一款停車場引導系統(tǒng)，該系統(tǒng)由嵌入式管理技術實行具有良好的兼容操作，并且可以實現(xiàn)停車場車位計數(shù)以及車輛引導的功能。因此可以在車輛雜亂或者是擁堵的城市當中使用，能夠有效的引導司機去到規(guī)定的停車位，減少道路當中的亂停亂放，規(guī)范城市交通環(huán)境有著重要的意義，此外本次設計的系統(tǒng)成本低廉，功能靈活多樣，可以根據(jù)實際的情況具體做開發(fā)，因此在現(xiàn)實社會當中有著良好的實用性，可以推廣到日常生活當中[3]。1.2研究內容本文的主要內容是設計一個停車場智能停車引導系統(tǒng)，整個系統(tǒng)包括STC89C52單片機電路、紅外檢測電路、LCD12864電路以及LED車位燈等硬件電路，其可以實現(xiàn)進入車輛的車位選擇，根據(jù)停放車位情況，引導車輛去指定停車位的功能。為了對設計進行驗證對相應的功能進行測試，本次設計的停車場汽車引導系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性，并且在實現(xiàn)功能的同時兼具開發(fā)成本，可以應用到日常生活當中，具有相應的參考價值。2系統(tǒng)方案設計與相關原理2.1系統(tǒng)方案設計本次停車場智能停車引導系統(tǒng)設計中，其硬件結構包括：STC89C52單片機電路、紅外檢測電路、LCD12864電路以及LED車位燈等硬件電路構成。單片機作為本次設計主控芯片，負責信息的處理；紅外檢測電路由4對紅外對管構成，在車位旁，來檢測車位是否有車；LCD128液晶顯示器顯示車位信息，本次設計共有4個車位，將有車車位與無車車位的數(shù)量都展現(xiàn)在LCD上；LED車尾燈由紅綠藍三種顏色構成，紅燈表示車位有車，綠燈表示車位無車，藍燈則作為指引燈，表明車輛可以去當前車位停車。整個系統(tǒng)硬件框如圖1所示。圖1系統(tǒng)整體設計框圖在系統(tǒng)設計當中應該從多方面的角度綜合考慮問題，作為本次的設計系統(tǒng)應該在保證相應功能完備的情況下減少系統(tǒng)占據(jù)的空間，這樣可以在條件更為苛刻的情況下使用，并且能夠有效的降低系統(tǒng)的功耗對電壓的要求范圍更廣，這也是作為單片機設計的主要特點之一。另外系統(tǒng)還要具有很高的可靠性，這樣就能夠減少外界環(huán)境因素對系統(tǒng)的干擾，提高抗干擾能力，保證相應的功能能夠實現(xiàn)。2.2紅外檢測原理紅外檢測部分包含了發(fā)射管與接收管兩個部分，通過紅外發(fā)射管可以發(fā)射出紅外線，該線是人們看不到的，常見的紅外發(fā)射管及紅外線的波長在940nm左右，外形與普通φ5mm發(fā)光二極管相同，其區(qū)別主要體現(xiàn)在顏色上面，該發(fā)射管發(fā)射的顏色主要包含了三種，透明、黑色、以及深藍色[4]。判斷紅外發(fā)光二極管的好壞與判斷普通二極管一樣的方法。單只紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率約100mW。紅外接收管采取的材質是一種光敏二極管，這樣在接收到紅外信號的時候，二極管的電阻就會發(fā)生變化，光敏電阻對光很敏感，在電阻發(fā)生變化的時候，通過電壓信號就可以將此變化呈現(xiàn)出來。在接收電路當中，為了將該增益放大，因此常常具有放大電路。IR1為發(fā)射管，IR2為接收管，當通電后發(fā)射管發(fā)射出紅外光，有物體時，紅外光會返回被接收管接收，內部發(fā)生變化，使負端電壓改變，沒有物體存在時則沒有返回紅外光[5]。當有物體存在時，接收管接收到紅外光后導通，比較器負輸入端變?yōu)榈碗娖剑藭r負端電壓低于正端電壓，比較器輸出高電平，單片機判斷為該車位忙；相反，如果無物體存在，接收管處于截止狀態(tài)，比較器負輸入端為高電平，此時大于正輸入端的比較閥值，比較器輸出低電平，單片機判斷為該車為空閑。原理如圖2所示。圖2紅外接收管原理圖2.3顯示方案選擇方案一：數(shù)碼管顯示模塊。數(shù)碼管顯示模塊是一款較為傳統(tǒng)的LED顯示模塊，每塊數(shù)碼管都包含數(shù)量不等的LED顯示模塊，通過對這些LED模塊的進行特定方式的組織來展示不同的字符。常見的數(shù)碼管一般會采用共陰極或者共陽極的控制方式，在每個LED二極管上都并聯(lián)一個陽極或者陰極點，控制器件通過輸入高低電平來實現(xiàn)數(shù)字、字符的顯示。方案二：采用液晶顯示模塊的LCD1602。LCD1602不同于數(shù)碼管，是一款對LED模塊進行深度定制的可編程控制顯示模塊。在控制LCD1602進行顯示時，用戶不需要根據(jù)LED模塊的組織方式來改變程序的控制方式，這些控制由LCD1602內部包含的寄存器來實現(xiàn)，用戶應用程序只需要通過對顯示屏的外部寄存器進行控制即可。綜上所述采用方案二的LCD12864作為顯示設備更加合理。3系統(tǒng)硬件設計3.1主控電路3.1.1單片機介紹STC89C52是STC公司旗下的產(chǎn)品，它具有功率消耗低、性能好的特點，是一個CMOS8位微控制器，可以存儲8K字節(jié)。MCS-52在CPU上采用了8位，STC89C52的外部雙向輸入/輸出(I/O)端口共計32個，還有2個內部兼具外部斷口，共包含了有40個引腳。MCS-52系列微控制器擁有40管腳，兩排插件封裝，HMOS工藝制造，主電源引腳有兩個，包括VCC(第40端口)連接到正端的5V電源和GND(第20端口)連接到電源的端部[6]。3.1.2單片機最小系統(tǒng)STC89C52的最小系統(tǒng)如圖3所示。最小系統(tǒng)由晶體振蕩電路、復位電路和電源電路組成。圖3單片機最小系統(tǒng)圖晶振電路主要包括12M晶體振蕩器X1，這意味著晶體振蕩器電路每秒產(chǎn)生12M正弦波。為了幫助晶體振蕩器更容易震蕩，增加了2個30pF電容器C2和C3。晶體振蕩器的值越高，微控制器的執(zhí)行速度就越快。電路設計時，晶體部分越靠近微控制器越好。復位電路就像計算機的重新啟動部分，為了防止單片機在使用中被卡死，按下重啟按鈕，從一開始就啟動內部程序。當MCU系統(tǒng)運行時，當環(huán)境受到干擾時，程序會跑掉，它可以按復位按鈕從零開始自動啟動內部程序。復位電路由極性電容器C1、10uF電容值和10K電阻構成。當系統(tǒng)接電，RESET腳輸出HIGH電平，此時代碼不會執(zhí)行。當電容充滿電后，VCC斷開，利用電容電壓不能突變的性質，RC值來決定放電持續(xù)的時間。圖4單片機復位電路電源電路采用的是40引腳接電壓，20引腳接地方法給單片機供電，如采用手機充電器、電腦USB端口、移動電源等。除了以上三個電路外，單片機還具有一些外部電路。因為MCU的P0端口沒能力輸出高電平，加入行電阻，可以使P0口兼具通用I/O端口功能。3.2顯示電路常用的顯示模塊有數(shù)碼管和LCD1602，考慮到數(shù)碼管無論是在控制方式還是在顯示內容方面相比LCD1602都有一定的劣勢，本文采用LCD1602作為系統(tǒng)的顯示模塊。LCD1602可以顯示兩行，每行16個字符，共32個字符的內容，符合本文系統(tǒng)的展示需求。圖5液晶OLED12864電路圖LCD1602由多個LED二極管構成，內部包含寄存器電路，預存了常見的英文字符和標點符號等內容，外部控制器通過D0~D7這幾路數(shù)據(jù)控制引腳來控制寄存器內容的顯示[7]。其中CS和SDA分別為模塊的片選引腳和數(shù)據(jù)控制引腳，當需要與多片LCD進行聯(lián)動顯示時，可以通過CS引腳與SDA引腳來對多片LCD進行顯示的控制，兩路引腳均為高電平有效。圖6LCD12864的讀寫時序圖3.3車位顯示電路車位顯示電路主要是由三個發(fā)光二極管構成，分別以不同的顏色代表不同的車位狀態(tài)。本設計一共有4個停車位，每個停車位上面都有三個不同顏色的二極管燈光，所以一共有12個燈光。圖7以第一個停車位為例，端口分別與單片機P1.0口，P1.1口，P1.2口相連。圖7二極管顯示電路3.4按鍵電路按鍵電路主要用來采用戶的輸入指令，常見的按鍵模塊分為獨立按鍵與矩陣按鍵，獨立按鍵指將按鍵的引腳直接連接到單片機的IO引腳，單片機通過定時檢測或者中斷檢測的方式來讀取按鍵上的電平，并通過電平的高低來判斷是否被按下。矩陣鍵盤不同于獨立按鍵，預先將多個按鍵行進行排列，同一行中的VCC引腳進行串聯(lián)，同一列的GND引腳進行串聯(lián)，并將行列線連接至單片機的IO引腳，單片機通過對行列線的檢測來定位被按下的按鍵。其中獨立按鍵適用于按鍵較少的場景，可以降低系統(tǒng)設計的復雜度，而矩陣按鍵則適用于按鍵較多的場景，雖然程序設計上存在一定的難度，但是可以降低對單片機引腳資源的占用，提高系統(tǒng)硬件資源的利用率。本文采用獨立按鍵來實現(xiàn)系統(tǒng)的按鍵模塊的設計。圖8為按鍵控制電路原理圖。圖8按鍵電路圖3.5電源電路電源電路是用來給單片機供電的電路，本次設計采用與USB相連5伏供電的方式。當USB線與單片機連接，按下sw1就可以為單片機供電，其中C10電容為濾波電容。圖9電源電路4系統(tǒng)軟件設計在硬件設計結束之后，另一個比較重要的是就是軟件設計。軟件設計是在硬件的基礎上對相應的控制器件進行編程，以此來達到人們控制的目的，也就是整個系統(tǒng)的核心功能。對于單片機開發(fā)而言，通常采取的編程語言都是C語言，C語言作為高級語言相對于匯編語言有更好的閱讀性，并且成本維護很低，另外C語言在開發(fā)難度上也比較小。因此考慮到以上的原因，本次采取的是C語言，作為整個系統(tǒng)的設計語言。4.1KEILUVISION簡介在現(xiàn)階段的軟件開發(fā)領域中的使用較為廣泛，也是在嵌入式當中使用的很廣泛的一種軟件，相比于其他的匯編語言，用C語言來開發(fā)，更具有明顯的優(yōu)勢，也就是說C語言語的軟件結合的話，其可讀性性能維護性上相，對于其他的組合更加明顯，并且該軟件開發(fā)的界面十分親近，使用起來快捷[8]。從功能上講，該開發(fā)軟件具有十分完備以及豐富的庫功能，能夠給開發(fā)者們提供多種調試工具。它具有非常高的可讀性移植性和操作性，可隨時對程序進行檢測修改和補充，防止因為程序的不完美導致硬件出現(xiàn)故障，可以更好地顯露出高級語言的優(yōu)勢。圖10Keil軟件的界面4.2主程序流程圖在系統(tǒng)上電后，整個系統(tǒng)首先進行參數(shù)的初始化，在車輛入口會根據(jù)紅安對管接收到的信息，對當前車位以及車輛駛入進行相應的判斷。根據(jù)依次順序，判定當前有車位，則相應的導航燈亮起，在無車位的情況下會尋找空位，并且亮起對應的導航燈。在判斷有車位后，離車最近的空車位的導航燈會亮起。車位顯示后，會判斷車是否到達車位，當車到達車位之后顯示的車位會自動減一。系統(tǒng)主流程圖如圖11所示。圖11系統(tǒng)主流程圖4.3顯示程序在對顯示子程序設計的時候，首先系統(tǒng)會進行初始化，通過IIC通信的方式。SCL線拉低，然后在拉高的時候發(fā)送數(shù)據(jù)，每次地址加一，在數(shù)據(jù)發(fā)送完畢之后結束。關于數(shù)字的加減是由當前車位數(shù)量決定的，當車駛入之后到達指定位置，車停下之后數(shù)字會減一，當車駛離當前車位并且刷卡離開之后車位會自動加一。流程圖如圖12所示。圖12顯示程序流程圖5系統(tǒng)調試與測試5.1系統(tǒng)硬件調試硬件設計指的是和設計相關的硬件電路圖的設計，因此硬件調試主要的功能就是設計的硬件電路圖進行檢查和功能調試，同時還包括硬件電路板焊接情況的調試，在硬件調試的過程中應用的最大的測量工具如電壓表、電流表、示波器等檢測設備[9]。5.2軟件調試軟件設計指的是對設計的軟件邏輯進行C語言程序的設計，軟件性能好的好壞會直接影響著系統(tǒng)的功能，因此軟件調試在設計中也是非常重要的一個環(huán)節(jié)。在進行C語言軟件調試的過程中我們主要使用了keil4編程和調試軟件實現(xiàn)，可以實現(xiàn)對設計的C語言軟件的語法檢測、功能檢測以及系統(tǒng)聯(lián)調等功能的調試[10]。軟件調試的步驟如下：第一，選擇keil4編程環(huán)境，建立編程環(huán)境的工程文件，在工程文件中編寫設計中使用的C語言程序代碼；第二，在建立好的Keil4工程文件下，使用Keil4中自帶的程序編譯功能對程序的C語言文件進行編譯，通過“Build”按鈕可以實現(xiàn)編譯，在編譯的過程中可以檢測設計的C語言的語法是否正確，是否有未定義的變量或者程序代碼。在輸出窗口中可以查看相關的錯誤信息，根據(jù)錯誤的提示信息可以對應查找程序中的錯誤。第三，使用keil軟件的在線調試功能，記性系統(tǒng)的在線調試，在線調試的時候可以進行程序的單步仿真調試和全速運行功能進行調試。5.3實物調試首先將焊接調試好的上電，對系統(tǒng)上電之后，可以看到在車位顯示上4個二極管都是亮起的綠燈，說明此時停車位都空著，在顯示屏上面顯示的是占用車位0，剩余車位是4個。實物圖如下所示，當前表示一切正常。圖13系統(tǒng)上電圖接下來對此次實物設計的功能進行相應的測試，首先是車位導航的功能。紅外對管將接收到的車輛信息會發(fā)送至單片機，系統(tǒng)會對車輛進行位置導航。為了測量紅外對管對汽車的感應情況，可用手模擬車輛放在一個對管的前面，成功感應到了車輛的存在，并且此時車位顯示燈變成了紅色，而LCD上面顯示的字符信息也發(fā)生了變化，此時占用車位數(shù)一個，剩余車位數(shù)三個。圖13紅外對管感應車輛測試緊接著又測試了車輛的引導功能，將紅外探頭放在停車位的面前，此時左上角的二極管變成了藍色，指引車輛去改車位停車，表明車輛引導功能正常。圖14車輛引導功能測試6結論在本次設計中，首先確立了系統(tǒng)的方案設計以及介紹相關的檢測原理，在硬件設計采取模塊化的思想，對幾個重要的功能模塊進行介紹，并且詳細闡述了整體電路設計思想；軟件上面采取的是KEILUVISION，根據(jù)主程序以及相關的子程序對程序進