[13]。很多研究團隊正在嘗試使用深度學(xué)習(xí)算法，特別是卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)來提高車牌識別的準(zhǔn)確率。這些技術(shù)的應(yīng)用，使得車輛管理系統(tǒng)在復(fù)雜的環(huán)境下（如夜間、雨天）也能穩(wěn)定工作。智能交通系統(tǒng)：在智能交通系統(tǒng)領(lǐng)域，基于圖像識別技術(shù)的應(yīng)用不僅僅局限于車牌識別，還擴展到了交通流量監(jiān)控、違章行為監(jiān)控等多個方面。這些系統(tǒng)通過實時獲取路面圖像并進行分析，能夠及時發(fā)現(xiàn)交通擁堵路段、事故等情況，并通過智能調(diào)度來緩解交通壓力。1.2.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀總結(jié)綜上所述，國內(nèi)外在基于圖像識別的渣土車管理系統(tǒng)的研究方面均取得了一定的進展，但仍存在一些問題和挑戰(zhàn)，如識別準(zhǔn)確率、系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面仍有待提升。因此，未來研究可以進一步深入探討圖像識別技術(shù)在渣土車管理系統(tǒng)中的應(yīng)用，提高系統(tǒng)的實用性和可靠性，推動智能交通管理技術(shù)的發(fā)展。1.3研究目標(biāo)和主要內(nèi)容本課題重點研究32位ARM單片機的數(shù)字控制和圖像識別技術(shù)?；谧钚∠到y(tǒng)板STM32平臺，設(shè)計并實現(xiàn)了基于圖像識別渣土車管理系統(tǒng)，通過攝像頭獲取渣土車輛車頭信息，并實時更新停車位，通過STM32與硬件GEC6818連接來控制舵機的轉(zhuǎn)動以達到閘門開關(guān)，并通過時間進行計費，將已進入停車區(qū)域的車輛信息保存方便日后查詢。渣土車輛離開車庫，攝像頭拍照，并查詢數(shù)據(jù)庫是否存在該車牌號，終端提示車主繳費，車主繳費完畢，STM32控制舵機轉(zhuǎn)動，渣土車輛出庫成功，并將出庫時間、狀態(tài)、信息保存。以下是研究的主要內(nèi)容:第一章簡要介紹了圖像識別渣土車管理的背景及意義、歷史和國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，并對基于圖像識別渣土車管理的作用進行了研究。第二章主要圍繞當(dāng)前市場關(guān)于渣土車管理系統(tǒng)相關(guān)領(lǐng)域的產(chǎn)品特點，參考相關(guān)的行業(yè)技術(shù)，梳理相關(guān)的文檔，分析系統(tǒng)的需求，制定與本系統(tǒng)相關(guān)的開發(fā)方案，并對整體系統(tǒng)框架進行了介紹。第三章進一步落實了開發(fā)方案，設(shè)計了課題系統(tǒng)的底層硬件方案。包括主控和攝像頭的選型，舵機模塊的功能介紹，GEC6818開發(fā)板的概述，以及外圍電路的設(shè)計。將單片機的IO資源映射到各個單元模塊的硬件接口，通過調(diào)整電路配置，如添加電阻和濾波電路，確保各模塊的正常工作，并對單元電路進行了驗證，以確保設(shè)計方案的可行性。第四章是在硬件方案完成后，著手設(shè)計軟件系統(tǒng)，使硬件能夠按照預(yù)定要求執(zhí)行工作。主要從軟件平臺的搭建、軟件設(shè)計、主要程序設(shè)計三個板塊進行設(shè)計。第五章主要是對軟硬件設(shè)計的最終驗證。通過硬件測試、軟件測試和功能測試，借助相關(guān)儀器設(shè)備，驗證了硬件層、軟件驅(qū)動層和業(yè)務(wù)邏輯層最終方案的可行性。并詳細(xì)記錄了測試的功能和性能數(shù)據(jù)，總結(jié)了調(diào)試過程及可能的優(yōu)化點，為后續(xù)的版本迭代提供了堅實的基礎(chǔ)。最后，總結(jié)本課題的設(shè)計文檔，包括開發(fā)經(jīng)驗、結(jié)論和致謝等，并整合了相關(guān)參考文獻，為未來的研究提供了寶貴的資料。本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）總體方案設(shè)計PAGE82總體方案設(shè)計本章主要介紹了圖像識別渣土車管理系統(tǒng)的總體方案設(shè)計，根據(jù)課題要求整理出對應(yīng)功能點和需要擴展的接口，然后根據(jù)對應(yīng)的功能點設(shè)計出不同的可行性方案，設(shè)計過程中應(yīng)該考慮成本和性能，最后借助相關(guān)工具驗證方案是否可行。綜上，基于圖像識別渣土車管理系統(tǒng)主要是通過圖像識別技術(shù)及相關(guān)的車牌識別結(jié)合UI、后臺管理系統(tǒng)實施數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理分析和控制舵機轉(zhuǎn)動模擬出入庫的模型介紹。2.1系統(tǒng)總體設(shè)計結(jié)構(gòu)系統(tǒng)整體設(shè)計過程涵蓋了一系列關(guān)鍵環(huán)節(jié)，從資源整合到軟硬件聯(lián)調(diào)，確保了課程項目設(shè)計的順利推進。資源整合：課題項目啟動的基石。深入分析項目需求，設(shè)計多種可行性方案，并通過多渠道收集和評估，構(gòu)建系統(tǒng)的開發(fā)和實施框架。這一步驟確保了項目方向的明確和資源的高效利用。芯片選擇：課題項目成功的關(guān)鍵。從多個不同的評估方案中挑選最優(yōu)方案，綜合考慮芯片資源的豐富性、供應(yīng)商的可靠性以及性能應(yīng)用的實際需求。在詳細(xì)查閱數(shù)據(jù)手冊和IC可制造性分析報告后，確定最終使用的芯片類型，為項目的順利進行打下堅實的基礎(chǔ)。硬件電路構(gòu)造：課題項目實施的重要環(huán)節(jié)。主要通過參照IC手冊設(shè)計出硬件電路，包括分配引腳資源、電源電路的搭建方式、程序編譯通過后的下載方式和調(diào)試方式的確定以及規(guī)劃電路的布局。圍繞核心芯片，設(shè)計外圍電路的連接，通過選擇合適的負(fù)載電阻等器件，構(gòu)建出可行的硬件方案。軟件流程分析：根據(jù)需求分析業(yè)務(wù)邏輯，包括主要模塊驅(qū)動和系統(tǒng)軟件的設(shè)計。根據(jù)芯片的時序要求，編寫主要驅(qū)動模塊流程。代碼編寫：實現(xiàn)課題項目的主要環(huán)節(jié)。通過借用編程工具再結(jié)合流程圖設(shè)計代碼。本課題項目主要圍繞C和C++兩種編程軟件進行代碼編寫和實現(xiàn)，編寫過程中會涉及到數(shù)據(jù)類型、函數(shù)遞歸調(diào)用、循環(huán)結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵要素。通過編寫和優(yōu)化代碼，確保軟件系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高效性。物理軟硬件聯(lián)調(diào)：在Ubuntu搭建編譯環(huán)境和開發(fā)板調(diào)試環(huán)境，設(shè)計攝像頭驅(qū)動，上下位機軟硬件協(xié)同調(diào)試。具體設(shè)計需求如下：渣土車入庫管理：當(dāng)渣土車抵達指定區(qū)域時，系統(tǒng)通過OpenCV采集車頭照片，并將照片發(fā)送至服務(wù)器。服務(wù)器接收到照片后，進行車牌識別，并查詢數(shù)據(jù)庫是否有空余車位。若存在空余車位，服務(wù)器將把車牌信息、照片路徑和入庫時間、狀態(tài)等信息存儲至數(shù)據(jù)庫，并發(fā)送指令至終端，控制舵機開啟閘門。渣土車出庫管理：當(dāng)渣土車出庫時，攝像頭進行拍照，并將照片發(fā)送至服務(wù)器。服務(wù)器根據(jù)車牌號查詢停車信息，通過時間計算停車費用并提示繳費。繳費完成后，服務(wù)器會發(fā)送指令至終端，控制舵機開啟閘門，并將相關(guān)數(shù)據(jù)提交至數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫管理：系統(tǒng)需要設(shè)計一套完善的數(shù)據(jù)庫，用來存儲渣土車輛入庫及出庫記錄、停車位狀態(tài)、出入庫時間等相關(guān)信息。該數(shù)據(jù)庫不僅要支持?jǐn)?shù)據(jù)存儲，還要支持?jǐn)?shù)據(jù)的查詢、更新及管理操作。終端設(shè)備控制：系統(tǒng)通過控制舵機實現(xiàn)終端閘門的開閉控制，確保渣土車進出過程的順暢。綜上所述，本課題旨在構(gòu)建一套高效、便捷的渣土車管理系統(tǒng)，通過圖像識別技術(shù)實現(xiàn)渣土車進出庫的自動化管理，提升停車場的運營效率和用戶體驗。系統(tǒng)功能如圖2.1所示。圖2.1系統(tǒng)功能圖2.2系統(tǒng)的可行性分析可行性分析是系統(tǒng)開發(fā)的第一步，是保證開發(fā)方案正確性的一種分析驗證方法。由于開發(fā)過程中的許多因素都是未知的，比如組件參數(shù)的選擇不正確，會拖延開發(fā)周期，所以有必要進行需求和功能分析。可以通過線上和線下綜合資源來對需求進行評估，以此來判斷需求是否受約束，通過列表的方式羅列系統(tǒng)詳細(xì)的功能點，并選擇實現(xiàn)系統(tǒng)某個功能點所需要使用到的硬件模塊，仔細(xì)閱讀相關(guān)技術(shù)手冊，設(shè)計出多種方案，最后使用不同的平臺工具進行驗證，來確定方案指標(biāo)的可行性。GEC6818開發(fā)板是一款基于ARMCortex-A53架構(gòu)的高性能嵌入式開發(fā)板，具有強大的計算能力和豐富的接口資源，適合用于圖像識別應(yīng)用的開發(fā)。在渣土車管理系統(tǒng)中，基于GEC6818開發(fā)板在圖像識別技術(shù)的應(yīng)用上具有很高的技術(shù)可行性。下面將對基于圖像識別渣土車管理系統(tǒng)進行技術(shù)可行性分析。基于圖像識別的渣土車管理系統(tǒng)是一種利用計算機視覺技術(shù)對渣土車進行監(jiān)測和管理的智能化系統(tǒng)。通過對渣土車進行圖像識別和特征提取，可以實現(xiàn)對車輛的自動識別、監(jiān)測和管理，提高管理效率和安全性。在現(xiàn)代社會，渣土車管理系統(tǒng)的需求日益增長，而基于圖像識別技術(shù)的應(yīng)用也逐漸成為一種重要的解決方案。下面將對基于圖像識別的渣土車管理系統(tǒng)的技術(shù)可行性進行分析。2.2.1圖像識別技術(shù)在渣土車管理系統(tǒng)中的應(yīng)用車輛識別：通過JPEG格式攝像頭可以對渣土車進行自動識別，包括車牌號碼識別、車輛外觀特征提取等，實現(xiàn)對車輛的識別和記錄。車輛監(jiān)測：利用圖像識別技術(shù)可以實現(xiàn)對渣土車的實時監(jiān)測，包括車輛的位置、行駛速度、載重情況等，幫助管理人員及時掌握車輛信息。車輛管理：基于圖像識別技術(shù)可以建立渣土車的管理數(shù)據(jù)庫，記錄車輛信息、行駛軌跡等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對車輛的管理和追蹤。2.2.2技術(shù)可行性分析計算能力：現(xiàn)代計算設(shè)備的計算能力不斷提升，能夠支持復(fù)雜的圖像處理算法的實時運行，保證系統(tǒng)對渣土車的高效識別和監(jiān)測。數(shù)據(jù)采集：隨著攝像頭和傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)采集設(shè)備的性能和穩(wěn)定性得到了提升，能夠滿足渣土車管理系統(tǒng)對圖像數(shù)據(jù)的高質(zhì)量采集需求。網(wǎng)絡(luò)通信：現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，如5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，為渣土車管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸和通信提供了良好的基礎(chǔ)，保證系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性。安全性和隱私保護：在應(yīng)用圖像識別技術(shù)的渣土車管理系統(tǒng)中，需要重視數(shù)據(jù)的安全性和隱私保護，采取必要的加密和權(quán)限控制措施，確保系統(tǒng)的安全性和合法性。綜上所述，基于圖像識別的渣土車管理系統(tǒng)具有較高的技術(shù)可行性。隨著計算機視覺和深度學(xué)習(xí)技術(shù)的不斷發(fā)展，圖像識別技術(shù)在渣土車管理系統(tǒng)中的應(yīng)用將會更加普及和成熟。未來，隨著技術(shù)的進一步完善和應(yīng)用場景的拓展，基于圖像識別的渣土車管理系統(tǒng)將為城市交通管理和環(huán)境保護帶來更多的便利和效益。系統(tǒng)的總體設(shè)計如圖2.2所示圖2.2系統(tǒng)框圖2.3硬件總體方案基于圖像識別渣土車管理系統(tǒng)的前端用戶界面（UI）采用QT編寫，并在6818開發(fā)板上展示。6818開發(fā)板驅(qū)動V4L2攝像頭獲取界面信息，當(dāng)用戶點擊掃描按鈕后，6818向阿里云發(fā)起車牌識別請求。根據(jù)返回的結(jié)果，重要信息如車牌號、時間等將被顯示在前端UI上，并存儲在SQLite3數(shù)據(jù)庫中。如圖2.3所示。圖2.3系統(tǒng)設(shè)計方案框圖當(dāng)渣土車抵達指定區(qū)域時，系統(tǒng)通過觸發(fā)V4L2攝像頭采集車頭照片并發(fā)送至服務(wù)器。服務(wù)器接收到照片后進行車牌識別，并查詢數(shù)據(jù)庫以確認(rèn)是否有空余車位。若存在空余車位，服務(wù)器將把車牌號、照片路徑和時間等信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，并發(fā)送指令至終端以開啟閘門。渣土車出庫時，終端會觸發(fā)拍照并將照片發(fā)送至服務(wù)器。服務(wù)器根據(jù)車牌號查詢停車信息，計算停車費用并提示繳費。隨后，服務(wù)器將相關(guān)信息發(fā)送至終端。終端在完成繳費后開啟閘門，并將相關(guān)數(shù)據(jù)提交至服務(wù)器。本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）4系統(tǒng)硬件電路設(shè)計PAGE83系統(tǒng)硬件電路設(shè)計本章主要介紹基于圖像識別的渣土車管理系統(tǒng)的硬件進行設(shè)計。硬件部分主要由主控、V4L2攝像頭和SG90舵機模塊組成，其中，控制核心是主控模塊，它主要用來對本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行處理。本章主要是對系統(tǒng)所需要的硬件進行設(shè)計，對每個模塊的設(shè)計進行詳細(xì)的講解，并設(shè)計相關(guān)電路。3.1硬件總體設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)功能的確定，該系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)包括中央處理器（S5P6818）、STM32單片機、圖像采集模塊（V4L2攝像頭）、舵機模塊。圖像識別渣土車管理系統(tǒng)綜合監(jiān)管系統(tǒng)基于GEC6818開發(fā)平臺開發(fā)，其內(nèi)置S5P6818主控芯片，預(yù)留串口調(diào)試和SWD下載程序接口，端口復(fù)用的規(guī)則把異步串行口PA9和PA10作為串口debug系統(tǒng)。①主控芯片主控模塊是GEC6818開發(fā)板，它主要來用運行和控制整個系統(tǒng)。GEC6818開發(fā)板具有強大的處理能力和豐富的接口，能夠滿足系統(tǒng)對圖像處理、網(wǎng)絡(luò)通信和終端控制等方面的需求。②攝像頭模塊選用高清V4L2攝像頭，用于捕捉渣土車圖像信息。在渣土車入庫、出庫過程中，攝像頭模塊將實時拍攝渣土車輛圖像，并將其傳輸至服務(wù)器進行處理。③舵機模塊負(fù)責(zé)控制終端設(shè)備的開啟和關(guān)閉，如車庫閘門。根據(jù)服務(wù)器發(fā)送的指令，舵機模塊可以精確控制閘門的開關(guān)，確保渣土車進出過程的順暢。④GEC6818開發(fā)板這款GEC6818開發(fā)平臺以S5P6818為主控芯片，用于作為中央處理器，通過內(nèi)置的轉(zhuǎn)壓穩(wěn)壓濾波電路將DC5V電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的DC3.3V電壓供給芯片，核心板采用了10層板工藝設(shè)計，確保了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性，它適用于多種領(lǐng)域，例如，平板電腦、機車、學(xué)習(xí)機、POS機、游戲機、行業(yè)監(jiān)控等。S5P6818是一款強大的八核處理器，基于Cortex-A53架構(gòu)，主頻1.4GHz，適用于Linux和Android開發(fā)，并配備了千兆以太網(wǎng)、LVDS、MIPI、USB功能豐富的接口。3.2GEC6818開發(fā)板微處理器電路設(shè)計電源管理電路：包括穩(wěn)壓電路、電源開關(guān)、電池管理電路等，確保系統(tǒng)穩(wěn)定供電。處理器電路：連接UART、SPI、I2C、GPIO等處理器和外圍設(shè)備的接口電路。存儲器電路：連接SD卡、eMMC等存儲模塊的接口電路。通信模塊電路：連接Wi-Fi模塊、藍牙模塊、以太網(wǎng)口等通信模塊的接口電路。外設(shè)接口電路：連接USB接口、HDMI接口、音頻接口等外部設(shè)備的接口電路。時鐘電路：提供系統(tǒng)時鐘信號，確保每個部件能夠同步運行。傳感器接口電路：連接溫濕度、加速器等傳感器的接口電路。顯示屏接口電路：連接顯示屏的接口電路，確保顯示屏能夠正常顯示系統(tǒng)信息。調(diào)試接口電路：連接串口調(diào)試接口、JTAG接口等調(diào)試工具的接口電路。開發(fā)板實物圖如3.1所示。圖3.1S5P6818實物圖3.3STM32單片機最小系統(tǒng)模塊設(shè)計舵機驅(qū)動的主控使用的是STM32單片機，STM32F103C8T6是STMicroelectronics公司生產(chǎn)的一種微控制器，屬于STM32F1系列。它基于ARMCortex-M3內(nèi)核，具有72MHz的主頻、64KB的Flash存儲器、20KB的SRAM存儲器、37個通用I/O口、3個定時器、2個SPI接口、2個I2C接口、1個USART接口、1個USB接口等功能。該芯片還支持低功耗模式和多種外設(shè)接口，適用于多種嵌入式系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)領(lǐng)域。STM32F103C8T6的實物圖如圖3.2所示。圖3.2STM32F103C8T6實物圖設(shè)計STM32單片機最小系統(tǒng)模塊需要考慮以下幾個主要部分：主控芯片：選擇合適的STM32系列單片機，根據(jù)需求選擇不同型號，比如STM32F1、STM32F4等系列。時鐘電路：確保晶振和與主控芯片相連的時鐘電路能夠正常工作。復(fù)位電路：在上電或復(fù)位時主控芯片能夠正常啟動。電源電路：提供合適的電壓、電容、電感，確保主控芯片和外圍電路能夠正常工作。調(diào)試接口：用SWD或者SWD接口來進行程序的下載和調(diào)試。外部擴展接口：根據(jù)具體需求設(shè)計外部擴展接口，比如GPIO、串口、SPI接口等，以便連接外部設(shè)備。電路保護：考慮添加過壓保護、反向保護等電路，保護主控芯片和外圍電路不受損壞。PCB設(shè)計：PCB布局布線需確保信號完整性和電路穩(wěn)定性。外圍器件：根據(jù)具體需求選擇合適的外圍器件，比如LED、按鍵、傳感器等。固件開發(fā)：根據(jù)硬件設(shè)計編寫相應(yīng)的固件程序，實現(xiàn)系統(tǒng)功能。STM32最小系統(tǒng)主要由四個關(guān)鍵部分組成，分別是電源電路、復(fù)位電路、晶體振蕩器電路以及下載電路。首先，電源電路給STM32提供一個3.3V穩(wěn)定的電壓，用來構(gòu)建3.3V穩(wěn)定的電路，防止因電源浪涌導(dǎo)致的信號不穩(wěn)定問題。當(dāng)復(fù)位電路的復(fù)位引腳處于低電平狀態(tài)時，STM32將進行復(fù)位操作。當(dāng)復(fù)位引腳保持高電平狀態(tài)時復(fù)位電路正常工作。單片機主時鐘信號來源于晶體振蕩電路為STM32配備的兩套晶體振蕩器。其中，一套晶體振蕩器專門用于為RTC（實時時鐘）提供時鐘信號，確保時間的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。最后是下載電路，STM32的兩個引腳Boot0和Boot1起著至關(guān)重要的作用。它們的高低電平狀態(tài)決定了STM32微控制器的啟動方式，從而實現(xiàn)了靈活多樣的程序下載和調(diào)試操作。STM32F103C8T6微控制器最小系統(tǒng)的電路圖如3.3所示。圖3.3STM32F103C8T6單片機最小系統(tǒng)電路圖3.4V4L2攝像頭模塊設(shè)計視頻監(jiān)控采用視頻成熟的模塊V4L2，這是一款有200W像素的攝像頭，它輸出的圖像數(shù)據(jù)基本上都是原始數(shù)據(jù)或者JPEG格式，它的硬件架構(gòu)如圖3.4所示。圖3.4攝像頭模塊硬件架構(gòu)圖其中SCCB接口是IIC協(xié)議的簡化版。只需把它連接到單片機的IIC接口就可以，而單片機則是通過SCCB接口配置攝像頭的寄存器來控制攝像頭。右側(cè)的Y信號是用來輸出圖像數(shù)據(jù)的引腳，總共為10位，還可以將Y信號配置成10bit輸出或者8bit輸出。圖中左下角部分的引腳功能說明如表3.1所示。表3.1引腳功能說明表引腳名功能XVCLK攝像頭時鐘源PCLK像素時鐘輸出，Y每輸出一個8位數(shù)據(jù)，PCLK跳變一次VSYNC垂直同步信號，攝像頭發(fā)完一幀數(shù)據(jù)，VSYNC跳變一次HSYNC水平同步信號，攝像頭每發(fā)完一行數(shù)據(jù)，HSYNC跳變一次傳輸原始圖像必須保證VSYNC和HSYNC連接到單片機。在傳輸JPEG數(shù)據(jù)時必須要用VSYNC引腳，因為JPEG數(shù)據(jù)流在傳輸時大小是不固定的，所以不能使用HSYNC同步每行數(shù)據(jù)。圖像已傳輸完成的標(biāo)志是HSYNC跳變一次。如圖3.5所示。圖3.5JPEG圖像數(shù)據(jù)傳輸圖其輸入信號如表3.2所示。表3.2信號信息表信號名圖像數(shù)據(jù)總線DCMI_D圖像數(shù)據(jù)總線可選：8、10、12、14位DCMI_PIXCLK像素時鐘DCMI_HSYNC水平信號同步時鐘DCMI_VSYNC垂直信號同步時鐘3.5舵機模塊設(shè)計舵機是一種需要不斷改變角度且控制系統(tǒng)的位置（角度）保持不變的伺服驅(qū)動器。舵機主要由外殼、信號線、電路板、驅(qū)動電機、減速器和位置檢測元件組成。其工作原理是舵機接收器發(fā)送信號，集成電路驅(qū)動馬達轉(zhuǎn)動，減速器傳輸動力到擺臂，位置檢測器通過反饋回來的信號確認(rèn)定位。伺服馬達內(nèi)部銅線纏繞在三極轉(zhuǎn)子上，電流流過線圈時產(chǎn)生的磁場與磁鐵排斥，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力。系統(tǒng)中通過控制舵機以及轉(zhuǎn)動方向來實現(xiàn)閘門的開關(guān)。舵機實物圖如圖3.6所示。圖3.6舵機實物圖設(shè)計舵機模塊需要考慮以下幾個主要部分：校準(zhǔn)和調(diào)節(jié)：確保舵機可以準(zhǔn)確按照設(shè)定角度進行旋轉(zhuǎn)，避免出現(xiàn)誤差。電源穩(wěn)定性：需要提供穩(wěn)定的電源，還需考慮電源的穩(wěn)定性和電容流量。PWM信號范圍和精度：確保PWM信號的頻率、周期和脈寬符合舵機的要求，以實現(xiàn)準(zhǔn)確的角度控制。如表3.3所示。表3.3180度舵機控制參數(shù)表角度脈沖周期脈沖高電平時間對應(yīng)占空比020ms0.5ms2.50%4520ms1ms5.00%9020ms1.5ms7.50%13520ms2ms10.00%18020ms2.5ms12.50%本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）4系統(tǒng)軟件設(shè)計PAGE84系統(tǒng)軟件設(shè)計本章主要介紹基于圖像識別的渣土車管理系統(tǒng)的軟件設(shè)計。分為開發(fā)平臺、軟件設(shè)計、主要程序三個章節(jié)。在軟件設(shè)計過程中，首先需要選擇合適的開發(fā)平臺，然后進行軟件設(shè)計，為后續(xù)程序編寫提供更合理的設(shè)計方案，以實現(xiàn)系統(tǒng)整體功能。4.1軟件開發(fā)平臺4.1.1上位機開發(fā)平臺-QtQt界面設(shè)計軟件是一類專門用于開發(fā)圖形用戶界面的工具。Qt是一個跨平臺的C++圖形用戶界面應(yīng)用程序框架，它也可以用來開發(fā)其它匯編語言的應(yīng)用程序。以下是一些與Qt相關(guān)的界面設(shè)計軟件。①Q(mào)tCreator它是由Qt提供的集成開發(fā)環(huán)境（IDE），集成了代碼編輯、編譯和調(diào)試，并提供了圖形用戶界面設(shè)計工具，支持通過拖放組件快速構(gòu)建界面，并兼容所有Qt功能，如信號和槽機制、QML等。②QtDesigner它是一個獨立的圖形用戶界面設(shè)計工具，主要用于創(chuàng)建和編輯Qt應(yīng)用程序的用戶界面，并將其保存為XML格式文件（.ui文件）。這些文件可以在Qt應(yīng)用程序中加載和使用，并用QtCreator集成，編譯成可執(zhí)行程序。③QtforPython(PySide2或PyQt5):對于Python開發(fā)者來說，QtforPython提供了與QtC++相同的GUI組件，但是使用Python語言來編寫。使用Python的Qt綁定（如PySide2或PyQt5），開發(fā)者可以創(chuàng)建具有Qt風(fēng)格的桌面應(yīng)用程序。這些Python綁定通常也支持QtDesigner生成的.ui文件，使得Python開發(fā)者能夠利用QtDesigner來設(shè)計界面。④其他第三方工具除了Qt官方提供的工具外，還有一些第三方工具可以幫助開發(fā)者更高效地設(shè)計Qt界面，如QtQuickDesigner（用于QML界面的設(shè)計）和QtStyleStudio（用于創(chuàng)建和編輯Qt樣式表）。在選擇Qt界面設(shè)計軟件時，開發(fā)者應(yīng)該根據(jù)自己的需求和習(xí)慣來選擇合適的工具。QtCreator和QtDesigner是最常用的工具，因為它們與Qt框架緊密集成，并且提供了豐富的功能和靈活性。而對于C++開發(fā)者來說，選擇支持QtCreator將是一個不錯的選擇。通過拖放組件快速構(gòu)建界面更加方便和快捷。如圖4.1所示。圖4.1QtCreator軟件界面4.1.2MDK編譯軟件STM32開發(fā)需要先進的硬件技術(shù)與強大的軟件支持，它通過識別指令機器代碼來實現(xiàn)功能。在早期，微控制器主要使用匯編語言，這種方式簡單快速，但可讀性差。現(xiàn)在更多采用C語言來完成編程工作。然而，僅僅依賴編程語言是不夠的，還需要一個編輯器將代碼轉(zhuǎn)換成機器碼的編輯器。MDK可以以其出色的性能和功能脫穎而出，成為了首選的集成開發(fā)環(huán)境。MDK5提供強大的編譯、調(diào)試和仿真功能，全方位支持STM32微控制器的開發(fā)。使用MDK5，可以高效地編寫、調(diào)試和優(yōu)化代碼，確保產(chǎn)品穩(wěn)定可靠。MDK5的組成如圖4.2所示。圖4.2MDK5組成4.2軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件主要包括服務(wù)器端和客戶端兩部分。如圖4.3所示。圖4.3系統(tǒng)軟件圖4.2.1服務(wù)器端負(fù)責(zé)車牌識別、數(shù)據(jù)庫管理和指令發(fā)送等功能。服務(wù)器端接收到客戶端發(fā)送的圖像后，進行車牌識別，并根據(jù)識別結(jié)果查詢數(shù)據(jù)庫、計算停車費用等。此外，服務(wù)器還需要與終端設(shè)備進行通信，發(fā)送指令來控制舵機轉(zhuǎn)動。4.2.2客戶端基于QT編寫，用于與用戶進行交互。客戶端包括用戶界面和后臺處理模塊。用戶可以通過界面進行渣土車入庫、出庫操作，客戶端會將相關(guān)指令發(fā)送至服務(wù)器。同時，客戶端還需接收服務(wù)器發(fā)送的車牌識別結(jié)果、停車費用等信息，并在界面上進行展示。4.2.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計系統(tǒng)需要設(shè)計一套數(shù)據(jù)庫，用于存儲渣土車信息、停車記錄和收費信息等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫采用SQLite3實現(xiàn)，可以滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)存儲和查詢的要求。①car_in_out_table數(shù)據(jù)表用于存儲進庫車輛信息，里面包括RFID號、車牌號、進入時間、刷卡次數(shù)、車位五個實體。數(shù)據(jù)表設(shè)計如表4.1所示。表4.1car_in_out_table表列名字段類型備注RfidTEXT存儲卡號類型Car_numberTEXT存儲車牌號信息Enter_timeTEXT存儲車輛進入時間信息Swipe_timesINTERER存儲刷卡次數(shù)Parking_spotTEXT存儲車位信息②all_car_in_out_table數(shù)據(jù)表用于存儲出入庫車輛信息，里面包括RFID號、車牌號、進入時間、刷卡次數(shù)、車位、狀態(tài)六個實體。數(shù)據(jù)表設(shè)計如表4.2所示。表4.2all_car_in_out_table表列名字段類型備注RfidTEXT存儲卡號信息Car_numberTEXT存儲車牌號信息Enter_timeTEXT存儲進入時間信息Swipe_timesINTERGER存儲刷卡次數(shù)Parking_spotTEXT存儲車位信息StateTEXT存儲車輛狀態(tài)（“出去”“進入”）③manager數(shù)據(jù)表用于管理員登錄和注冊數(shù)據(jù)保存，方便管理員對保存數(shù)據(jù)車輛信息進行操作和管理，大大提高系統(tǒng)運行效率。里面表包括姓名和密碼兩個實體。數(shù)據(jù)表設(shè)計如表4.3所示。表4.3manager表列名字段類型備注NameTEXT存儲管理員登錄和注冊姓名PasswordINTERGER存儲管理員登錄和注冊密碼4.2.4OpenCV設(shè)計OpenCV是一個開源的計算機視覺和機器學(xué)習(xí)軟件庫，主要為開發(fā)計算機視覺程序提供一套通用的基礎(chǔ)架構(gòu)?；贠penCV的圖像處理通常包括以下步驟：圖像預(yù)處理：首先對攝像頭獲取的車輛圖像進行灰度化、高斯模糊、邊緣檢測等操作，以便后續(xù)的處理。車牌定位：通過邊緣檢測、形態(tài)學(xué)處理等技術(shù)，找到圖像中的渣土車車牌位置?？梢岳幂喞獧z測、矩形擬合等方法來定位渣土車車牌區(qū)域。字符分割：對定位到的車牌區(qū)域進行字符分割，將車牌區(qū)域中的字符分離開來。字符識別：利用機器學(xué)習(xí)或深度學(xué)習(xí)技術(shù)，對分割后的字符進行特征提取和分類，識別出車牌上的字符信息。后處理：對識別結(jié)果進行校驗和修正，提高識別的準(zhǔn)確性和魯棒性。4.2.5GEC6818編譯工具鏈arm-none-linux-gnueabi-是一個用于交叉編譯的工具鏈的前綴。在這個前綴后面會跟隨一系列的工具，例如編譯器（gcc）、鏈接器（ld）、調(diào)試器（gdb）等，用于開發(fā)針對ARM架構(gòu)的Linux系統(tǒng)的軟件。其中，“arm”代表目標(biāo)平臺，“none”表示無特定操作系統(tǒng)支持，“l(fā)inux”指目標(biāo)操作系統(tǒng)，“gnueabi”則表示采用GNU工具鏈和EABI標(biāo)準(zhǔn)。使用這個工具鏈前綴，可以在一種架構(gòu)的系統(tǒng)上編譯針對另一種架構(gòu)的系統(tǒng)的軟件，例如在x86架構(gòu)的系統(tǒng)上編譯針對ARM架構(gòu)的Linux系統(tǒng)的軟件。Makefile文件編寫語句如圖4.4所示。圖4.4Makefile編譯4.3主要程序設(shè)計4.3.1攝像頭驅(qū)動初始化攝像頭，通過camerafd=open("/dev/video7",O_RDWR)打開攝像頭文件/dev/video7，并將文件描述保存在camerafd中變量中。以確保攝像頭能夠正常打開。通過初始化液晶屏，確保液晶屏正常打開，并且映射液晶屏內(nèi)存可以確保后續(xù)攝像頭攝取到的圖像能夠正常顯示在液晶屏上。主要實現(xiàn)代碼如圖4.5所示。圖4.5攝像頭驅(qū)動程序4.3.2HTTP請求阿里云車牌識別API準(zhǔn)備HTTP請求，設(shè)置請求URL、頭部信息和封裝需要發(fā)送的車牌照片數(shù)據(jù)，然后發(fā)送請求給阿里云的車牌識別API。實現(xiàn)車牌識別功能，通過調(diào)用阿里云的車牌識別API來識別車牌照片的車牌號碼。主要實現(xiàn)代碼如圖4.6所示。圖4.6HTTP請求阿里云程序4.3.3入庫設(shè)計打開攝像頭，客戶端連接服務(wù)器，接收客戶端發(fā)送的信息，并獲取目前連接成功的客戶端ip和端口號，獲取圖像，HTTP請求阿里云的車牌識別API，實現(xiàn)車牌識別，獲取阿里云解析車牌號并返回給客戶端，提示車主，請選擇停車位，并將車位信息、時間、狀態(tài)、出入庫次數(shù)保存在數(shù)據(jù)庫，打開閘門。入庫流程如圖4.7所示。圖4.7入庫流程圖4.3.4出庫設(shè)計攝像頭打開，進行拍照，HTTP請求阿里云的車牌識別API，實現(xiàn)車牌識別，讀取阿里云返回車牌號，查詢數(shù)據(jù)庫中是否有渣土車輛信息，查詢失敗，或返回信息“此車不存在”，查詢成功則返回信息“這個車已經(jīng)存在”，開始計費并提示車主繳費，繳費成功，打開閘門。并將數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫。出庫流程如圖4.8所示。圖4.8出庫流程圖4.3.5管理員登錄界面首先獲取輸入框中填寫的用戶名和密碼。隨后，執(zhí)行SQL查詢，從manager表中選取所有記錄。如果查詢失敗，重新遍歷查詢，將每條記錄的用戶名和密碼與輸入的用戶名和密碼進行對比。匹配成功，則進入車輛管理界面，匹配錯誤，則提示密碼錯誤。主要實現(xiàn)代碼如圖4.9所示，管理員登錄流程如圖4.10所示。圖4.9管理員登錄程序圖4.10管理員登錄流程圖4.3.6管理員注冊界面設(shè)置用戶名和密碼輸入框，將注冊的用戶名和密碼通過SQL插入語句保存至管理員表中，當(dāng)插入成功會則彈出消息框提示注冊成功。注冊成功會重新返回登陸界面，輸入注冊的用戶名和密碼即可登陸成功進入車輛管理界面。主要實現(xiàn)代碼如圖4.11所示，管理員注冊流程如圖4.12所示。圖4.11管理員注冊界面程序圖4.12管理員注冊流程圖4.3.7舵機驅(qū)動舵機驅(qū)動放在STM32單片機上實現(xiàn)，具體的，函數(shù)調(diào)用TIM4_CH1_PWM_Init(1999,719)用于初始化定時器TIM1的通道1作為PWM輸出來驅(qū)動舵機的函數(shù)。通過這個函數(shù)調(diào)用，可以實現(xiàn)對TIM1通道1的PWM輸出進行初始化設(shè)置，從而控制舵機的轉(zhuǎn)動角度或位置。通常情況下，通過適當(dāng)調(diào)整周期和占空比，可以實現(xiàn)精確控制舵機的轉(zhuǎn)動角度或位置。主要實現(xiàn)代碼如圖4.13所示。圖4.13定時器驅(qū)動舵機驅(qū)動4.3.8串口驅(qū)動STM32單片機與6818通信通過串口實現(xiàn)，STM32接收6818數(shù)據(jù)控制舵機轉(zhuǎn)動。初始化USART1模塊，配置波特率、數(shù)據(jù)位、停止位等參數(shù)，并啟用接收數(shù)據(jù)中斷。同時，配置了NVIC中斷優(yōu)先級和使能USART1模塊。這樣，USART1就可以用于串口通信，并且可以通過中斷接收數(shù)據(jù)。主要實現(xiàn)代碼如圖4.14所示。圖4.14串口驅(qū)動程序4.3.9串口中斷服務(wù)設(shè)置USART1中斷服務(wù)函數(shù)，用于處理USART1接收到的數(shù)據(jù)。當(dāng)接收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)存儲在數(shù)組中，并根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)內(nèi)容做出相應(yīng)的處理，主要設(shè)置舵機的PWM。最后，準(zhǔn)備接收下一組數(shù)據(jù)。主要實現(xiàn)代碼如圖4.13所示。圖4.13串口中斷服務(wù)程序PAGE85系統(tǒng)測試測試過程是將理論與實踐相結(jié)合的重要環(huán)節(jié)，同時也是系統(tǒng)功能不斷優(yōu)化和完善的關(guān)鍵步驟。該系統(tǒng)的設(shè)計包含了硬件和軟件兩個層面，因此測試工作同樣需要分別進行，以確保系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，并驗證其是否能夠滿足預(yù)先設(shè)定的設(shè)計要求。5.1硬件測試電源線與開發(fā)板連接，打開開發(fā)板正常開機說明電源線連接成功。將USB串口線與電腦端端口連接，打開SecureCRT仿真模擬器，能夠正常運行，說明USB串口線與電腦端口連接成功。將V4L2攝像頭通過適當(dāng)?shù)慕涌冢ㄈ鏤SB或板載接口）連接到GEC6818開發(fā)板，攝像頭的電源連接正確，開發(fā)板上的相關(guān)接口正常工作，并且V4L2攝像頭能夠正常拍照，表明攝像頭與開發(fā)板接口連接成功。將舵機紅線與開發(fā)板COM4串口5v相連，舵機橙線與STM32模塊PA8相連，舵機棕線與STM32模塊的GND相連，TX2、RX2、GND相連的線分別與STM32模塊的PA10、PA9、GND相連，如果舵機能夠轉(zhuǎn)動則代表連接成功。如圖5.1所示。圖5.1硬件測試5.2軟件測試①Q(mào)T上位機測試main程序運行，出現(xiàn)界面，QT上位機配置成功。圖5.2所示。圖5.2QT上位機測試②SecureCRT網(wǎng)絡(luò)測試將筆記本或臺式機的無線共享給本地連接，PC端通過設(shè)置WiFi共享，選擇以太網(wǎng)共享網(wǎng)絡(luò)，然后終端輸入udhcpc-b-R命令自動為開發(fā)板分配IP地址，通過ping主機IP地址驗證開發(fā)板是否與外網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)成功，以方便后續(xù)系統(tǒng)完整性的測試。如圖5.3所示。圖5.3SecureCRT網(wǎng)絡(luò)測試5.3功能測試①系統(tǒng)界面測試進入系統(tǒng)界面可以看見顯示屏左上角可以看見當(dāng)天的天氣、現(xiàn)在的時間、攝像頭攝影區(qū)域、管理員、剩余車位顯示、費用的顯示、攝像頭的打開和關(guān)閉。如圖5.4所示。圖5.4系統(tǒng)界面測試②入庫測試攝像頭獲取車頭信息，并傳入服務(wù)器，服務(wù)器進行車牌識別，提示框會自動提示“歡迎魯UJ6173的車主，請選擇停車位”車主選擇停車位。并將數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫，并發(fā)送指令至終端舵機轉(zhuǎn)動。如圖5.5所示。圖5.5入庫測試③車位選擇測試車主查看空余車位，并點擊空余，當(dāng)空余車位變紅就表示已經(jīng)選擇車位成功。如果車主點擊變紅的車位，會彈出提示“親！這個車位有車了，請換一個！”，車主可以看見車庫剩余車位，總共有36個停車位，車主車位選擇成功剩余車位減一。如圖5.6所示。圖5.6車位選擇測試④出庫測試渣土車輛出庫，攝像頭會自動拍照，并發(fā)送至服務(wù)器，服務(wù)器將根據(jù)車輛信息進行查詢，并進行對比，如果查詢到渣土車輛信息會提示“尊敬的魯UJ6173的車主，請付費”當(dāng)支付完畢車位會自動恢復(fù)原狀，并將數(shù)據(jù)保存至“所有停車”數(shù)據(jù)表中，終端發(fā)送指令控制舵機轉(zhuǎn)動。如圖5.7所示。圖5.7出庫測試⑤管理員登錄測試進入管理員界面，輸入用戶名“154”和密碼“154”消息框彈出語言提示“賬號或者密碼錯誤”，重新輸入manager數(shù)據(jù)表中記錄的賬號和密碼，輸入成功后，將會跳轉(zhuǎn)至管理員操作界面。如圖5.8所示。圖5.8管理員登錄界面測試⑥管理員注冊測試首先在輸入框中輸入自定義的用戶名和密碼，點擊注冊按鈕，消息框?qū)⑻崾尽白猿晒Α?，然后點擊“OK”按鈕后將會返回至管理員界面。如圖5.9所示。圖5.9管理員注冊界面測試⑦管理員操作界面測試管理員可以當(dāng)前停車按鈕會查看到當(dāng)前數(shù)據(jù)表中存在的車輛信息，管理員還可以進行查看所有停車數(shù)據(jù)表中的所有渣土車輛信息。如圖5.10和圖5.11所示。圖5.10當(dāng)前停車圖5.11所有停車⑧SecureCRT仿真模擬器測試輸入可執(zhí)行文件，運行成功模擬器可以查看到開發(fā)板上的界面信息?？梢栽诜抡婺M終端查看到當(dāng)前界面的一個信息，可以看到時間、車位信息、當(dāng)前車位的使用情況。如圖5.12所示。圖5.12模擬器測試5.4結(jié)論通過系統(tǒng)測試，我們驗證了基于圖像識別的渣土車管理系統(tǒng)的有效性和可行性。同時，我們也發(fā)現(xiàn)了系統(tǒng)存在的不足之處，并提出了相應(yīng)的改進建議。在未來的工作中，我們將繼續(xù)優(yōu)化和完善系統(tǒng)，提高其性能和穩(wěn)定性，為用戶提供更好的服務(wù)。PAGE86總結(jié)與展望6.1總結(jié)本文詳細(xì)探討了基于圖像識別的渣土車管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)過程。該系統(tǒng)結(jié)合了圖像采集、圖像處理、數(shù)據(jù)分析與管理決策等多個模塊，實現(xiàn)了對渣土車的高效、智能化管理。通過圖像采集模塊，我們利用高清攝像頭捕捉渣土車的行駛圖像，確保在不同光線和天氣條件下都能獲取清晰、穩(wěn)定的圖像數(shù)據(jù)。這為后續(xù)的圖像處理提供了堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。圖像處理模塊是整個系統(tǒng)的核心。設(shè)計采用了先進的圖像識別技術(shù)，包括目標(biāo)檢測、特征提取等步驟，實現(xiàn)對渣土車的智能識別。這些技術(shù)有效地提高了識別的準(zhǔn)確性和魯棒性，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析提供了可靠的信息。在數(shù)據(jù)分析模塊，我們對圖像處理模塊提取的特征信息進行了深度處理和分析。通過行為分析和違規(guī)識別，我們能夠及時發(fā)現(xiàn)渣土車的違規(guī)