XV智能車位管理系統(tǒng)硬件設(shè)計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u17191智能車位管理系統(tǒng)硬件設(shè)計案例 1251951.1智能車位感控部分硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計 1214011.2主控板部分的硬件選擇和設(shè)計 1196801.3目標(biāo)檢測硬件選擇和設(shè)計 4本畢業(yè)設(shè)計的硬件部分以STM32F103C8T6單片機芯片為主控芯片，把車輛紅外監(jiān)測器模塊接收的數(shù)據(jù)進(jìn)一步的處理，然后把處理好的數(shù)據(jù)傳送給NB-IoT模塊，NB-IoT模塊與上位機進(jìn)行通信，上位機則展示目前車位的使用狀況。本畢業(yè)設(shè)計的硬件主要有車輛檢測器模塊、通信模塊、顯示屏模塊，主控模塊，監(jiān)測的終端有顯示屏。1.1智能車位感控部分硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計本畢業(yè)設(shè)計的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計首先以STM32F103最小系統(tǒng)模塊為硬件部分主要模塊，利用STM32的串口和通用IO口作為與其他硬件模塊的通信接口。接著以車輛紅外監(jiān)測傳感器為監(jiān)測的終端，對車位進(jìn)行監(jiān)測，與STM32F103單片機的接口使用的是通用IO接口。串口液晶屏根據(jù)通信的需要則使用的是串口通信。與遠(yuǎn)端通信的NB-IoT模塊為了方便數(shù)據(jù)傳輸，和STM32F103的接口使用的也是串口通信。他們的連接關(guān)系如圖3-1所示。圖3-1硬件部分總體結(jié)構(gòu)圖1.2主控板部分的硬件選擇和設(shè)計1.2.1主控芯片模塊的選擇和設(shè)計依據(jù)本次畢業(yè)設(shè)計實施的實際情況，本次畢業(yè)設(shè)計的主控模塊需要去考慮的有：第一點，由于本次設(shè)計的使用環(huán)境是停車場，所以單片機的抗擾能力要強。第二點為了解決研究背景里的系統(tǒng)缺陷，提高產(chǎn)品的性價比。因此，STM32單片機具有集成度較高、信息數(shù)據(jù)的傳輸和處理速度快、占用體積較小等優(yōu)點，已經(jīng)被十分多的應(yīng)用到各個場合，比如過程控制、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、數(shù)據(jù)采集等等。經(jīng)過了STM32單片機的加入，生活當(dāng)中的各個領(lǐng)域都有了更多的便捷，智能化大大提高。本畢業(yè)設(shè)計的硬件設(shè)計核心MCU模塊選用的是STM32F103C8T6為主控芯片的單片機,它是一個使用ARM內(nèi)核\t"/item/STM32F103C8T6/_blank"STM32系列的32位的\t"/item/STM32F103C8T6/_blank"微控制器，字節(jié)存儲的容量為64KB，需要電壓2V~1.6V，工作溫度為-40°C~85°C。本次畢業(yè)設(shè)計一共使用2個串口和4個通用IO接口以及VCC和GND，串口1接入到串口液晶顯示屏模塊中，即PA9和PA10，串口2接入到NB-IoT無線通信模塊中，即PA2和PA3，4個通用IO接口接入到四路紅外循跡模塊中，即PB12、PB13、PB14、PB15如圖3-2，3-3所示。圖3-2STM32F103最小系統(tǒng)模塊圖3-3STM32單片機電路設(shè)計圖1.2.2串口液晶屏模塊的選擇和電路設(shè)計本次設(shè)計采用的顯示屏模塊為串口液晶屏，使用串口通信控制的液晶顯示屏是串口液晶顯示屏，應(yīng)用于工業(yè)自動化、電力、電信等的行業(yè)、16位的串口通信液晶屏。使用過程是可以通過自己實際的要求去配置，一般應(yīng)用在DSP、單片機、ARM、主控機CPU等控制物件的直接連接，串口的液晶顯示屏功耗比較低，整機的功耗是由LCD液晶屏功耗加上核心板的功耗，底部的一個驅(qū)動程序不要求再一次更改，直接復(fù)制相關(guān)的某些操作代碼到主控的設(shè)備軟件上就行，串口的智能體現(xiàn)在顯示器不要連接上電腦，然后可以經(jīng)過串口和用戶的MCU串口連接，再經(jīng)過對用戶的MCU進(jìn)行編程，然后發(fā)送命令到串口的液晶顯示器，進(jìn)而來實現(xiàn)各種需要的操作。所以僅僅需要對接好發(fā)送端和接收端的電路，確定好電壓和接地情況，顯示屏模塊接入的端口為STM32F103單片機的串口1。如圖3-4，3-5所示。圖3-4串口屏的實物圖圖3-5顯示屏模塊的電路設(shè)計1.2.3NB-IoT模塊的選擇和電路設(shè)計因為有線通信的問題比較多，并且物理因素的影響也很大，相反，NB-IoT的模塊擁有無線通信等優(yōu)點，本畢業(yè)設(shè)計選擇了使用NB-IoT模塊作為無線通信的核心，把STM32F103單片機處理好的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)胶笈_的服務(wù)器上。在本畢業(yè)設(shè)計中，無線通信的NB-IoT模塊使用的是型號為WH-NB73的NB-IoT無線通信模塊，該模塊是由有人科技公司生產(chǎn)的，并且該模塊的接口類型比較多易識別，參數(shù)的設(shè)置也十分簡易，對于內(nèi)部的能耗模式，波特率，注冊信息等各類參數(shù)都可以使用AT命令去設(shè)置。不僅可以使用GPIO去控制和串口的傳輸，而且COAP透傳模式、簡單透傳模式(NET）和CMD指令模式三種工作模式都能支持[10]。該模塊可以把感應(yīng)器監(jiān)測到的車位狀態(tài)發(fā)送到后臺服務(wù)器中，在這個過程中，可以使用更加便捷的方式去開發(fā)，比如把該模塊的通信模式設(shè)定為COAP透傳模式，這樣才能有利于NB-IoT模塊與后臺服務(wù)器之間的信息傳輸。本畢業(yè)設(shè)計的NB-IoT模塊在很多參數(shù)方面都做了合理的數(shù)據(jù)優(yōu)化，所以它能應(yīng)用于各個產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。如下圖3-6所示為NB-IoT模塊的實物圖。如圖3-7所示為NB-IoT模塊的電路設(shè)計圖。圖3-6NB-IoT模塊的實物圖圖3-7NB-IoT模塊的電路設(shè)計圖1.3目標(biāo)檢測硬件選擇和設(shè)計目標(biāo)監(jiān)測器模塊是本畢業(yè)設(shè)計重要的監(jiān)測模塊，主要作用是收集車位的使用狀態(tài)，并且把信息發(fā)送給主控模塊，對于檢測到存在的車輛信號的目標(biāo)監(jiān)測器模塊時，模塊中心板上的有色LED燈被點亮，并且不斷地在OUT的接口上輸出低電平信號，該模塊檢測的距離為3~61cm，檢測的角度為37°，檢測距離大小則選擇電位器去自行調(diào)整，調(diào)節(jié)電位器的旋鈕為順時針時，檢測距離則不斷增加，調(diào)節(jié)電位器的旋鈕為逆時針時，檢測距離相應(yīng)的減少[11]。紅外線反射檢測是傳感器的主要方法，因此檢測距離的關(guān)鍵是目標(biāo)的反射的效率和體積，其中黑色探頭的檢測距離最小，白色的探頭檢測距離最大，物體的面積小的話采用檢測距離小的，反之，物體的面積大的話采用檢測距離大的。傳感器模塊輸出接口OUT可直接與單片機的通用IO口連接即可，連接的接口為電源VCC與VCC相連，接地的GND與GND相連，端口的OUT與IO接口相連，LM339是其中的比較器，如果想工作穩(wěn)定，可采用1.1V-5.2V直流電源對模塊進(jìn)行供電。當(dāng)電源接通時，綠色的電源