PAGEPAGE4摘要本文設(shè)計(jì)了一種基于STM32單片機(jī)的智能停車管理系統(tǒng)，結(jié)合車牌識(shí)別、語音播報(bào)、車位引導(dǎo)、費(fèi)用結(jié)算等多項(xiàng)功能，實(shí)現(xiàn)對車輛進(jìn)出停車場的智能化管理。系統(tǒng)以STM32F103C8T6為核心控制器，集成TFT彩色顯示屏、JQ8900語音播報(bào)模塊、舵機(jī)、紅外傳感器、按鍵模塊、ESP8266無線模塊等外圍硬件。通過K210圖像識(shí)別模塊實(shí)時(shí)采集并識(shí)別車牌號，實(shí)現(xiàn)車輛身份的精準(zhǔn)識(shí)別與記錄。系統(tǒng)在車輛首次識(shí)別時(shí)完成入場登記，語音播報(bào)車牌號，控制舵機(jī)開啟并在TFT屏上顯示當(dāng)前可用車位，同時(shí)結(jié)合紅外傳感器進(jìn)行車位占用判斷，實(shí)現(xiàn)車位引導(dǎo)功能。車輛再次識(shí)別時(shí)進(jìn)行出場處理，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算停車時(shí)長與費(fèi)用，完成語音播報(bào)和顯示提示，同時(shí)控制舵機(jī)動(dòng)作。用戶可通過按鍵手動(dòng)繳費(fèi)、查詢車位狀態(tài)與車輛費(fèi)用信息。系統(tǒng)通過ESP8266模塊接入OneNet云平臺(tái)，配合UNIAPP開發(fā)的移動(dòng)端應(yīng)用實(shí)現(xiàn)停車記錄、費(fèi)用查詢等遠(yuǎn)程功能。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整，功能穩(wěn)定，具備良好的擴(kuò)展性與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，為城市智能停車提供了一種低成本、可部署的解決方案。關(guān)鍵詞：STM32；車牌識(shí)別；智能停車；語音播報(bào)；OneNetAbstractKeywords:STM32;LicensePlateRecognition;SmartParking;VoiceBroadcast;OneNet目錄摘要 1Abstract 1第1章緒論 11.1課題背景介紹 11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 31.2.1國外研究現(xiàn)狀 31.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 41.3研究目的及意義 61.4本文研究內(nèi)容 8第2章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 102.1部分硬件方案介紹 102.1.1主控單元 102.1.2圖像識(shí)別模塊 112.1.3語音模塊 122.1.4無線通信模塊 122.1.5顯示屏 132.1.6紅外傳感器 132.2系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì) 142.3系統(tǒng)工作流程 17第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 213.1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 213.2紅外傳感器設(shè)計(jì) 233.3K210識(shí)別模塊設(shè)計(jì) 253.4JQ8900語音模塊設(shè)計(jì) 273.5舵機(jī)電路設(shè)計(jì) 293.6按鍵電路設(shè)計(jì) 31第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 334.1主程序設(shè)計(jì) 334.2紅外檢測程序設(shè)計(jì) 354.3車牌識(shí)別程序設(shè)計(jì) 374.4語音模塊程序設(shè)計(jì) 404.5舵機(jī)程序設(shè)計(jì) 424.6按鍵程序設(shè)計(jì) 45第5章系統(tǒng)集成與測試 485.1硬件測試 485.2功能測試 495.2.1車輛入場識(shí)別測試 505.2.2車位引導(dǎo)功能測試 515.2.3車輛出場與費(fèi)用計(jì)算測試 515.2.4按鍵控制功能測試 525.2.5云平臺(tái)與移動(dòng)端交互測試 53第6章結(jié)論 556.1總結(jié) 556.2展望 56第1章緒論1.1課題背景介紹近年來，隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，居民生活水平顯著提升，私人汽車數(shù)量迅速增長，交通系統(tǒng)面臨前所未有的壓力。大量車輛的集中出現(xiàn)使得城市道路資源與停車資源之間矛盾加劇，停車難、停車亂現(xiàn)象普遍存在，已成為制約城市交通順暢運(yùn)行和居民生活便利化的突出問題。尤其在商業(yè)中心、住宅小區(qū)、校園及企事業(yè)單位內(nèi)部，有限的停車空間與日益增長的停車需求形成強(qiáng)烈沖突，如何科學(xué)、高效地管理車輛停放成為亟待解決的重要課題。傳統(tǒng)停車管理系統(tǒng)多依賴人工記錄與管理，車輛信息登記、進(jìn)出控制及費(fèi)用結(jié)算等環(huán)節(jié)均需人工干預(yù)。這類方式操作繁瑣、管理效率低下，容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)遺漏、信息錯(cuò)誤、收費(fèi)糾紛等問題，難以適應(yīng)當(dāng)前信息化、智能化的發(fā)展趨勢。部分場所雖引入道閘系統(tǒng)或IC卡管理系統(tǒng)，但普遍存在設(shè)備功能單一、擴(kuò)展能力不足、系統(tǒng)間協(xié)同性差等問題，仍無法實(shí)現(xiàn)真正的智能化管理。隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、嵌入式系統(tǒng)等技術(shù)的快速發(fā)展，構(gòu)建集成感知、處理、控制與通信能力的智能停車系統(tǒng)已成為行業(yè)發(fā)展的主流方向。車牌識(shí)別技術(shù)的日趨成熟，使得車輛身份自動(dòng)識(shí)別成為可能；無線通信技術(shù)的發(fā)展為系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制與數(shù)據(jù)上傳提供穩(wěn)定保障；語音播報(bào)、人機(jī)交互界面的集成則顯著提升了用戶體驗(yàn)與管理效率。STM32系列單片機(jī)以其處理能力強(qiáng)、資源配置靈活、外設(shè)接口豐富等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。以STM32為核心構(gòu)建的智能停車管理系統(tǒng)能夠高效整合各類傳感器、執(zhí)行器及通信模塊，實(shí)現(xiàn)對車輛出入、車位狀態(tài)、費(fèi)用結(jié)算等信息的全面管理。結(jié)合圖像識(shí)別模塊K210，可實(shí)現(xiàn)車牌自動(dòng)識(shí)別；通過ESP8266無線模塊可實(shí)現(xiàn)與云平臺(tái)的數(shù)據(jù)交互；TFT彩色屏幕與JQ8900語音播報(bào)模塊共同構(gòu)成人性化的用戶提示系統(tǒng)；紅外傳感器與舵機(jī)構(gòu)建起完整的車位檢測與出入控制機(jī)制。基于上述背景，設(shè)計(jì)一套基于STM32單片機(jī)的智能停車管理系統(tǒng)，旨在實(shí)現(xiàn)車輛的自動(dòng)識(shí)別、信息顯示、語音提示、車位引導(dǎo)與費(fèi)用計(jì)算功能，提升停車場的管理效率與智能化水平，具有明確的現(xiàn)實(shí)意義與廣泛的應(yīng)用前景。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國外研究現(xiàn)狀智能停車管理系統(tǒng)在國外起步較早，相關(guān)研究與實(shí)際應(yīng)用已具備較為成熟的技術(shù)體系。發(fā)達(dá)國家普遍將物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算與人工智能技術(shù)引入城市交通管理系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)停車資源的動(dòng)態(tài)監(jiān)控與智能調(diào)度。例如，美國、日本、新加坡等國家較早部署了以車牌識(shí)別、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)應(yīng)用為基礎(chǔ)的城市級智能停車系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對城市區(qū)域內(nèi)停車狀態(tài)的實(shí)時(shí)感知與引導(dǎo)。歐美部分企業(yè)基于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的停車管理平臺(tái)具備良好的開放性與兼容性，系統(tǒng)能夠通過高精度圖像識(shí)別技術(shù)對車牌進(jìn)行自動(dòng)采集與識(shí)別，同時(shí)結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)實(shí)現(xiàn)停車模式預(yù)測與資源調(diào)配優(yōu)化。智能終端與云平臺(tái)的結(jié)合，使用戶能夠通過手機(jī)應(yīng)用實(shí)時(shí)獲取停車位分布、空閑狀態(tài)與費(fèi)用情況，有效緩解停車壓力。此外，國外學(xué)術(shù)界在智能感知算法、邊緣計(jì)算框架以及車聯(lián)網(wǎng)協(xié)同調(diào)度等方面也開展了大量研究，推動(dòng)停車系統(tǒng)朝著多功能融合、高度自動(dòng)化方向發(fā)展。例如，一些研究提出基于深度學(xué)習(xí)的多場景車牌識(shí)別算法，顯著提升復(fù)雜環(huán)境下識(shí)別準(zhǔn)確率；部分系統(tǒng)引入RFID技術(shù)或超聲波檢測設(shè)備，提升車位監(jiān)控與車輛定位的精度。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀近年來，隨著智慧城市建設(shè)的推進(jìn)，我國對智能停車管理系統(tǒng)的研究與應(yīng)用也逐步展開，多個(gè)城市開始建設(shè)基于信息化平臺(tái)的停車服務(wù)系統(tǒng)。國內(nèi)高校與科研機(jī)構(gòu)圍繞車牌識(shí)別算法、停車引導(dǎo)策略、嵌入式系統(tǒng)集成等方面開展了一系列研究，推動(dòng)了該領(lǐng)域的快速發(fā)展。部分城市已試點(diǎn)建設(shè)具備云平臺(tái)管理、移動(dòng)支付、自動(dòng)計(jì)費(fèi)與車位預(yù)約功能的智能停車場，并取得初步成效。當(dāng)前，基于圖像識(shí)別技術(shù)的智能停車系統(tǒng)成為研究重點(diǎn)，其中卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被廣泛用于車牌定位與字符識(shí)別，在復(fù)雜光照與遮擋條件下仍可保持較高識(shí)別率。在嵌入式硬件方面，STM32、樹莓派等平臺(tái)被廣泛用于系統(tǒng)原型搭建；在通信層面，Wi-Fi、LoRa、NB-IoT等多種無線技術(shù)被應(yīng)用于車位狀態(tài)數(shù)據(jù)的傳輸與遠(yuǎn)程管理。企業(yè)方面，一些科技公司與停車服務(wù)平臺(tái)相繼推出集識(shí)別、引導(dǎo)、繳費(fèi)于一體的商業(yè)化解決方案，在商場、小區(qū)、醫(yī)院等場景中得到廣泛部署。與此同時(shí)，基于云計(jì)算的停車大數(shù)據(jù)平臺(tái)逐步建立，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域停車資源的集中調(diào)度與協(xié)同管理。但總體來看，我國智能停車系統(tǒng)在系統(tǒng)集成度、識(shí)別精度、用戶體驗(yàn)以及平臺(tái)兼容性方面仍與國外先進(jìn)水平存在一定差距，部分系統(tǒng)尚處于功能初級或局部自動(dòng)化階段，缺乏完整的智能閉環(huán)控制與高效交互機(jī)制。綜上所述，國內(nèi)外在智能停車管理系統(tǒng)的研究上雖已取得階段性成果，但結(jié)合低成本硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)功能集成度高、交互性強(qiáng)、適應(yīng)性廣的智能系統(tǒng)仍是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)與技術(shù)突破方向。1.3研究目的及意義面對城市停車資源緊張與管理效率低下的問題，構(gòu)建一套功能完善、運(yùn)行穩(wěn)定、交互友好且具備一定智能化水平的停車管理系統(tǒng)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。通過引入嵌入式控制技術(shù)與圖像識(shí)別算法，實(shí)現(xiàn)車輛進(jìn)出管理的自動(dòng)化與信息化，有助于提升停車場運(yùn)行效率，優(yōu)化用戶停車體驗(yàn)，推動(dòng)智慧交通系統(tǒng)的落地應(yīng)用。本課題旨在設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一套基于STM32單片機(jī)的智能停車管理系統(tǒng)。系統(tǒng)圍繞車輛進(jìn)出檢測、車牌識(shí)別、語音播報(bào)、車位引導(dǎo)、費(fèi)用計(jì)算及信息顯示等功能展開，通過整合圖像識(shí)別模塊K210、語音模塊JQ8900、無線通信模塊ESP8266與TFT彩屏等多種硬件資源，構(gòu)建一個(gè)可獨(dú)立運(yùn)行并具備云平臺(tái)接入能力的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)。同時(shí)，配合UNIAPP開發(fā)的移動(dòng)端平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息查詢與數(shù)據(jù)同步，提升系統(tǒng)可用性與管理便利性。研究該系統(tǒng)的主要目的在于探索將多模塊硬件系統(tǒng)與智能識(shí)別技術(shù)融合的有效路徑，驗(yàn)證低成本嵌入式平臺(tái)在停車管理場景下的應(yīng)用可行性。通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)，推動(dòng)車位資源信息化、用戶交互智能化、收費(fèi)流程自動(dòng)化，提升停車場整體管理水平。本課題的研究具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值與工程意義。一方面能夠?yàn)橹行⌒屯＼噲鎏峁┛赏茝V的技術(shù)解決方案，降低管理成本，提升運(yùn)行效率；另一方面也為嵌入式系統(tǒng)在智慧城市應(yīng)用中的實(shí)踐提供了參考樣例，具有一定的技術(shù)推廣前景。在不斷發(fā)展的城市交通系統(tǒng)中，該系統(tǒng)可作為傳統(tǒng)停車方式的有效補(bǔ)充與替代，助力構(gòu)建更加高效、智能、便捷的城市出行環(huán)境。1.4本文研究內(nèi)容本課題圍繞基于STM32單片機(jī)的智能停車管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)展開研究，系統(tǒng)以STM32F103C8T6為核心控制單元，融合圖像識(shí)別、語音播報(bào)、無線通信與人機(jī)交互等功能模塊，構(gòu)建一套面向中小型停車場應(yīng)用需求的智能化管理系統(tǒng)。全文主要從系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)、硬件電路設(shè)計(jì)、軟件程序?qū)崿F(xiàn)及云平臺(tái)交互等方面展開，具體研究內(nèi)容如下。結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場景與功能需求，明確系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)目標(biāo)，提出以STM32為主控、圖像識(shí)別模塊K210為前端識(shí)別設(shè)備的總體設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)車牌號自動(dòng)識(shí)別、車輛進(jìn)出管理、車位狀態(tài)檢測、費(fèi)用計(jì)算與信息顯示等功能，具備一定智能化水平。在硬件部分，設(shè)計(jì)并搭建以STM32單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)，集成TFT1.44寸彩屏、JQ8900語音播報(bào)模塊、紅外傳感器、舵機(jī)、電源電路、按鍵模塊及ESP8266無線通信模塊。車牌識(shí)別功能由K210圖像識(shí)別模塊獨(dú)立實(shí)現(xiàn)，識(shí)別結(jié)果通過串口傳輸至主控進(jìn)行處理與響應(yīng)。紅外傳感器用于檢測車位占用情況，舵機(jī)用于車輛道閘控制，TFT屏用于信息實(shí)時(shí)顯示，ESP8266實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與OneNet云平臺(tái)的數(shù)據(jù)通信。在軟件部分，編寫基于STM32的嵌入式控制程序，完成各硬件模塊的驅(qū)動(dòng)與協(xié)調(diào)控制。系統(tǒng)通過識(shí)別車牌號判斷車輛進(jìn)出狀態(tài)，入場時(shí)進(jìn)行車位引導(dǎo)與語音提示，出場時(shí)計(jì)算停車時(shí)長與費(fèi)用，支持按鍵查詢與人工繳費(fèi)操作。系統(tǒng)同步更新TFT屏顯示內(nèi)容，并通過ESP8266上傳數(shù)據(jù)至云平臺(tái)。移動(dòng)端應(yīng)用采用UNIAPP框架開發(fā)，支持查看歷史停車記錄、實(shí)時(shí)費(fèi)用信息與車位狀態(tài)。最后對系統(tǒng)的各項(xiàng)功能進(jìn)行整體調(diào)試與測試，驗(yàn)證系統(tǒng)在車牌識(shí)別準(zhǔn)確性、舵機(jī)控制響應(yīng)、費(fèi)用計(jì)算邏輯、紅外檢測穩(wěn)定性及云平臺(tái)交互等方面的可行性與實(shí)用性。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，評估系統(tǒng)的性能表現(xiàn)，并總結(jié)存在的問題與優(yōu)化方向。第2章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1部分硬件方案介紹本系統(tǒng)硬件部分由主控單元、圖像識(shí)別模塊、語音播報(bào)模塊、無線通信模塊、顯示模塊、紅外傳感器等組成，各模塊通過串口、IO口或PWM等方式與STM32主控單元進(jìn)行連接與數(shù)據(jù)交互，構(gòu)成完整的停車管理控制體系?？紤]到舵機(jī)主要承擔(dān)道閘啟閉功能，按鍵用于手動(dòng)操作，在結(jié)構(gòu)和邏輯上較為簡單，故本節(jié)不再贅述，僅介紹系統(tǒng)中具有代表性與核心功能支撐作用的部分硬件方案。2.1.1主控單元主控部分采用STM32F103C8T6單片機(jī)，屬于ARMCortex-M3內(nèi)核的中端性能微控制器，主頻為72MHz，具備64KBFlash與20KBSRAM，資源配置合理，適合中小型嵌入式控制系統(tǒng)開發(fā)。該芯片具備豐富的外設(shè)接口資源，包括USART、SPI、I2C、PWM、ADC等，可同時(shí)連接多個(gè)模塊并實(shí)現(xiàn)高效數(shù)據(jù)調(diào)度。其低功耗、高穩(wěn)定性的特點(diǎn)保證系統(tǒng)長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，在系統(tǒng)中承擔(dān)圖像識(shí)別結(jié)果接收、數(shù)據(jù)處理、語音控制、屏幕顯示、舵機(jī)控制及云通信等關(guān)鍵任務(wù)。2.1.2圖像識(shí)別模塊車牌識(shí)別功能由K210圖像識(shí)別模塊獨(dú)立完成。K210是基于Kendryte架構(gòu)的雙核神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器，具備較強(qiáng)的邊緣AI推理能力，適合部署輕量級車牌識(shí)別模型。通過攝像頭模塊采集車牌圖像后，K210利用已訓(xùn)練的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行車牌定位與字符識(shí)別，識(shí)別結(jié)果通過串口傳輸至STM32主控，供后續(xù)控制邏輯調(diào)用。該模塊處理速度快、識(shí)別準(zhǔn)確率高，具備良好的實(shí)時(shí)性與穩(wěn)定性，適用于停車場進(jìn)出口管理場景。2.1.3語音模塊語音播報(bào)部分采用JQ8900語音播報(bào)模塊，該模塊內(nèi)置MP3解碼芯片與音頻存儲(chǔ)器，支持串口控制，能夠播放預(yù)存的語音內(nèi)容。系統(tǒng)運(yùn)行過程中，主控通過串口指令控制JQ8900播放對應(yīng)語音內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)對用戶的語音引導(dǎo)與反饋。模塊配合外接小型揚(yáng)聲器使用，具備音質(zhì)清晰、響應(yīng)靈敏、操作簡便等特點(diǎn)。2.1.4無線通信模塊無線通信部分采用ESP8266模塊，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與云平臺(tái)OneNet之間的數(shù)據(jù)傳輸功能。ESP8266具備Wi-Fi通信能力，支持TCP/IP協(xié)議棧，具有低功耗、傳輸穩(wěn)定、接口簡單等特點(diǎn)。通過AT指令集與STM32進(jìn)行串口通信，主控可上傳車牌號、入場時(shí)間、停車費(fèi)用等信息至云平臺(tái)，同時(shí)接收平臺(tái)控制指令。該模塊使系統(tǒng)具備遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交互與移動(dòng)端查詢能力，提升系統(tǒng)的智能化水平與擴(kuò)展性。2.1.5顯示屏系統(tǒng)選用1.44英寸TFT彩色液晶顯示屏作為信息輸出接口，分辨率為128×128，支持SPI通信協(xié)議。該模塊用于實(shí)時(shí)顯示車輛車牌號、入出場時(shí)間、停車時(shí)長、費(fèi)用、車位狀態(tài)及操作提示等信息。通過STM32內(nèi)部SPI接口驅(qū)動(dòng)，結(jié)合自編寫的顯示函數(shù)，實(shí)現(xiàn)圖形與文本混合的動(dòng)態(tài)信息展示。TFT屏具有顯示內(nèi)容清晰、更新速度快、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，在提升用戶交互體驗(yàn)方面發(fā)揮重要作用。2.1.6紅外傳感器系統(tǒng)共配置三個(gè)紅外對管傳感器，用于檢測停車位的占用情況。每個(gè)傳感器分別對應(yīng)一個(gè)車位，當(dāng)車輛進(jìn)入感應(yīng)范圍時(shí)，紅外光被遮擋，系統(tǒng)判斷該車位已被占用，并實(shí)時(shí)更新車位狀態(tài)。紅外傳感器結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)迅速、成本低廉，適合小型場地內(nèi)部位置信息檢測。通過STM32采集其數(shù)字信號，結(jié)合邏輯判斷與顯示控制，實(shí)現(xiàn)車位引導(dǎo)與空位提示功能。上述硬件模塊通過合理搭配與集成，構(gòu)建出功能完整、結(jié)構(gòu)清晰的智能停車管理系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化停車流程與遠(yuǎn)程信息交互提供穩(wěn)定的硬件基礎(chǔ)。2.2系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以STM32F103C8T6單片機(jī)作為核心控制單元，構(gòu)建集感知、控制與交互于一體的嵌入式智能停車管理系統(tǒng)架構(gòu)。系統(tǒng)由圖像識(shí)別模塊、紅外傳感器、語音播報(bào)模塊、TFT彩色顯示屏、舵機(jī)、ESP8266無線通信模塊及按鍵模塊等組成，各模塊通過串口、SPI總線及數(shù)字IO等方式與主控單元連接，完成信息采集、數(shù)據(jù)處理、指令執(zhí)行與用戶交互等功能。整體架構(gòu)如圖2.1所示。圖2.1系統(tǒng)架構(gòu)圖在感知部分，系統(tǒng)集成圖像識(shí)別模塊K210與三組紅外傳感器。K210通過外接攝像頭采集車輛圖像，并通過內(nèi)部神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型實(shí)現(xiàn)車牌識(shí)別功能，識(shí)別結(jié)果通過串口發(fā)送至STM32，用于后續(xù)判斷車輛進(jìn)出狀態(tài)與執(zhí)行控制邏輯。紅外傳感器用于檢測車位占用情況，每組傳感器對應(yīng)一個(gè)獨(dú)立車位，當(dāng)紅外光被遮擋時(shí)表示該車位已被占用，主控根據(jù)傳感器信號動(dòng)態(tài)調(diào)整車位引導(dǎo)提示。在控制部分，STM32作為系統(tǒng)核心處理器，負(fù)責(zé)接收感知模塊上傳的數(shù)據(jù)，完成車牌識(shí)別結(jié)果的解析、車輛入出狀態(tài)判斷、停車時(shí)長與費(fèi)用計(jì)算，并控制舵機(jī)實(shí)現(xiàn)閘機(jī)啟閉操作。同時(shí)，主控協(xié)調(diào)語音模塊與顯示模塊，實(shí)現(xiàn)車輛信息的播報(bào)與可視化輸出，確保用戶可及時(shí)獲取入場確認(rèn)、車位引導(dǎo)與出場費(fèi)用等提示信息。在交互部分，系統(tǒng)集成JQ8900語音播報(bào)模塊與1.44英寸TFT彩屏，用于輸出車輛車牌、進(jìn)出時(shí)間、停車費(fèi)用與車位狀態(tài)等內(nèi)容。語音模塊通過串口控制，播放預(yù)設(shè)語音提示，提高系統(tǒng)的人機(jī)交互友好性。ESP8266無線通信模塊通過串口與STM32連接，負(fù)責(zé)將系統(tǒng)數(shù)據(jù)上傳至OneNet云平臺(tái)，并與移動(dòng)端APP進(jìn)行數(shù)據(jù)同步。用戶可通過APP查詢車牌號、停車費(fèi)用與車位占用情況，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問與管理。該系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)清晰，各模塊功能獨(dú)立且配合緊密，通過主控統(tǒng)一調(diào)度與控制，完成整個(gè)停車管理流程。系統(tǒng)具備較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性與擴(kuò)展性，能夠適應(yīng)中小型停車場景的管理需求，具有良好的實(shí)用性與推廣價(jià)值。2.3系統(tǒng)工作流程本系統(tǒng)通過車牌識(shí)別、傳感器檢測、語音提示與信息顯示等多模塊協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)對車輛從入場到出場全過程的智能化管理。系統(tǒng)整體流程包括車輛入場識(shí)別、車位引導(dǎo)停車、車輛出場處理及信息交互四個(gè)階段，結(jié)合按鍵操作與云平臺(tái)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對車輛進(jìn)出狀態(tài)與費(fèi)用信息的實(shí)時(shí)處理與反饋。系統(tǒng)工作流程如圖2.2所示。圖2.2系統(tǒng)工作流程圖當(dāng)車輛駛?cè)胱R(shí)別區(qū)域，圖像識(shí)別模塊K210首先對車牌進(jìn)行拍攝與識(shí)別，若識(shí)別到的是首次出現(xiàn)的車牌號，系統(tǒng)判斷車輛為入場狀態(tài)。STM32主控接收到車牌信息后，立即通過JQ8900語音模塊播報(bào)車牌號并提示“入場”，同時(shí)控制舵機(jī)開閘放行。入場信息實(shí)時(shí)在TFT彩屏上顯示，包括車牌號與入場時(shí)間。車輛通過道閘后，系統(tǒng)進(jìn)入車位引導(dǎo)階段。三組紅外傳感器分別檢測三個(gè)車位的占用狀態(tài)，主控根據(jù)感應(yīng)結(jié)果在屏幕上顯示可用車位位置，并通過語音提示“請停入X號車位”，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)車位引導(dǎo)功能。當(dāng)檢測到車輛停入指定車位后，系統(tǒng)更新當(dāng)前車位狀態(tài)為“已占用”。當(dāng)車輛再次駛?cè)胱R(shí)別區(qū)域，系統(tǒng)進(jìn)行第二次車牌識(shí)別，判斷該車牌為已登記車輛，即為出場操作。系統(tǒng)根據(jù)車輛入場時(shí)間與當(dāng)前識(shí)別時(shí)間計(jì)算停車時(shí)長與應(yīng)繳費(fèi)用，隨后通過語音模塊播報(bào)車牌號與費(fèi)用信息，同時(shí)TFT彩屏同步顯示車牌、停車時(shí)長、費(fèi)率與總費(fèi)用等內(nèi)容。系統(tǒng)再度控制舵機(jī)開啟，完成出場放行。用戶可通過按鍵執(zhí)行手動(dòng)繳費(fèi)、查詢指定車牌的費(fèi)用信息及當(dāng)前空閑車位狀態(tài)。TFT屏配合按鍵功能顯示相關(guān)查詢結(jié)果，例如“車牌號、停車時(shí)長、應(yīng)付費(fèi)用”等內(nèi)容。系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過ESP8266無線模塊上傳至OneNet云平臺(tái)，移動(dòng)端APP可同步顯示車牌信息、停車記錄與費(fèi)用數(shù)據(jù)，用戶可遠(yuǎn)程查看與管理自己的車輛信息。整個(gè)系統(tǒng)在各環(huán)節(jié)中通過模塊間的邏輯控制與信息聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)車輛識(shí)別、道閘控制、信息提示與遠(yuǎn)程交互等功能的閉環(huán)控制流程，具備良好的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性與交互性，滿足中小型停車場智能化改造的基本需求。第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)STM32F103C8T6作為本系統(tǒng)的核心控制器，其穩(wěn)定運(yùn)行依賴于完善的最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)。最小系統(tǒng)包括電源管理、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路及調(diào)試下載接口等基礎(chǔ)功能模塊，確保單片機(jī)具備正常的工作環(huán)境，并支持程序的調(diào)試與下載。系統(tǒng)所采用的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖3.1所示。在電源部分，STM32F103C8T6工作電壓為3.3V，VDD、VDDA引腳連接至穩(wěn)定的3.3V電源，VSS、VSSA引腳接地，為芯片提供穩(wěn)定的數(shù)字與模擬供電環(huán)境。所有電源引腳均已連接電容進(jìn)行去耦處理，抑制高頻噪聲，提升系統(tǒng)穩(wěn)定性。在晶振電路部分，系統(tǒng)采用8MHz有源晶振作為主時(shí)鐘源，通過接入XTAL引腳（OSC_IN、OSC_OUT）完成外部時(shí)鐘輸入，匹配兩個(gè)22pF的瓷片電容用于震蕩穩(wěn)定。同時(shí)，為防止晶振啟動(dòng)困難，在晶振與電源間接入一個(gè)10kΩ的上拉電阻。該晶振提供系統(tǒng)主頻基準(zhǔn)，經(jīng)PLL倍頻后可實(shí)現(xiàn)72MHz系統(tǒng)運(yùn)行頻率，滿足多模塊并行工作的時(shí)序要求。圖3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)圖在復(fù)位電路部分，NRST引腳外接一個(gè)10kΩ上拉電阻與一個(gè)0.1μF退耦電容，構(gòu)成簡單有效的上電復(fù)位與手動(dòng)復(fù)位電路，確保系統(tǒng)上電啟動(dòng)與運(yùn)行異常時(shí)能夠恢復(fù)初始狀態(tài)，避免程序跑飛。在調(diào)試接口部分，系統(tǒng)預(yù)留SWD（SerialWireDebug）下載口，包含SWCLK與SWDIO兩條信號線，配合GND與3.3V電源引出構(gòu)成四線制調(diào)試接口。通過ST-LINK下載器連接該接口，可實(shí)現(xiàn)程序燒錄、在線調(diào)試與變量監(jiān)控功能，為系統(tǒng)開發(fā)與維護(hù)提供便利條件。整體最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)簡潔規(guī)范，布局合理，保證了STM32單片機(jī)在復(fù)雜外設(shè)控制場景中的穩(wěn)定運(yùn)行，為后續(xù)多模塊協(xié)同控制與數(shù)據(jù)交互提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。3.2紅外傳感器設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用三組紅外對管傳感器實(shí)現(xiàn)對車位狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測。每組紅外傳感器獨(dú)立對應(yīng)一個(gè)停車位，通過檢測紅外光束的遮擋情況判斷車位是否被占用。傳感器輸出信號接入STM32的GPIO口，當(dāng)檢測到有車輛遮擋紅外對射時(shí)，輸出電平發(fā)生變化，主控?fù)?jù)此更新車位狀態(tài)并進(jìn)行車位引導(dǎo)顯示。傳感器連接電路如圖3.2所示。圖3.2紅外傳感器電路圖從電路圖可見，三組傳感器分別連接至J51、J52與J56插座，各自輸出端連接至STM32的PA6、PA5與PA4引腳，構(gòu)成輸入通道。插座每組三腳分別為信號輸出（第3腳）、供電（第2腳）與地線（第1腳），其中供電使用5V電源，滿足常見紅外對管的工作電壓要求。在傳感器正常工作時(shí)，若車位前方無遮擋物，紅外發(fā)射與接收端處于通光狀態(tài)，輸出為高電平；當(dāng)有車輛駛?cè)胲囄徊⒄趽跫t外線時(shí)，接收端無法接收到發(fā)射信號，傳感器輸出拉低為低電平。STM32主控通過讀取引腳電平變化，實(shí)時(shí)判斷各個(gè)車位的占用情況，并據(jù)此控制語音播報(bào)模塊與TFT屏幕進(jìn)行車位引導(dǎo)信息的更新。為提高檢測準(zhǔn)確性與抗干擾能力，系統(tǒng)軟件中設(shè)置了去抖動(dòng)處理邏輯，通過連續(xù)讀取多次信號并設(shè)定閾值判斷，避免由短暫遮擋或環(huán)境干擾引起誤判。此種檢測方式電路結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快、成本低，適合在小型固定場地內(nèi)部署，實(shí)現(xiàn)可靠的車位占用檢測功能。通過三組紅外傳感器的布設(shè)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對三個(gè)獨(dú)立車位的狀態(tài)監(jiān)控，并以此為基礎(chǔ)完成動(dòng)態(tài)車位引導(dǎo)與信息提示功能，是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能管理的重要感知手段之一。3.3K210識(shí)別模塊設(shè)計(jì)車牌識(shí)別作為本系統(tǒng)中核心功能之一，其準(zhǔn)確性和響應(yīng)速度直接影響系統(tǒng)整體性能表現(xiàn)。本設(shè)計(jì)選用K210作為獨(dú)立圖像識(shí)別處理單元，利用其高性能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器完成車牌圖像的采集與識(shí)別。該模塊通過串口方式與STM32主控通信，實(shí)現(xiàn)識(shí)別結(jié)果的實(shí)時(shí)傳輸與聯(lián)動(dòng)控制。K210模塊的接口連接如圖3.3所示。圖3.3K210識(shí)別模塊電路圖從圖中可見，K210模塊的串口通信引腳分別連接至STM32的PA2（USART2_TX）與PA3（USART2_RX）引腳，對應(yīng)STM32的串口通道2。該連接方式確保STM32能夠穩(wěn)定接收來自K210的識(shí)別數(shù)據(jù)，同時(shí)具備較強(qiáng)的兼容性與調(diào)試便利性。模塊供電部分采用標(biāo)準(zhǔn)5V電源，確保圖像處理芯片及攝像頭模塊的穩(wěn)定運(yùn)行。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，K210模塊連接攝像頭實(shí)時(shí)采集車輛圖像，并在本地運(yùn)行已訓(xùn)練好的輕量級深度學(xué)習(xí)模型，對圖像中車牌區(qū)域進(jìn)行檢測與字符識(shí)別。識(shí)別結(jié)果以標(biāo)準(zhǔn)字符流的形式通過串口發(fā)送至STM32主控，主控接收到車牌號后根據(jù)車輛是否首次識(shí)別判斷其入場或出場狀態(tài)，并執(zhí)行后續(xù)流程，如舵機(jī)開閘、語音播報(bào)、費(fèi)用計(jì)算及信息顯示等。K210具備獨(dú)立的圖像處理能力，可顯著減輕STM32主控的計(jì)算負(fù)擔(dān)，提升系統(tǒng)并發(fā)能力與響應(yīng)速度。同時(shí)，采用雙MCU分工協(xié)作架構(gòu)，使得系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)更為清晰、穩(wěn)定性更高。通過合理配置串口通信波特率與協(xié)議格式，確保主從數(shù)據(jù)交互準(zhǔn)確可靠。該設(shè)計(jì)方案有效實(shí)現(xiàn)了車牌自動(dòng)識(shí)別功能，為系統(tǒng)提供了關(guān)鍵的數(shù)據(jù)來源，確保車輛進(jìn)出管理的智能化與無人值守控制流程的可行性。3.4JQ8900語音模塊設(shè)計(jì)為了提升系統(tǒng)的人機(jī)交互能力，實(shí)現(xiàn)對車牌識(shí)別結(jié)果、車位引導(dǎo)信息與費(fèi)用提示的語音輸出，系統(tǒng)引入JQ8900語音播報(bào)模塊。該模塊內(nèi)置音頻解碼芯片與Flash存儲(chǔ)器，支持MP3格式音頻播放，適合嵌入式語音提示場景。JQ8900與STM32主控之間通過串口通信方式完成語音指令控制，其連接電路如圖3.4所示。圖3.4JQ8900語音模塊電路圖JQ8900模塊的TX與RX引腳分別連接至STM32的PB10與PB11引腳，對應(yīng)串口通道3，實(shí)現(xiàn)主控與語音模塊的數(shù)據(jù)通信。主控通過發(fā)送特定的控制命令，調(diào)用模塊內(nèi)預(yù)先存儲(chǔ)的語音文件，從而實(shí)現(xiàn)對不同場景下語音提示的播放，如車輛入場播報(bào)車牌號、“請停入X號車位”、出場費(fèi)用提示等。模塊BUSY引腳可反饋當(dāng)前播放狀態(tài)，便于主控進(jìn)行任務(wù)調(diào)度與播放控制。模塊供電使用5V直流電源，由DC-5V引腳供入，GND引腳接地。音頻輸出端接一只小型揚(yáng)聲器，通過SPK+與SPK-引腳直接驅(qū)動(dòng)播放，電路中無需額外功放，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。揚(yáng)聲器安裝于顯眼位置，確保語音信息清晰可辨，提升用戶體驗(yàn)。在軟件層面，系統(tǒng)根據(jù)不同邏輯狀態(tài)調(diào)用對應(yīng)語音編號，通過串口向JQ8900發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)指令格式，包括命令字節(jié)、語音索引、校驗(yàn)位等。結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，如識(shí)別到車牌、完成入場、查詢費(fèi)用等觸發(fā)節(jié)點(diǎn)，精確控制語音播報(bào)內(nèi)容與時(shí)序。JQ8900語音模塊集成度高、使用靈活，音質(zhì)清晰、響應(yīng)穩(wěn)定，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)語音提示功能的理想方案。配合TFT顯示與按鍵控制，可有效提升系統(tǒng)信息傳達(dá)的準(zhǔn)確性與交互友好性，為用戶提供直觀、便捷的操作體驗(yàn)。3.5舵機(jī)電路設(shè)計(jì)舵機(jī)在本系統(tǒng)中用于模擬道閘的啟閉動(dòng)作，通過角度控制實(shí)現(xiàn)車輛進(jìn)出通道的物理放行與阻攔。舵機(jī)控制依賴于PWM信號，由STM32單片機(jī)輸出特定脈寬波形來控制其轉(zhuǎn)動(dòng)角度。系統(tǒng)使用普通三線舵機(jī)模塊，其連接電路如圖3.5所示。圖3.5舵機(jī)電路圖舵機(jī)的信號輸入端連接至STM32的PB6引腳，該引腳具備定時(shí)器功能，可輸出高精度PWM信號用于驅(qū)動(dòng)舵機(jī)。電源部分由5V直流電源供電，中間通過J1三針插座連接，其中第3腳為PWM信號輸入，第2腳連接5V電源，第1腳接地，構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)三線接口結(jié)構(gòu)，適配大多數(shù)舵機(jī)模塊。在實(shí)際運(yùn)行過程中，系統(tǒng)在識(shí)別車輛入場或出場狀態(tài)后，STM32通過PB6輸出控制信號，使舵機(jī)完成相應(yīng)角度轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作：入場時(shí)將舵機(jī)轉(zhuǎn)至開放位置，出場完成后舵機(jī)復(fù)位至關(guān)閉狀態(tài)，模擬物理道閘的升降。為提升動(dòng)作平穩(wěn)性與定位準(zhǔn)確性，系統(tǒng)在軟件層面采用逐步調(diào)整脈寬的方式驅(qū)動(dòng)舵機(jī)，避免高速切換引起電流突變。該電路結(jié)構(gòu)簡單、控制方式直觀，結(jié)合軟件控制邏輯可實(shí)現(xiàn)可靠的機(jī)械動(dòng)作響應(yīng)，是實(shí)現(xiàn)車輛放行控制的關(guān)鍵執(zhí)行元件之一。3.6按鍵電路設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的本地控制與功能擴(kuò)展，設(shè)計(jì)了四個(gè)獨(dú)立按鍵，用于手動(dòng)繳費(fèi)、信息查詢、狀態(tài)顯示等操作。這些按鍵直接連接至STM32的GPIO引腳，通過讀取電平狀態(tài)判斷按鍵動(dòng)作，結(jié)合程序邏輯完成相應(yīng)功能的觸發(fā)。按鍵電路結(jié)構(gòu)如圖3.6所示。系統(tǒng)中每個(gè)按鍵均采用獨(dú)立按鍵模塊接入，按鍵兩端分別連接至STM32的輸入引腳與地，形成標(biāo)準(zhǔn)的下拉結(jié)構(gòu)。其中，KEY18、KEY19、KEY20與KEY21分別連接至PA11、PB3、PA12與PA15引腳。按鍵未按下時(shí)，IO口通過內(nèi)部上拉或外部上拉保持高電平，按下時(shí)電平拉低為低電平。圖3.6按鍵電路圖按鍵電路結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)靈敏，在軟件中結(jié)合去抖處理算法，避免因機(jī)械彈跳造成誤觸發(fā)。系統(tǒng)在主循環(huán)中持續(xù)輪詢各按鍵狀態(tài)，當(dāng)檢測到按鍵被按下并保持穩(wěn)定狀態(tài)后，執(zhí)行對應(yīng)的功能指令，如查詢某一車輛費(fèi)用信息、顯示當(dāng)前車位狀態(tài)、手動(dòng)觸發(fā)舵機(jī)動(dòng)作或其他維護(hù)操作。第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1主程序設(shè)計(jì)主程序作為整個(gè)系統(tǒng)的軟件核心，負(fù)責(zé)完成系統(tǒng)初始化、數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)判斷、指令執(zhí)行與人機(jī)交互等全過程控制。程序整體采用循環(huán)結(jié)構(gòu)，通過不斷輪詢各模塊狀態(tài)并調(diào)用相應(yīng)功能函數(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性與響應(yīng)性。主程序流程如圖4.1所示。系統(tǒng)上電后首先進(jìn)入初始化階段，依次完成主控芯片配置、各外設(shè)初始化（包括串口、定時(shí)器、PWM、SPI等）、外部傳感器配置、網(wǎng)絡(luò)通信模塊配置（ESP8266連接Wi-Fi并初始化MQTT協(xié)議）等操作，確保系統(tǒng)具備正常工作條件。初始化完成后，系統(tǒng)進(jìn)入主循環(huán)，開始執(zhí)行核心功能流程。首先讀取當(dāng)前車位狀態(tài)，獲取紅外傳感器返回的占用信息，并將狀態(tài)打包通過MQTT協(xié)議上傳至OneNet云平臺(tái)，保持遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)同步。接著，系統(tǒng)接收圖像識(shí)別模塊K210傳來的車牌信息，并根據(jù)數(shù)據(jù)庫或歷史記錄判斷車輛是否為在場車輛。若車牌已登記，則視為出場，系統(tǒng)進(jìn)行出場信息提示；若為首次識(shí)別，則視為入場，進(jìn)行車位分配與引導(dǎo)提示。圖4.1主程序流程圖車輛身份確認(rèn)后，系統(tǒng)通過語音模塊播報(bào)車牌號，TFT屏同步顯示相關(guān)信息，包括車牌、入出場標(biāo)識(shí)、時(shí)間等。隨后，系統(tǒng)調(diào)用對應(yīng)邏輯完成停車時(shí)間記錄、費(fèi)用計(jì)算與舵機(jī)控制操作，并更新顯示內(nèi)容。所有關(guān)鍵數(shù)據(jù)通過ESP8266模塊實(shí)時(shí)上傳至云平臺(tái)，確保用戶可通過APP進(jìn)行遠(yuǎn)程查看與管理。在主循環(huán)的末尾，系統(tǒng)還持續(xù)監(jiān)聽按鍵輸入，對用戶手動(dòng)操作作出響應(yīng)，確保系統(tǒng)具備良好的人機(jī)交互性能。通過軟件結(jié)構(gòu)分層與函數(shù)模塊化，主程序具備良好的可讀性與可維護(hù)性，為系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行提供核心保障。4.2紅外檢測程序設(shè)計(jì)紅外檢測程序主要用于判斷車位是否被占用，是實(shí)現(xiàn)車位狀態(tài)更新與引導(dǎo)提示的基礎(chǔ)功能。系統(tǒng)通過讀取連接紅外對管傳感器的GPIO引腳電平狀態(tài)，判斷傳感器前方是否有車輛遮擋，進(jìn)而確定車位的實(shí)際使用情況。該功能具備實(shí)時(shí)性高、結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)迅速等特點(diǎn)，紅外檢測流程如圖4.2所示。圖4.2紅外檢測程序流程圖程序運(yùn)行初期，首先對紅外傳感器對應(yīng)的GPIO引腳進(jìn)行初始化配置，設(shè)置為輸入模式，確保能夠準(zhǔn)確采集外部電平信號。每組傳感器獨(dú)立對應(yīng)一個(gè)車位，其輸出端分別連接至STM32的PA6、PA5與PA4引腳，主控定時(shí)輪詢這些引腳的電平狀態(tài)。在正常工作過程中，若紅外光未被遮擋，接收端可正常接收發(fā)射信號，輸出保持高電平；一旦車輛駛?cè)氩⒄趽跫t外光束，輸出電平則拉低。程序通過判斷GPIO引腳是否處于低電平狀態(tài)，確定車位是否被占用。當(dāng)檢測到低電平時(shí)，系統(tǒng)判定“車位有車”，并在屏幕上更新車位狀態(tài)，同時(shí)觸發(fā)語音提示“X號車位已占用”；若為高電平，則更新為“車位空閑”。為了提高檢測的穩(wěn)定性，程序中引入軟件防抖機(jī)制。具體做法是，在檢測到電平變化后，加入短暫延時(shí)，并進(jìn)行多次讀取判斷，避免因瞬時(shí)干擾導(dǎo)致誤判。通過定時(shí)輪詢方式持續(xù)刷新車位狀態(tài)，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測與實(shí)時(shí)引導(dǎo)，確保信息提示準(zhǔn)確有效。4.3車牌識(shí)別程序設(shè)計(jì)車牌識(shí)別程序是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其核心功能為接收圖像識(shí)別模塊K210傳輸?shù)能嚺菩畔ⅲ⑦M(jìn)行格式解析與內(nèi)容提取。該部分程序通過串口通信方式實(shí)現(xiàn)與K210的異步數(shù)據(jù)交互，流程包括串口初始化、接收中斷處理、數(shù)據(jù)解析與車牌號提取等步驟，整體流程如圖4.3所示。圖4.3車牌識(shí)別程序流程圖程序運(yùn)行初期，首先完成K210串口的初始化配置，設(shè)置波特率、數(shù)據(jù)位、停止位及中斷觸發(fā)方式，確保數(shù)據(jù)通信穩(wěn)定可靠。K210模塊識(shí)別圖像后，將車牌字符以字符串形式通過串口發(fā)送至STM32主控，主控在接收到數(shù)據(jù)后通過串口中斷方式響應(yīng)，提高程序的實(shí)時(shí)性與響應(yīng)效率。當(dāng)串口接收中斷觸發(fā)時(shí)，系統(tǒng)立即將接收到的字符數(shù)據(jù)寫入緩沖區(qū)，隨后清除中斷標(biāo)志位，為下一次數(shù)據(jù)接收做好準(zhǔn)備。為了保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，程序會(huì)對緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行格式校驗(yàn)與分割處理，提取車牌相關(guān)字符串信息。通常情況下，K210傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為特定格式的車牌字符串，程序依據(jù)約定的分隔符或格式識(shí)別方法，對接收到的字符串進(jìn)行切片與過濾，從中獲取合法的車牌號信息。在解析過程中，還會(huì)對字符串中的冗余數(shù)據(jù)進(jìn)行去除，僅保留有效字符，避免出現(xiàn)識(shí)別錯(cuò)誤或信息污染。車牌信息提取完成后，系統(tǒng)將該車牌號與本地緩存或車牌記錄數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對，判斷其入場或出場狀態(tài)，并觸發(fā)對應(yīng)的控制流程，如舵機(jī)動(dòng)作、語音播報(bào)及費(fèi)用計(jì)算等。該程序結(jié)構(gòu)清晰、邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，通過串口中斷與緩沖機(jī)制確保數(shù)據(jù)接收的完整性，通過字符串處理算法實(shí)現(xiàn)車牌號的準(zhǔn)確提取，是系統(tǒng)完成車輛識(shí)別與進(jìn)出判定的基礎(chǔ)功能模塊。4.4語音模塊程序設(shè)計(jì)語音模塊程序主要用于實(shí)現(xiàn)對JQ8900語音播報(bào)模塊的控制，完成車牌號播報(bào)、車位提示、入出場提醒與費(fèi)用播報(bào)等功能。該程序通過串口3向JQ8900發(fā)送固定格式的數(shù)據(jù)指令，從而觸發(fā)模塊播放預(yù)設(shè)語音文件。程序流程如圖4.4所示。程序運(yùn)行初期，首先對JQ8900進(jìn)行初始化設(shè)置，確保串口通信參數(shù)（波特率、數(shù)據(jù)位、停止位等）與STM32主控匹配。隨后，定義一段6字節(jié)長度的發(fā)送指令緩沖區(qū)playCmd，該緩沖區(qū)用于構(gòu)建發(fā)送至語音模塊的播放控制指令。圖4.4語音模塊程序流程圖其中，前四個(gè)字節(jié)為固定格式，依次為：0xAA（幀頭）、0x07（功能碼，表示播放指定編號語音）、0x02（參數(shù)長度）、0x00（保留位）；第五個(gè)字節(jié)用于指定播放語音文件的編號，不同編號對應(yīng)不同語音內(nèi)容；第六個(gè)字節(jié)為校驗(yàn)位，用于指令合法性驗(yàn)證，其計(jì)算方式通常為前五個(gè)字節(jié)之和的低八位。當(dāng)系統(tǒng)需要播放語音提示時(shí)，主控根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)選擇對應(yīng)語音編號，將其寫入指令緩沖區(qū)第5字節(jié)，隨后進(jìn)行校驗(yàn)位賦值。打包完成后，通過串口3將該6字節(jié)指令發(fā)送至JQ8900模塊，模塊立即播放對應(yīng)語音文件。該程序結(jié)構(gòu)清晰，執(zhí)行邏輯簡單，通信可靠性高。配合TFT彩屏的信息輸出與K210車牌識(shí)別結(jié)果，JQ8900語音模塊能及時(shí)、準(zhǔn)確地播報(bào)系統(tǒng)狀態(tài)與用戶提示信息，有效提升系統(tǒng)的人機(jī)交互性與操作便捷性，是智能停車管理系統(tǒng)中的重要輔助模塊。4.5舵機(jī)程序設(shè)計(jì)舵機(jī)控制程序用于模擬道閘的開合動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對車輛進(jìn)出通道的物理放行與阻攔。通過STM32輸出PWM波形控制舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，程序根據(jù)車輛識(shí)別與流程判斷結(jié)果，決定是否進(jìn)行開門操作。舵機(jī)程序整體流程如圖4.5所示。圖4.5舵機(jī)程序流程圖程序運(yùn)行首先對舵機(jī)控制通道所對應(yīng)的PWM功能進(jìn)行初始化，配置定時(shí)器通道、PWM頻率及初始脈寬值，確保系統(tǒng)具備舵機(jī)信號輸出能力。舵機(jī)使用PB6引腳作為PWM輸出口，該引腳掛接在支持PWM輸出的定時(shí)器通道上，能夠輸出精確控制的脈沖信號。進(jìn)入判斷邏輯階段，程序根據(jù)車牌識(shí)別模塊提供的信息判斷當(dāng)前是否需要進(jìn)行“開門”操作。若判定車輛需要通行，即設(shè)置PWM占空比至舵機(jī)開啟角度對應(yīng)的脈寬值，控制舵機(jī)旋轉(zhuǎn)至開門位置。此過程對應(yīng)PWM信號通常為1.5~2.0ms的高電平脈寬。舵機(jī)開門后程序進(jìn)入延時(shí)階段，延時(shí)1500ms，以便車輛完成通過動(dòng)作。延時(shí)結(jié)束后，PWM占空比被重新設(shè)置為關(guān)門對應(yīng)的脈寬值，控制舵機(jī)旋轉(zhuǎn)至初始位置，完成“關(guān)門”動(dòng)作。若程序判斷無需開啟，則直接設(shè)置PWM為關(guān)門脈寬值，保持舵機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)。整個(gè)過程通過PWM信號變化實(shí)現(xiàn)舵機(jī)角度精確控制，控制邏輯簡潔可靠。為避免舵機(jī)在無操作時(shí)保持高電流狀態(tài)，程序在控制結(jié)束后可適當(dāng)關(guān)閉PWM輸出，延長舵機(jī)壽命并減少能耗。該程序?qū)崿F(xiàn)了車輛通行控制的核心功能，是系統(tǒng)物理管理過程的重要執(zhí)行環(huán)節(jié)。4.6按鍵程序設(shè)計(jì)按鍵程序設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)用戶對系統(tǒng)功能的本地控制，通過讀取按鍵輸入狀態(tài)觸發(fā)特定操作指令，包括手動(dòng)繳費(fèi)、信息查詢與界面切換等。系統(tǒng)共配置四個(gè)按鍵，對應(yīng)不同控制邏輯。程序流程如圖4.6所示。圖4.6按鍵程序流程圖程序運(yùn)行時(shí)首先進(jìn)入輪詢循環(huán)，讀取所有按鍵的當(dāng)前電平狀態(tài)，并結(jié)合前一次狀態(tài)判斷是否為有效按鍵按下。為避免因機(jī)械抖動(dòng)引起誤判，程序設(shè)置短時(shí)間延遲并進(jìn)行二次確認(rèn)，實(shí)現(xiàn)去抖處理。按鍵按下時(shí)引腳電平從高變低，系統(tǒng)識(shí)別為觸發(fā)事件。當(dāng)檢測到按鍵值為1時(shí)，系統(tǒng)執(zhí)行手動(dòng)繳費(fèi)操作。該功能適用于用戶無法自動(dòng)出場的情況，通過按鍵強(qiáng)制觸發(fā)舵機(jī)動(dòng)作并完成費(fèi)用結(jié)算流程，配合語音模塊提示繳費(fèi)信息，確保停車流程閉環(huán)執(zhí)行。當(dāng)檢測到按鍵值為2時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入信息查詢流程。程序依次顯示當(dāng)前車位狀態(tài)、查詢最近一輛車的停車時(shí)間與費(fèi)用信息，并在TFT彩屏上輸出詳細(xì)內(nèi)容。通過此方式，用戶可在本地快速了解停車資源使用情況與個(gè)人費(fèi)用明細(xì)。當(dāng)檢測到按鍵值為3時(shí)，系統(tǒng)執(zhí)行界面切換操作。在多個(gè)信息顯示界面之間輪流切換，如車牌顯示、費(fèi)用統(tǒng)計(jì)、空位狀態(tài)等，增強(qiáng)系統(tǒng)可視化交互體驗(yàn)。第四個(gè)按鍵可預(yù)留為系統(tǒng)維護(hù)功能或擴(kuò)展功能調(diào)用，根據(jù)需求配置為調(diào)試信息顯示、數(shù)據(jù)清除或系統(tǒng)復(fù)位等操作。該程序?qū)崿F(xiàn)了簡潔高效的用戶控制機(jī)制，為系統(tǒng)提供除自動(dòng)識(shí)別與云平臺(tái)控制外的本地操作手段，增強(qiáng)系統(tǒng)在離線或調(diào)試狀態(tài)下的實(shí)用性與可靠性。第5章系統(tǒng)集成與測試5.1硬件測試為確保系統(tǒng)各模塊穩(wěn)定運(yùn)行、功能完整，分別對主控單元與各外設(shè)模塊進(jìn)行了功能性與聯(lián)調(diào)測試。測試過程中重點(diǎn)驗(yàn)證電源輸出是否穩(wěn)定、模塊通信是否可靠、傳感器與執(zhí)行器響應(yīng)是否及時(shí)。測試均在模擬停車場環(huán)境中進(jìn)行，通過實(shí)際觸發(fā)各功能點(diǎn)觀察系統(tǒng)反應(yīng)，從而判斷硬件連接與控制邏輯的有效性。首先對STM32F103C8T6主控單元進(jìn)行通電與串口下載測試，驗(yàn)證最小系統(tǒng)電路穩(wěn)定性與基本功能是否正常。上電后，單片機(jī)能夠正確執(zhí)行初始化程序，SWD下載接口通信穩(wěn)定，串口調(diào)試信息輸出正常，說明供電系統(tǒng)、電源去耦、晶振電路及復(fù)位電路功能均符合設(shè)計(jì)預(yù)期，為整體系統(tǒng)運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。隨后對紅外傳感器、舵機(jī)、語音模塊與TFT彩屏等外設(shè)進(jìn)行逐一測試。將紅外傳感器置于不同遮擋狀態(tài)，STM32能準(zhǔn)確識(shí)別高低電平變化并實(shí)時(shí)刷新車位狀態(tài)顯示；舵機(jī)接收PWM信號后能順利轉(zhuǎn)動(dòng)至指定角度并自動(dòng)復(fù)位；語音模塊串口通信穩(wěn)定，播報(bào)內(nèi)容清晰；TFT屏幕刷新響應(yīng)流暢、字符圖形顯示準(zhǔn)確。綜合測試結(jié)果表明，各硬件模塊功能完整、接口連接正確、響應(yīng)及時(shí)，系統(tǒng)具備良好的硬件運(yùn)行基礎(chǔ)。圖5.1實(shí)物圖5.2功能測試在系統(tǒng)各硬件模塊經(jīng)過完整連接與單獨(dú)測試的基礎(chǔ)上，對整體系統(tǒng)功能進(jìn)行了全面驗(yàn)證。測試內(nèi)容圍繞車輛入出場、車牌識(shí)別、車位引導(dǎo)、費(fèi)用計(jì)算、語音播報(bào)、屏幕顯示與云端數(shù)據(jù)交互等方面展開，覆蓋系統(tǒng)運(yùn)行全過程。通過模擬車輛通行、遮擋紅外、操作按鍵、網(wǎng)絡(luò)上傳等多種操作方式，評估系統(tǒng)響應(yīng)的準(zhǔn)確性、執(zhí)行的連貫性以及功能邏輯的完整性，確保系統(tǒng)在真實(shí)應(yīng)用場景下具有良好的穩(wěn)定性和實(shí)用性。5.2.1車輛入場識(shí)別測試測試開始前，將模型車牌設(shè)置為系統(tǒng)尚未記錄的號碼，模擬車輛初次駛?cè)胪＼噲龅那榫?。?dāng)車牌進(jìn)入K210識(shí)別范圍后，圖像識(shí)別模塊準(zhǔn)確獲取圖像信息，并迅速識(shí)別出車牌字符。識(shí)別結(jié)果通過串口發(fā)送至STM32主控，主控根據(jù)識(shí)別內(nèi)容判斷車輛為首次入場。此時(shí)，系統(tǒng)同時(shí)啟動(dòng)多項(xiàng)聯(lián)動(dòng)操作：舵機(jī)執(zhí)行開啟動(dòng)作以模擬道閘抬起；語音模塊播報(bào)識(shí)別到的車牌號并提示“入場成功”；TFT彩色顯示屏同步顯示車牌號、當(dāng)前時(shí)間與“車輛入場”標(biāo)識(shí)。測試過程中，識(shí)別模塊能夠穩(wěn)定識(shí)別常見車牌號，主控邏輯判斷準(zhǔn)確，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間短，聯(lián)動(dòng)功能啟動(dòng)順暢，說明車輛入場流程功能實(shí)現(xiàn)完整、可靠性較高。5.2.2車位引導(dǎo)功能測試在車輛完成入場識(shí)別后，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入車位引導(dǎo)狀態(tài)。紅外傳感器根據(jù)當(dāng)前各車位遮擋情況判斷車位占用狀態(tài)。當(dāng)檢測到第一個(gè)車位無車輛遮擋時(shí)，系統(tǒng)控制TFT屏顯示“請停入1號車位”，語音模塊同時(shí)播報(bào)引導(dǎo)信息。隨后將模型車停放于該車位，紅外對管被遮擋，STM32主控接收到低電平信號，立即判斷該車位已被占用，更新顯示內(nèi)容為“1號車位已占用，請停入2號車位”，語音同步變更。測試多次切換遮擋車位順序，系統(tǒng)均能準(zhǔn)確識(shí)別車位狀態(tài)并實(shí)時(shí)刷新引導(dǎo)信息。無論紅外狀態(tài)變化順序如何，主控均能根據(jù)當(dāng)前實(shí)際情況自動(dòng)調(diào)整引導(dǎo)策略，反映系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)環(huán)境下的判斷能力與狀態(tài)同步機(jī)制具備較強(qiáng)的穩(wěn)定性。5.2.3車輛出場與費(fèi)用計(jì)算測試在車輛入場一段時(shí)間后重新駛?cè)胱R(shí)別區(qū)域，K210識(shí)別模塊再次識(shí)別車牌號，STM32主控比對車牌記錄，確認(rèn)該車牌已存在，系統(tǒng)判斷為出