緒論課題研究背景和意義中國城市的發(fā)展速度快，趨向于現(xiàn)代化。城市中汽車每年以龐大的數(shù)量增加[1-2].，對于日常的出行出勤，汽車已然成為首要之選。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2018年我國汽車保有量2.40億輛，與2017年相比，同比增加2285萬輛，增長率高達(dá)10.38%，增速驚人。而我國機動車保有量超過100萬輛的城市就有49個,超過200萬輛的城市多達(dá)19個，一些人口流動性大的城市如北京、上海、深圳、蘇州的注冊車輛數(shù)量超過300萬輛，部分城市的機動車保有量年均增長率甚至超過20%[3]。從全球的視角看,我國機動車總數(shù)僅排美國之后，高居全球第二的位置[4]。在龐大的機動車數(shù)量和以及其快速增長的情況下，我國的交通狀況也面臨著巨大的壓力[5]。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國停車位需求量巨大，車輛亂停亂放引起交通擁堵、交通事故不斷增加、路網(wǎng)利用率低下、停車泊位缺乏等問題已然成為制約我國城市交通發(fā)展的屏障。人們在駕車出行時經(jīng)常會遇到停車難現(xiàn)象[6]。試想，如果一輛汽車如果遠(yuǎn)不能達(dá)到一個停車位的標(biāo)配，那么停車難是必然的。由于現(xiàn)在城市土地的價格飛速上漲,在城市規(guī)劃中，無論是社區(qū)還是公共場所，停車場只占很少的一部分的土地，因此，在城市中新建停車場有著很高的成本，想要大規(guī)模的建立停車場基本是很難實現(xiàn)的。一般來說，大規(guī)模的停車場可容納幾百甚至幾千輛車，想要準(zhǔn)確的尋找車位是否有空余車位會很困難。當(dāng)駕駛員開車進(jìn)入停車場的時候，不知道哪個地方會有空車位，就會在停車場里面四處尋找車位，若該停車場內(nèi)沒有空余的車位，還要開出停車場，尋找下一個停車場的車位，這樣不僅費時費力，而且會影響停車場的通行效率。設(shè)想一種情形，駕駛員在某商場或者人流密集的地方，能夠提前知道停車場的車位數(shù)量，通過空車位數(shù)據(jù)在停車場入口顯示數(shù)量，那么管理人員就可以實時知道停車場的整體車位停放情況，這樣一來，既能提高管理人員效率，也能節(jié)省駕駛員尋找車位的時間，不會花費時間尋找已經(jīng)被占用了的車位，毋庸置疑是大大減少了尋找車位的時間。課題研究的國內(nèi)外現(xiàn)狀發(fā)達(dá)國家的經(jīng)濟總量大，增速快，科學(xué)發(fā)展技術(shù)的水平也比我國早，所以停車難現(xiàn)象早已成為了他們必須面對的棘手問題。隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，發(fā)達(dá)國家把計算機應(yīng)用投入到智能交通中來，運用計算機科學(xué)技術(shù)和智能化的管理信息系統(tǒng),緩解交通壓力[9]，發(fā)展程度相對來說是成熟的，多種功能停車場管理系統(tǒng)應(yīng)運而生。發(fā)達(dá)國家很多城市對于智能停車場管理系統(tǒng)的應(yīng)用也較為常見，以新加坡、英國、意大利等國家的智能停車場管理系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀為例進(jìn)行研究[10]。新加坡把注意力放在JAVA語言的公共智能化停車場管理系統(tǒng)，通過系統(tǒng)可以限制私人汽車出行，收費對象主要針對早高峰期間的車輛[11]，實施對高峰車輛收費的系統(tǒng)，能有效減少私人車出行，減少車輛擁堵，緩解停車問題。英國倫敦以系統(tǒng)開發(fā)的框架是SSH框架，在系統(tǒng)內(nèi)可以展示所有地區(qū)的停車場位置、收費情況、停車數(shù)量等情況,車主能夠提前預(yù)訂自己想要的停車位,也可以預(yù)訂停車時間，為人們尋找停車場節(jié)省了大量時間[12]，有效減少人力物力的管理和費用。意大利致力于C#語言開發(fā)，為車主提供手機支付功能，通過智能停車管理系統(tǒng)能夠隨時變更或終止停車的時間人性化的停車過程提升了用戶體驗[13]。很多時候人們并不知道車輛會停放多長時間，智能化的停車系統(tǒng)能延長或減少停車的時間。國內(nèi)的停車場還是只是處于起步階段，由于國內(nèi)技術(shù)水平與發(fā)達(dá)國家相比仍存在一定的差距，導(dǎo)致國內(nèi)的智能停車場管理系統(tǒng)發(fā)展相對比較落后[14]。最近幾年，在政府的鼓勵下，很多城市開始加強對城市配套設(shè)施建設(shè)中停車場管理系統(tǒng)的研究,這一舉措為我國的交通發(fā)展起到帶動性效果[15]。2015年，國內(nèi)已有城市推出停車管理系統(tǒng)，例如北京、上海、武漢等，其中，總部位于北京的智能停車企業(yè)ETCP影響力最大。ETCP提供了一站式的停車付費服務(wù)，在一些發(fā)達(dá)商業(yè)中心率先得到應(yīng)用，比如廣州中心城區(qū)的麥德龍?zhí)旌拥昱c上海市長城大廈等，明顯地改善了商場停車場的運行效率[16-17]。2016年，中國臺灣遠(yuǎn)東科技大學(xué)申請了“結(jié)合車輛通訊之尋找停車位方法及其系統(tǒng)”發(fā)明專利，運用車聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)，建立車與車之間的聯(lián)系，并可以相互傳輸信息。一臺車需要停車時，就會發(fā)出尋找空余的停車位的信息，再將這條信息向周圍的汽車傳達(dá)，周圍的汽車在接收到該信息后，先尋找其周圍是否有空閑車位，如果有則將該信息返回到第一臺車，如果沒有則又將該信息廣播到其他車輛，直到找到空閑車位為止[18]。如今，國內(nèi)的一些人流量大的城市如北京、上海、廣州等建立了一些停車場管理系統(tǒng)，但是很多二三線城市智能停車場管理系統(tǒng)還僅僅是對出入口處建立道閘，取卡機和收費亭，并不能實時顯示場內(nèi)車位數(shù)量，穩(wěn)定可靠的讓車輛進(jìn)出停車場，造成停車效率低下。發(fā)展趨勢綜合國內(nèi)外的研究，從智慧停車系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀研究，再到不同國家、不同城市智慧交通系統(tǒng)的應(yīng)用實踐，國內(nèi)外學(xué)者的研究集中于城市智能交通領(lǐng)域的建設(shè)與發(fā)展，尤其是重視技術(shù)的研發(fā)與模型的設(shè)計，不斷探索適宜于不同城市的智能交通系統(tǒng)方案，停車場逐漸加入了智能因素，呈現(xiàn)出新的發(fā)展趨勢。主要有：A.提高服務(wù)水平，初步實現(xiàn)無人化管理。傳統(tǒng)的停車場由人工進(jìn)行管理，不僅勞動力成本高，而且不同停車場的管理方法也不統(tǒng)一，學(xué)習(xí)了一些國外停車場的發(fā)展經(jīng)驗，基本都實現(xiàn)了智能的無人化管理，自動化的因素在停車場越來越能得到體現(xiàn)，最終實現(xiàn)無人化管理，提供服務(wù)質(zhì)量[20]。B.減少了停車壓力，帶給車主更多的方便。C.采用車位檢測的方式，更加高效管理。2系統(tǒng)總體設(shè)計2.1設(shè)計目標(biāo)和總體方案此次設(shè)計是通過比較地感線圈，壓力電容式傳感器，超聲波探測器，紅外傳感器等檢測車位的方法，紅外傳感器結(jié)構(gòu)簡單明了，經(jīng)濟方便，實現(xiàn)起來較方便，抗擾動能力強，幾乎不會因為周圍環(huán)境的差別而產(chǎn)生不同的結(jié)果，所以用紅外傳感器感應(yīng)車位。此次的目標(biāo)是建立一個停車場管理系統(tǒng)，選擇適當(dāng)單片機，編寫對應(yīng)的程序，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性能和準(zhǔn)確性能。系統(tǒng)在入口和出口各放置一個紅外傳感器，能夠?qū)崟r檢測車位，使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定工作。設(shè)計目標(biāo)：根據(jù)停車場內(nèi)的數(shù)量，實時計算還能停放的車位數(shù)。出入口紅外傳感器低電平檢測車位，步進(jìn)電機完成一次升降，能可靠的完成車輛進(jìn)出。顯示屏顯示有無停放場地以及車輛進(jìn)、出停車場狀態(tài)。總體方案圖2.1：圖2.1：總體方案2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計硬件設(shè)計：我們設(shè)計的系統(tǒng)的特點是自動，實時顯示。這個實時顯示的硬件的組成由E18-D80NK漫反射式紅外避障傳感器光電開關(guān)，信號處理，液晶顯示屏和控制電路組成，紅外傳感器用來感應(yīng)車位同時計數(shù)，信號處理是用步進(jìn)電動機使得起落桿及時升降，控制電路由驅(qū)動電路以及機械結(jié)構(gòu)來完成實時顯示。軟件設(shè)計：軟件設(shè)計的核心環(huán)節(jié)是以單片機為中心，一有車輛進(jìn)出，紅外傳感器和步進(jìn)電動機就工作并發(fā)出指令驅(qū)動控制模塊，完成車輛進(jìn)出。綜上所述，本次設(shè)計采用的具體方案A.是在有車進(jìn)來時，入口紅外傳感器檢測到車進(jìn)來，計數(shù)器加1，開啟起落桿，同時用LCD1602在停車場入口顯示IN和實時停車場車位剩余數(shù)量。如果車位已滿，紅外傳感器即使檢測到有車位，起落桿也不會開啟。B.在有車出去時，出口紅外傳感器檢測到車出去，計數(shù)器減1，同時用LCD1602在停車場入口顯示OUT和實時停車場車位剩余數(shù)量。C.硬件和軟件部分能精確配合，高效穩(wěn)定工作?？傮w方案：下圖2.2分別是車輛進(jìn)和車輛出時圖2.2：車輛進(jìn)圖2.3：車輛出2.3設(shè)計流程本次設(shè)計在翻閱了大量資料后，建立了一個停車場管理系統(tǒng)的模型，硬件部分主要是單片機，紅外傳感器，步進(jìn)電動機，顯示器的選擇。軟件部分則是各硬件部分的程序設(shè)計，通過設(shè)計，編寫，仿真程序，單片機下載程序后，進(jìn)行調(diào)試，若軟硬件出現(xiàn)故障，那么修改軟硬件出現(xiàn)的問題，在軟硬件都順利執(zhí)行后，觀察結(jié)果是否滿足要求，如果不能滿足要求，繼續(xù)修改軟硬件，直到都完成各項指標(biāo)后，設(shè)計完成。圖2.4設(shè)計流程圖3系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計3.1電源模塊STC89C52的PIN40即VCC端是電源輸入，接+5V直流電源，PIN20即GND端，接地線。直流穩(wěn)壓電源用途廣泛，例如在國防、科研、教學(xué)、民用設(shè)備等領(lǐng)域。如圖3.1所示：圖3.1單片機電源模塊3.2單片機最小系統(tǒng)3.2.1單片機所謂的單片機是一種集成式芯片，內(nèi)部含有處于核心位置的中央處理器CPU，而CPU中包含運算器和控制器，有隨機讀寫存儲器RAM和只讀存儲器ROM的存儲器、輸入輸出接口、中斷及定時器或計數(shù)器模塊，有的還包含顯示電路、脈寬調(diào)制電路PWM、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊等，這些器件功能集成到一塊硅片上，配置成一個小型但功能完善的微型計算機系統(tǒng)，不僅所占的體積小，而且功能十分強大，在控制領(lǐng)域得到了廣泛的使用。隨著科技的發(fā)展，強大的單片機系統(tǒng)又有將聲畫、網(wǎng)絡(luò)、多路輸入輸出的系統(tǒng)集成在一塊芯片上的能力，上世紀(jì)80年代以來，由4位、8位單片機，逐步發(fā)展到現(xiàn)在的300M的高速單片機。單片機小巧靈活，相比較于專用處理器來說，嵌入式系統(tǒng)更加適合用單片機來構(gòu)造，因此單片機的應(yīng)用廣泛。由于單片機龐大的數(shù)量，當(dāng)之無愧的成為了世界上數(shù)量最多的微型計算機。生活中，幾乎每件電子產(chǎn)品中都會有單片機的身影，對于手機、電子玩具、鼠標(biāo)等小型配備來說會有1-2個單片機，像汽車這樣的設(shè)備有40多部單片機，非線性或其他復(fù)雜的工業(yè)控制中，甚至有數(shù)百臺單片機，這些單片機甚至可以同時工作，如今幾乎沒有哪個領(lǐng)域是沒有單片機的蹤跡的。又例如計算機的數(shù)據(jù)通訊，智能IC卡，保護(hù)隱私的安全保障系統(tǒng)等等，這些都需要單片機的參與，更不用說自動控制相關(guān)的機器人、智能儀表等智能設(shè)備了。學(xué)習(xí)單片機是了解計算機原理接口與結(jié)構(gòu)的快速方法和便捷途徑，最初的單片機芯片內(nèi)僅有CPU的處理器，大致來說：一塊芯片就是一臺微處理器，它有著質(zhì)量輕、價格便宜的，擴展性好的優(yōu)點，能夠幫助學(xué)習(xí)和實際應(yīng)用，減少系統(tǒng)開發(fā)的難度。最早的實現(xiàn)方法是在一個芯片中，加入一些外圍設(shè)備，將CPU與外部設(shè)備集成在一起，這樣使得計算機系統(tǒng)更小，更容易集成既復(fù)雜又對體積有著嚴(yán)格把控的控制設(shè)備當(dāng)中。但單片機只是微控制器的基礎(chǔ)構(gòu)架，生產(chǎn)商不可能為每一個用戶進(jìn)行適合用戶的二次開發(fā)，這樣在實際的生產(chǎn)中不可能大規(guī)模的運用，基本的單片機具有微控制器所需要的基本功能，因此我們在選擇時，要根據(jù)自己具體的需求來選擇適應(yīng)的型號，我們就能最大化的利用資源來進(jìn)行開發(fā)。單片機的主要特性如下：?8位CPU?4kbytes程序存儲器ROM(52為8K)?128位的數(shù)據(jù)存儲器RAM（52有256位）?32位I/O口總線?內(nèi)置4KBEEPROM，MAX810復(fù)位電路?3個16位定時器/計數(shù)器?4個外部中斷?1個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)?全雙工串行口?微控制器芯片上有振蕩器和時鐘發(fā)生電路，其微調(diào)電容最佳振蕩頻率是6M到12M?工作電壓：5V單片機5.5V-3.3V（3V單片機3.8V-2V）?工作頻率范圍：0-40MHz另外，STC89C52可在0Hz的工作頻率下進(jìn)行靜態(tài)邏輯操作，支持2種可以選擇節(jié)電模式。一是空閑模式，該模式下CPU暫停工作，但RAM、定時器/計數(shù)器、中斷、串口通信可繼續(xù)工作。二是掉電保護(hù)模式，特點是可保存RAM內(nèi)容，振蕩器，單片機停止工作，當(dāng)下一個中斷或硬件復(fù)位時，單片機恢復(fù)正常工作。下圖為單片機最小系統(tǒng)圖：圖3.2單片機最小系統(tǒng)3.2.2復(fù)位電路復(fù)位電路將電路系統(tǒng)恢復(fù)到初始狀態(tài)，程序執(zhí)行時，如果需要重新開始運行或者結(jié)束了一個階段的工作，就要使用復(fù)位電路。進(jìn)行復(fù)位時，默認(rèn)狀態(tài)下，振蕩器穩(wěn)定工作，RST引腳工作狀態(tài)是低電平。將復(fù)位RST引腳信號由低變?yōu)楦唠娖街?，高電平一段時間，一般是2us以上，接著單片機在RST引腳高電平有效的情況下，第二個CPU周期開始執(zhí)行內(nèi)部復(fù)位操作，并在RST變?yōu)榈碗娖角暗拿總€CPU周期中，反復(fù)執(zhí)行內(nèi)部復(fù)位操作，此時的RST信號不是穩(wěn)定的，要等到RST變?yōu)榉€(wěn)定的低電平，程序才從PC地址的0000H處執(zhí)行。了解到，復(fù)位電路分為手動復(fù)位和上電自動復(fù)位兩種形式，采用上電復(fù)位時，RST上電自動復(fù)位在單片機上電2個CPU即機器周期之后，開始執(zhí)行復(fù)位，停止復(fù)位操作是在斷電的時候，上電復(fù)位操作通過上接復(fù)位單元，接通、斷開電源來控制單片機，復(fù)位電路如下圖所示：圖3.3自動復(fù)位電路3.2.3晶振電路晶振電路在單片機中起著至關(guān)重要的作用，因為它用來提供單片機所需要的時鐘頻率。一般有兩種類型，無源晶振和有源晶振。無源晶振稱為晶體，有源晶振稱為振蕩器，有源晶振原理是利用石英晶體的壓電效應(yīng)，是一個比較完善的諧振振蕩器，有源晶振需要供電，無需連接其它硬件，只要供電，就可以自身產(chǎn)生振蕩頻率，還可以提供精準(zhǔn)度較高的頻率基準(zhǔn)，信號質(zhì)量也較好。無源晶振光靠本身不會發(fā)生振蕩，需要配合芯片里的振蕩電路一起工作才能起振，優(yōu)點是允許不同的電壓工作，但信號質(zhì)量和精確度跟有源晶振相比差一些，從價格方面來說，無源晶振的價格要比有源晶振的價格便宜許多。有無源晶振，電路中就有兩個電容，一般電容值的范圍是10-40pF，綜上該系統(tǒng)選擇無源晶振電路。圖3.4晶振電路3.3紅外數(shù)據(jù)采集電路3.3.1紅外傳感器本管理系統(tǒng)使用的是E18-D80NK-N紅外避障傳感器，它即可以發(fā)射又可以接收信號，是一種光電傳感器，發(fā)射光通過調(diào)頻調(diào)幅調(diào)相等方式調(diào)制后發(fā)出，接收信號端對反射光解調(diào)后輸出，這樣一來，可減少可見光的干擾。透鏡的存在，讓傳感器最遠(yuǎn)能檢測80厘米處的物體。各種顏色的物體由于紅外光特性，能將紅外接收輻射量的變化轉(zhuǎn)換為電量變化，因此有著不同的探測最大距離，白色物體可探測的距離最遠(yuǎn)，黑色物體可探測的距離最近，是通過尾部電位器旋轉(zhuǎn)方向來檢測障礙物體距離，上拉電阻值在1K左右，該傳感器探測距離遠(yuǎn)、價格便宜、可減少見光干擾，廣泛應(yīng)用于物體避障、流水線中計算物件數(shù)量等控制領(lǐng)域場合。圖3.5是實物圖：圖3.5實物圖3.3.2紅外傳感器工作原理紅外傳感器計數(shù)有對射和反射兩種方式，所謂對射是發(fā)射頭和接收頭位于中間位置，如果有物體通過，傳感器中光線就被遮擋一下，輸出一個脈沖信號，該脈沖信號會觸發(fā)計數(shù)電路。所謂反射是將發(fā)射端，接收端做在一起，構(gòu)造一個紅外探頭，當(dāng)探頭前面出現(xiàn)物體時，把發(fā)射端紅外線信號反射給接收端，探頭發(fā)送一個脈沖信號送給計數(shù)器計數(shù)。該系統(tǒng)使用的E18-D80NK-N是反射式傳感器，它的輸出是0和1，也就是數(shù)字電路中的低電平和高電平，當(dāng)感應(yīng)到障礙物的存在時，是低電平輸出，而正常狀態(tài)是高電平輸出。如果檢測到車位，無論時入口還是出口，指示燈都會變成紅色，再運用中斷，連接紅外接收電路與計數(shù)電路，計數(shù)輸岀端口與數(shù)碼管相連，通過數(shù)碼管的變化顯示進(jìn)出數(shù)目。當(dāng)有車輛進(jìn)出時，兩個紅外傳感器分別檢測到低電平，反饋給數(shù)碼管，實施實時計數(shù)功能。3.4步進(jìn)電機驅(qū)動電路3.4.1步進(jìn)電機此次設(shè)計的系統(tǒng)是需要在入口加一個起落桿，以滿足車輛穩(wěn)定的進(jìn)入停車場，當(dāng)車位不滿時，起落桿會動作，旋轉(zhuǎn)90°車輛順利進(jìn)入停車場。此系統(tǒng)步進(jìn)電機的工作原理是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻嵌壬系奈灰菩盘?，是一種開環(huán)的控制器件，給定一個信號就輸出一個信號，即有車來就開啟起落桿，無需反饋信號減少控制偏差。正常運行沒有超載時，電機轉(zhuǎn)速，起停位置，旋轉(zhuǎn)方向，角度都只取決于脈沖信號的數(shù)量和頻率，并不會因為負(fù)載變化受到影響，即只要給電機加脈沖信號，電機就會旋轉(zhuǎn)一定的步距角，加上步進(jìn)電機只存在周期性的誤差，并沒有累積誤差的特點，步進(jìn)電機用在控制速度、位置等領(lǐng)域是簡單可靠也是可行的。步進(jìn)電機的優(yōu)點：1.繞組激磁的存在能夠讓電機停轉(zhuǎn)時有最大電磁轉(zhuǎn)矩2.電機的響應(yīng)僅由一個輸入信號決定，沒有多余的干擾信號和輸入信號，這個輸入信號是數(shù)字輸入脈沖，所以電機采用開環(huán)控制，使得電機的結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定可靠，不像閉環(huán)控制會出現(xiàn)穩(wěn)定性問題，而且比較節(jié)省成本3.每次運行的精度控制在3%到5%之內(nèi)，誤差信號不會累計，有較好的位置精度，可反復(fù)運動4.速度與脈沖頻率成正比，轉(zhuǎn)速范圍比較大5.電機組成中沒有電刷，有較高的可靠性3.4.2步進(jìn)電機控制方式通過單片機STC89C52對四相步進(jìn)電機控制時，作為步進(jìn)電機的控制信號，要用到輸入輸出接口以輸出具有時序固定的方波，TTL電平無法直接驅(qū)動電機，采用74LS373進(jìn)行過渡，必須增加許多寄存器才能驅(qū)動，驅(qū)動電路經(jīng)過轉(zhuǎn)化之后，才能連接到步進(jìn)電機上。ULN2003耐壓值高，電流大，因此考慮電機驅(qū)動芯片ULN2003來驅(qū)動步進(jìn)電機。四相步進(jìn)電機有以下3種運行方式：四相單四拍，通電順序為A—B—C—D—A；四相八拍，通電順序為A—AB—B—BC—C—CD—D—DA—A;四相雙四拍,AB—BC—CD—D—DA—AB。3.4.3步進(jìn)電機驅(qū)動電路電機操作的關(guān)鍵步驟之一是對零點，此零點是參考零點，是進(jìn)行位置和角度控制的基準(zhǔn)點，上電后首先將電機歸零，電機一開始按某種方向任意角度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，如果收到特定程序就立即控制電機，實現(xiàn)電機的停止運動，然后準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)，再控制電機運行。步進(jìn)電機是能夠感應(yīng)的，工作原理是利用電磁學(xué)原理，將電能轉(zhuǎn)換為機械能，直流電轉(zhuǎn)化為分時供電，多種相序以及時序控制的一種電流，是一種能為步進(jìn)電機供電的方式，讓步進(jìn)電機得以正常工作，驅(qū)動器就是提供分時供電的控制器。步進(jìn)電機廣泛的應(yīng)用在生活中的很多場合，但步進(jìn)電機的使用還是有其局限性的。有雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路控制系統(tǒng)，是使用步進(jìn)電機的先決條件。同時步進(jìn)電機有較高的電流電壓，步進(jìn)電機的外殼并也沒有采用鋁合金外殼去處理磁屏蔽信號，因此會有電源的干擾，為消除步進(jìn)電機帶來的電源干擾，需要在驅(qū)動器上加濾波電容。電路如圖3.6所示：圖3.6步進(jìn)電機驅(qū)動電路3.5LCD1602顯示電路3.5.1LCD1602顯示器本系統(tǒng)選用LCD1602字符型液晶，最多可以同時顯示16*02的字符數(shù)。與點陣型的區(qū)別是，LCD1602只顯示某些特定字符，在單片機系統(tǒng)中，這種液晶顯示器的使用是最廣泛的，優(yōu)點是小體積、低功耗，經(jīng)濟，所以LCD日漸成為各種便攜式電子產(chǎn)品的理想顯示器，LCD1602芯片的工作電壓為4.5-5.5V，工作電流為2.0mA，模塊最佳工作電壓為5.0V。LCD1602為標(biāo)準(zhǔn)的16管腳。V0端為液晶顯示偏壓信號端，液晶對比度可以用滑動變阻器調(diào)節(jié)，RS為數(shù)據(jù)/命令選擇端，當(dāng)進(jìn)行命令傳送時，默認(rèn)低電平，進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取時，默認(rèn)高電平。R/W為讀寫選擇端，EN為始能信號端，發(fā)送高脈沖。其內(nèi)部有限流電阻，防止有燒壞的危險。電路如下所示?；窘Y(jié)構(gòu)如圖3.7所示，實物圖如圖3.8所示：圖3.7LCD基本結(jié)構(gòu)圖3.8LCD顯示屏實物圖3.5.2LCD工作原理LCD一個字符是由6×8或8×8的點陣組成，由此可見，具有較復(fù)雜的顯示方式，正常顯示時，需要找到顯示屏幕上對應(yīng)位置的讀寫存儲器區(qū)的8個字節(jié)，8個字節(jié)的每一個字節(jié)對應(yīng)位置如果不同則為1，相同則為0，1是點亮的狀態(tài)，0是不顯示亮度，這樣就能組成各種各樣的字符。對于自身就帶有字符器的控制器來說，顯示字符的方式就快捷方便一點了，讓控制器工作在文字方式下，根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號和行列數(shù)找出顯示讀寫存儲器對應(yīng)的地址，設(shè)置光標(biāo)位置后，設(shè)定該字符對應(yīng)的代碼便可完成字符的顯示。LCD本身不發(fā)光，背光的加入可以讓LCD在黑暗的環(huán)境下發(fā)光。沒有通電時，液晶是無序排列，光線透過偏光片跟著液晶做90度扭轉(zhuǎn)，穿過下方偏光片，顯示白色。通電時，液晶是有序排列，光線透過偏光片，再通過液晶，最后被下方的偏光片遮擋，顯示黑色。LCD1602液晶內(nèi)部模塊控制器一共有11條控制指令，如下表所示表1LCD控制指令3.5.3LCD驅(qū)動電路打開LCD顯示器時，首先第一行顯示總車位數(shù)，第二行顯示剩余車位數(shù)，以及進(jìn)出狀態(tài)是IN還是OUT。從驅(qū)動方面說，LCD的驅(qū)動與LED驅(qū)動的相同點是驅(qū)動很大，不同點在于LED只需要通入直流電，然后點亮就可以，但LCD需要的是交流信號將其驅(qū)動，直流電方式會使液晶材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，帶來的是電極老化，減少液晶壽命，所以采用LCD顯示器，電路圖如圖3.9所示：圖3.9LCD驅(qū)動電路模塊3.6外圍電路設(shè)計3.6.1獨立按鍵電路 單片機組成的微小系統(tǒng)中，人機交互是基本功能，用于研究人與計算機相互交流，進(jìn)行通信，而按鍵是最常見的輸入方式。該系統(tǒng)第一個按鍵用來增加或減少總車位，按下第一個按鍵時，此時按下第二個跟第三個按鍵分別增加或減少車位。按下第二個鍵是手動控制開啟起落桿，車位數(shù)不會改變，按下第三個鍵是恢復(fù)總車位數(shù)數(shù)量。如圖3.10所示：圖3.10按鍵電路模塊3.6.2限位開關(guān)電路為判斷起落桿上升時是否到達(dá)了極限位置，當(dāng)?shù)竭_(dá)了極限位置，限位開關(guān)發(fā)出動作，將信號傳給STC89C52單片機，讓其發(fā)出指令，步進(jìn)電機停止正轉(zhuǎn)，下降時同理，步進(jìn)電機停止反轉(zhuǎn)。系統(tǒng)通過兩個限位開關(guān)將起落桿的位置范圍控制到0-90°，限位開關(guān)最重要的作用是保護(hù)控制機械設(shè)備行程，防止位移量過大，造成系統(tǒng)損壞。限位開關(guān)體積小，靈敏度高，經(jīng)濟實惠，穩(wěn)定性好，所以被大量使用在單片機系統(tǒng)中，如圖3.11所示：圖3.11限位開關(guān)模塊4系統(tǒng)軟件模塊設(shè)計4.1紅外傳感器子程序兩個紅外開關(guān)分別檢測進(jìn)口和出口的車位狀態(tài)，當(dāng)剩余車位數(shù)小于總車位數(shù)時，默認(rèn)低電平能檢測到車位。流程圖如下：圖4.1紅外傳感器流程圖主要程序如下： if(shengche>0&&shengche<=zongche) { if(hongjin==0&&open_close==1) { if(one==1) { one=0; jinche++; open=1; jin_flag=1; } } if(shengche>=0&&shengche<zongche) { if(hongchu==0&&open_close==1) { if(two==1) { two=0; chuche++; open=1; chu_flag=1; 4.2步進(jìn)電機子程序步進(jìn)電機用來驅(qū)動起落桿的升降。當(dāng)紅外傳感器檢測到車位時，電機先正轉(zhuǎn)，開啟起落桿，車輛進(jìn)入停車場時，電機反轉(zhuǎn)，關(guān)閉起落桿。完成一次車輛的進(jìn)出。圖4.2電機流程圖主要程序如下：voidZhengZhuan(){ unsignedintz,loop; if(open_flag==1) { for(z=0;z<QuanShu;z++) { P2&=0xF0; P2|=zz[loop]; loop=(loop+1)%8; delay(100); // } open_flag=0; z=0; loop=0; open=0; }}反轉(zhuǎn)同理4.3LCD子程序LCD液晶顯示屏所起的作用在本系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用，顯示實時車位數(shù)和車輛進(jìn)出狀態(tài)，直觀的看到停車場的情況。初始化結(jié)構(gòu)圖如下：圖4.3LCD初始化主程序如下：voidLCD1602_writebyte(uchar*prointer){while(*prointer!='\0'){LCD1602_write(1,*prointer);prointer++;}}5proteus仿真測試5.1系統(tǒng)仿真方案當(dāng)完成原理圖和PCB圖的制作以后，也在keiluvison里完成了程序的編寫，接著就需要對本次設(shè)計的產(chǎn)品進(jìn)行仿真，驗證方案是否可行，是否能達(dá)到預(yù)期的效果。在proteus工程下，畫好仿真圖，給單片機下載好程序，點擊左下角開始仿真，系統(tǒng)啟動并默認(rèn)在自動模式中運行，該軟件給予我們很好的鍛煉。例如程序以及硬件的設(shè)計，而且能事先對理論方案進(jìn)行確認(rèn)，以及實驗方案是否有效。具體仿真過程：先導(dǎo)入程序，開始仿真，開啟按鍵電路的第一個按鍵，再按下第二個按鍵，每按一次第二個按鍵，可以看到顯示屏上的總車位數(shù)和剩余車位數(shù)都加上了1，如果按下第三個按鍵，每按一次第三個按鍵，此時的顯示屏的總車位數(shù)和剩余車位數(shù)會減去1，再按紅外傳感器的入口按鈕，電動機先正轉(zhuǎn)后反轉(zhuǎn)，顯示屏剩余車位數(shù)減一，同理，按下紅外傳感器的出口按鈕，電機先正轉(zhuǎn)后反轉(zhuǎn)，也完成了一次車輛進(jìn)出。圖5.1proteus仿真結(jié)果圖5.2程序仿真問題圖5.2錯誤1該錯誤定位到第52行，程序錯誤顯示'Byte':undefinedidentifier，經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)Byte未定義，將Byte改成byte后，該部分再沒有報錯。圖5.3錯誤2程序錯誤發(fā)生在105行附近，顯示syntaxerrornear'if'，發(fā)現(xiàn)key2_flag=0后面少加了一個分號，加了分號后，解決了這部分的問題。圖5.4錯誤3程序錯誤在161行，顯示syntaxerrornear'='和syntaxerrornear')'發(fā)現(xiàn) if(hongjin=0&&open_close=1)C語言中等于號是賦值，雙等號是關(guān)系運算符，改為兩個雙等號后，該部分正常運行。 圖5.5錯誤4程序錯誤發(fā)生在267行，顯示syntaxerrornear';'，發(fā)現(xiàn)定義語句類型時無需加分號，去掉分號后，該部分沒有顯示錯誤。6實物測試及分析本設(shè)計的要求是；根據(jù)有效的停車空間，能計算出剩余的車位數(shù)量，能夠?qū)崟r的顯示停車庫里面的車位數(shù)量，還能夠自動可靠的完成車輛的進(jìn)出。由于系統(tǒng)默認(rèn)工作在自動模式下，連接電源，按下啟動按鈕，按下按鍵，顯示出總車位數(shù)。用手指模擬車輛，當(dāng)紅外開關(guān)感應(yīng)到手指，就發(fā)出低電平信號，如果車輛進(jìn)入停車場，電機升降一個來回，即正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)各一次，各維持三秒，顯示屏車位數(shù)減一，并顯示IN；當(dāng)車輛駛出停車場，電機升降一個來回，顯示屏車位數(shù)加一，并顯示OUT，當(dāng)剩余車位數(shù)為0時，升降桿不會上升和下降，能夠可靠的完成車輛的進(jìn)出。下圖是實物圖：圖6.1實物圖7結(jié)束語這次設(shè)計是停車場管理系統(tǒng)的設(shè)計，可以實現(xiàn)顯示停車場剩余車位數(shù)量。系統(tǒng)是在單片機STC89C52的基礎(chǔ)之上，利用兩個紅外傳感器分別檢測出入口的車位狀態(tài)，單片機將處理后的數(shù)字脈沖信號傳輸給步進(jìn)電機的驅(qū)動芯片ULN2003，該驅(qū)動電路驅(qū)動步進(jìn)電機進(jìn)行步距角的調(diào)整來使整個裝置做出相應(yīng)動作，從而電動機正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)起落桿的升降，在車輛進(jìn)來或出去的過程中，顯示屏顯示實進(jìn)出時狀態(tài)，按鍵電路的加入能夠增加或減少總的車位數(shù)，提高靈活性能。此次畢業(yè)設(shè)計，讓我對重拾以前實驗課的知識，對不牢固的內(nèi)容又加深了理解。硬件電路設(shè)計從構(gòu)思到成品，花費了很多找資料的時間。重新看了單片機的知識，了解了單片機的結(jié)構(gòu)和運行程序。以前實驗課的內(nèi)容是給定器件進(jìn)行程序編寫，沒有了解器件特性。所以這次制作制作實物我體會到了成品的不易，PCB圖和仿真圖繪制方法記憶不深，這次也重溫了畫圖知識。當(dāng)然要先懂得器件每