基于can总线的停车场智能引导系统 智能电子毕业论文

学生毕业论文（设计）题目基于CAN总线的停车场智能引导系统姓名邹敏学号2010540630139系部电子信息工程系专业智能电子指导教师钟新跃职称副教授2012年11月17日长沙师范专科学校教务处制长沙师范学校毕业论文（设计诚信承诺书本人慎重承诺我所撰写的论文（设计）基于CAN总线的停车场智能引导系统是在老师的指导下自主完成，没有剽窃或抄袭他人的论文或成果。如有剽窃、抄袭，本人愿意为由此引起的后果承担相应责任。毕业论文（设计）的研究成果归属学校所有。学生签名2012年11月17日基于CAN总线的停车场智能引导系统电子信息工程系智能电子学生姓名邹敏指导教师钟新跃摘要为了提高停车场的信息化和智能化管理水平,提出了基于CAN总线的停车场智能引导系统,系统分三级管理层,每一级的节点均采用嵌入式处理器LPC2129作为控制核心,利用超声波测距模块HCSR04检测车位和车道上的车辆有无当有车辆驶入停车场的每个交叉路口时,会自动触发车辆引导管理器并向中央控制器发送信号,中央控制器根据当前停车场的使用情况运算得出最优空车位,并反馈行驶路线给车辆引导管理器,通过LED屏显示指示箭头引导车辆,大大提高了停车场车位的使用率,降低了管理成本；当车辆泊入或者泊出车位时,车位发布管理器会及时更新LED屏上的剩余车位数量等信息同时该系统为其他高级停车场综合管理系统集成和扩展提供了方便的功能接口,具有很好的开放性关键词停车场管理，超声波探测，CAN总线，智能引导CANBUSBASEDINTELLIGENTPARKINGGUIDANCESYSTEMSTUDENTMAJORINGINOFELECTRONICINFORMATIONENGINEERINGNAMEZOUMINTUTORZHONGXINYUEABSTRACTINORDERTOIMPROVETHEPARKINGINFORMATIONANDINTELLIGENTMANAGEMENTLEVEL,ISPROPOSEDBASEDONCANBUSINTELLIGENTPARKINGGUIDANCESYSTEM,THESYSTEMPOINTSLEVEL3MANAGEMENT,EACHLEVELNODEADOPTSEMBEDDEDPROCESSORLPC2129ASCONTROLCORE,USINGTHEULTRASONICRANGINGMODULEHCSR04DETECTIONPARKINGANDTHEDRIVEWAYVEHICLESHAVEWHENACARINTOTHEPARKINGLOTEVERYCROSSROADS,WILLAUTOMATICALLYBETRIGGEREDVEHICLEGUIDEMANAGERANDTOCENTRALCONTROLLERSENDSASIGNAL,THECENTRALCONTROLLERACCORDINGTOTHECURRENTSITUATIONTHATTHEUSEOFTHEPARKINGLOTCOMPUTINGTHEOPTIMALEMPTYPOSITION,ANDFEEDBACKDRIVINGROUTETOVEHICLEGUIDEMANAGER,THROUGHTHELEDSCREENDISPLAYINDICATINGARROWLEADVEHICLE,GREATLYIMPROVINGTHEPARKINGLOTPARKINGUTILIZATIONRATE,REDUCETHEMANAGEMENTCOSTWHENVEHICLESORBERTHDOCKINGWITHTHEDRIVINGPOSITION,PARKINGRELEASEMANAGERWILLUPDATELEDSCREENONTHERESIDUALPARKINGNUMBERINFORMATIONATTHESAMETIME,THISSYSTEMFOROTHERSENIORPARKINGLOTINTEGRATEDMANAGEMENTSYSTEMINTEGRATIONANDEXTENSIONPROVIDESCONVENIENTFUNCTIONINTERFACE,HASTHEVERYGOODOPENKEYWORDTHEPARKINGLOTMANAGEMENT,ULTRASONICDETECTION,CANBUS,INTELLIGENTGUID目录摘要3关键词3ABSTRACT4KEYWORD4一、绪论611区位车位引导系统概述6二、系统设计要求及结构612系统设计要求622引导系统系统结构及功能简介7三、主要功能731分级管理权限732报警733自动数据采集734图形化的监控模块835智能化的引导逻辑836车位预定837研究确定系统管理结构；8四、系统总体构成841车位引导系统结构框图8五、车位引导控制系统951车位引导系统952超声波车位探测1153车位灯分类指引1254空车位区域动态引导1355空车位数实时显示1356反向寻车标记14六、CAN应用层协议设计1561CAN应用层协议1562初始化程序1563发送数据帧子程序1664发送远程帧1765接收程序18七、结束语20八、致谢20、绪论11区位车位引导系统概述伴随着我国信息事业的蓬勃发展，一方面，计算机技术、自动化控制技术和数据传输技术在近些年来都得到了非常迅速的发展,各项信息事业方兴未艾、各种身份识别载体日趋丰富；而另一方面，由于生活水平与安全防范意识的提高，使得人们对于停车管理的安全性和泊车的便利性都产生了新的需求。停车场管理系统除了进行进出通道管理之外，如何引导司机方便的泊车也是停车管理的重要组成部分，本方案通过强化停车场进出通道的安全管理、场内车位引导等方面来阐述一个完整意义上的智能化停车场系统。目前市场上现有的停车管理系统很多都是简单的对停车场进出通道的管理，而实际上，一个完整的停车场管理系统还应该包括车位引导、区位引导和安全控制等要素。区位车位引导系统主要用于对进出停车场的停泊车辆进行有效引导和管理，是停车场管理系统的有力补充，构成智能化更高的停车场管理系统。该系统可实现泊车者方便快捷泊车，使停车场车位管理更加规范、有序，提高车位使用率，该车位采用复合车辆探测技术，对每个车位的占用或空闲状况进行可靠检测。根据车库具体情况，在车库入口处设置车位信息显示屏，动态的显示车库内各相应区域的车位剩余数量以及车位的占用等情况。在每个区域设置区域车位信息显示屏，该显示屏可根据车辆的进出情况自动更新显示的数据内容，动态的显示该区域的车位剩余数量以及空闲的车位情况。在每个车位上安装复合车辆探测器自动感应车辆信息，并将信息反馈给区位采集器。数据处理器通过收集区位采集器的信息，自动计算车库剩余车位及各个车位的占用状态，及时刷新车位显示信息。车位引导系统主要适用于大、中型地下停车场，广泛用于政府办公楼、火车站和购物中心等公共停车场。其主要工作原理是根据超声波探测器由上往下发出超声波，检测车顶和地面的反射波，由此能够正确地检测出每个车位有无车辆，然后将各个车位停车情况的信息通过网络线路传给控制计算机，计算机通过软件处理，将引导信号传给引导信息。指示器引导司机快速将车停入空位。车位引导系统主要特点提高停车场的使用率，并更好地管理停车场，降低大中型停车场的经营成本，大大提高了社会效益和经济效益。为顾客消除停车烦恼，轻松停车，节省时间，提高效率，是高级停车场所必备的系统之一，是实力的综合体现。AKE车位引导系统从细微之处尽显人性化管理，使停车场管理水平更进一步、系统设计要求及结构12系统设计要求A在停车场的每个主入口设置剩余车位显示屏，分别显示每个区域的剩余车位数。B在停车场的每个主入口设置系统信息屏显示车场区域划分的详细情况，能够正确的引导驾驶员按照最简便的路径泊车。C在车场的每个区域入口设置车位显示屏，显示本区域的剩余车位数量。D在所有的防火区域的转闸门设置信息屏，当车场的每个区域发生紧急情况或火灾时，能够安全的引导驾驶员以最快的方法离开车场。E在每个车位设置车辆探测器，对车位的闲置进行检测并将数据传送到上一级处理器。22引导系统结构及功能简介设计说明引导系统是停车场管理系统的一个子系统，可以独立运行。也可与计算机联接，由导区位总控制器处理总剩余车位数据和驱动显示。区位引导系统可随车辆的进出情况自动变更显示数据，完全由硬件判断和运算，有很高的可靠性。在每个停车区位的入口处和出口处各设置一个车辆检测器；或者在每一个车位安装探测器；每个停车区位入口处设置一个导向显示屏，导向显示屏显示各区位的车位总数、剩余车位数等提示信息。每个区位安装一个数据采集器，每个区位的出入口车辆检测器输出信号或者每一个车位闲置的情况接入到数据采集器,，所有区位入口处的显示屏均由对应区位的控制器驱动；当控制器检测到区位入口车辆感应器或者每一个车位从探测器有信号输入时，作“加1“操作；当控制器检测到区位出口车辆检测器或者车位探测器检测为空时，作“减1“操作。控制器将“减1“、“加1“操作的结果计算出来，并且通过与之相连的显示屏显示区位的空车位信息。、主要功能31分级管理权限系统设有四级权限，按超级管理员、管理员、操作员、用户自定义四级权限，系统运行时，操作员可通过验证登录系统执行相应操作。32报警A系统自检报警，发生故障后及时报警，便于系统检修与维护。B车位占用报警，保护固定车、预定车权益。33自动数据采集在PC机上自动实时采集、分析当前车场各车位的使用情况，记录进出车场车辆数据。34图形化的监控模块电子地图、组态信息图显示现场停车信息，丰富色彩标识不同类型的车位，区分车辆停泊时间。35智能化的引导逻辑A智能化的引导逻辑辅助设定功能。B人性化的忙时智能分流与闲时就近引导技术，根据车流量自动或人工切换。36车位预定对固定车位外的车位设定预留37研究确定系统管理结构由于该系统较为复杂，涉及到各种接口、信息发布、引导管理等，为了系统的扩展还提供了与外部计算机连接的网络借口，对于这样的一个系统，所以停车场智能引导系统在管理上采用了三级管理方法，对系统进行模块化管理，这样就便于系统调试和维护了。系统总体结构如图1所示。车位区域管理器车辆探测器车辆探测器车辆引导管理器声波探测器引导显示屏车位发布管理器室内显示屏室外显示屏CAN总线接口中央控制器W5100网络接口CAN总线CAN总线、系统总体构成41车位引导系统结构框图车位引导系统结构框图如图1所示。整个系统由四类CAN节点构成上位机、车位采集控制器、空余车位显示屏和车位引导牌。位于停车场入/出口处的上位机由PC机及插在PC机内部PCI扩展槽上的CAN总线适配卡组成，CAN总线适配卡使上位机具有CAN总线通信功能，实现上位机和其他CAN节点之间的双向通信。自动停车场的上位机还同时完成车辆进出控制、自动收费等管理功能。车位采集控制器用于采集车位探测器的信息，每个采集控制器可以连接多个车位探测器（如16/32/64等，具体数目取决于停车场规模）。安装在每一个车位上方的超声车位探测器（也可采用红外线探测器），能够可靠检测停车位上是否有车辆。通过CAN总线接口，采集控制器将采集到的车位占/空信息一方面传输到上位机，用于数据库记录，使得上位机对整个停车场的车位占用情况随时掌握；另一方面还传送到位于停车场入口处的空余车位显示屏和分布在停车场内各路口处的车位引导牌。空余车位显示屏采用滚屏的方式实时显示各区空闲车位数量；各车位引导牌根据接收到的各区车位占/空信息，并结合箭头等路标引导司机快速进入空闲停车位。采集控制器和其下属的车位探测器的通讯采用单总线。通讯介质采用低成本的双绞线。图1停车场车位引导系统结构框图、车位引导控制系统51车位引导系统车位引导系统包含数据采集系统、数据传输系统、信息发布系统和中央控制系统等四个子系统。其工作原理是根据超声波探测器发出超声波，检测车顶和地面的反射波，由此判断出每个车位有无车辆，然后将各个车位停车情况通过网络传给控制计算机，经过软件处理，将引导型号传给引导指示器，引导司机快速将车停入车位，提高停车场的使用率，并更好地管理停车场，降低大中型停车场的经营成本，大大提高了社会效益和经济效益。主要用于对进出停车场的停泊车辆进行有效引导和管理。该系统可实现泊车者方便快捷泊车，并对车位进行监控，使停车场车位管理更加规范、有序，提高车位利用率等，该系统的功能具体表现在A、管理功能根据车位占用情况合理分配车位资源实现主动派位；实现专用车位管理，长期车位占用报警提示功能；预约车位的保留和取消；多时段控制模式，提高停车效率，降低管理成本。B、引导功能便捷路径算法，区域交叉、同区按序派位法，引导车辆快速停入空闲车位。C、统计功能停车场车位分段占用率、车位使用情况、停车场剩余车位数、车位实时状态统计和监控D、时间检测累计车位使用时间，提供分析数据E、扩展功能停车场照明控制、灯光引导控制、车位锁控制。F、电子地图实时显示车位状态、车位探头检测、车位布局设置。G、寻车功能在主要通道口（如电梯口）增加查询机，只要读入停车卡、输入车牌号码或车位编号，车位引导系统会主动显示该车的停放位置和取车人现在所处的位置及行走路线。通过车位探测器，将停车场的车位数据实时采集，系统对停车场的车位相关信息进行收集，并按照一定规则通过数据传输网络将信息送至中央处理系统，由中央处理系统对信息进行分析处理后，将各相关处理数据通过输出设备，给停车场内各指示牌、引导牌等提供信息，指导车辆进入相关车位。对于相关的车位信息，系统提供数据查询接口。车位引导系统由三部分组成A、第一部份是数据采集系统它由车辆探测器和控制器组成。B、第二部份是中央处理系统其功能对采集数据进行分析，并在相应输出设备上进行显示。C、第三部份是输出显示系统它由显示屏和引导牌组成。图二引导指示系统图52超声波车位探测采用超声波发射与接收有时差的原理主动探测车位是否有车。HCSR04是一款超声波测距模块，包括超声波发射器、接收器与控制电路，可提供2CM400CM的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3MM。该模块引出四支线，分别为VCC电源线，GND地线，TRIG触发控制信号输入线和ECHO回响信号输出线。模块工作电压DC5V；工作电流15MA；工作频率40HZ；测量角度15度。基本的工作原理是采用TRIG触发测距，给至少10US的高电平信号；模块内部自动发送8个40KHZ的方波，自动检测是否有回响信号返回；有回响信号返回，通过ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。超声波时序如图3所示。图3超声波时序图回响信号的脉冲宽度与所测距离成正比，所以通过发射信号到收到回响信号的时间间隔就可以计算得到距离，距离高电平时间声速/2。CAN收发器CTM8250。CTM8250是一款带隔离的通用CAN收发器芯片，该芯片内部集成了所有必需的CAN隔离和CAN收发器件，主要功能是将CAN控制器的逻辑电平转换为CAN总线的差分电平。具有DC2500V隔离功能；完全符合ISO11898标准的CAN收发器；速率最高达1MBIT/S；差分接收器，抗宽范围的共模干扰，抗电磁干扰；至少可连接110个节点；还具有TVS管防总线过压。CTM8250的详细技术参数5V供电；静态电流35MA，最大电流65MA；温度范围4085。这些参数完全满足本系统的需要，还能保证通信线路的稳定可靠，而且与处理器LPC2129接口简单，CAN控制器与CTM8250T接口电路如图4所示。CAN控制器CRXDCTXDCAN收发器CTM8250TCANHCANLTXDRXD5VGND图4收发器CTM8250T接口电路53车位灯分类指引每车位安装的LED车位指示灯根据亮灯颜色绿,橙,红的不同分别指示车位为空,保留,有车,醒目的灯光可使驾驶员在远处及时发现待找车位车位指示灯内置红、绿两个LED灯，受车位探测器控制，用亮灯颜色来指示车位占用情况，方便司机远处观察。绿灯车位空。红灯车位有车。黄灯车位保留。灭灯故障。54空车位区域动态引导安装在车道处的引导屏可醒目提示停车区域及方位,并显示该区域的实时空车位数,以引导远处的驾驶员及时找到待停位置55空车位数实时显示单区域或多区域组合空车位数显示可以分流车流,平衡场内车辆分布,避免不必要的拥堵56反向寻车标记若干个车位分配一台反向寻车终端,停好车后需要车主在就近的反向寻车终端上读卡或取一张小票,以标记自己的停车位置,待打算离场找车时只需在任一台反向寻车终端上读卡或读票,终端显示器会立即显示停车场地图并标出待找车辆的停车位置,车主可以在茫茫车海中以最短路径最快速的找到自己的车辆、CAN应用层协议设计61CAN应用层协议CAN规范仅定义了OSI模型的数据链路层、物理层，而没有规定OSI模型的上层。当用户要组建一个面向实际工作环境的CAN总线通讯网络时，必须制定应用层协议。虽然国际上已存在某些CAN总线产品开发公司制定的协议如DEVICENET、CANOPEN等，但对于很多应用场合来说，上述协议过于繁琐。因此根据本系统的实际需求，在参考众多广泛应用的上层协议的基础之上，制定了一个简洁实用的应用层协议。CAN以多主方式工作。网络上任意节点均可在任意时刻主动地向CAN总线上发送报文帧。报文帧送达每一个节点，但只有需要此类报文的节点才会真正接收报文帧。要实现这种“各取所需”的通信机制，在发送报文帧中应包含对此报文的描述，这主要是在报文标识符（ID）中定义；通过预设各节点CAN控制器内部的验收滤波器，可以使节点只接收标识符同预设验收滤波器匹配的帧。从系统功能需求来说，车位采集控制器应将所辖区的各车位实时占/空信息发送到CAN总线上。只要某个车位泊入车或车驶离车位，其所属的车位采集控制器就将此信息发送到CAN总线上，而不必等待上位机的轮询。这就保障了数据的实时性。车位占/空信息以CAN20B报文帧的格式在CAN总线上传送。SJA100支持两种报文帧CAN20B标准帧（11位标识符）和扩展帧（29位标识符）。由于CAN20规范没有具体规定帧标识符的分配，所以，在设计一个基于CAN总线的通信系统应用层协议时，根据具体应用确定CAN标识符的分配是首要的工作。扩展帧拥有29位可分配的标识符，因此采用扩展帧定义通讯协议，相对于标准帧，将获得更宽的目标地址范围，以及更多的服务类型2。因此本系统遵循CAN20B扩展帧格式制定通讯协议。采集控制器采集到的车位占/空信息，除了以多播的形式发送，还可以单播的形式发送给上位机或某个车位引导牌。多播和单播的结合，使得系统的通信更加灵活、可靠。62初始化程序CANINIMOVDPTR,MODEMOVA,09HMOVXDPTR,AMOVDPTR,CDRMOVA，88HMOVXDPTR，AMOVDPTR，IERMOVA，0DHMOVXDPTR，AMOVDPTR，AMRMOVR6，4MOVRO，DAMRAMRINIMOVA，ROMOVXDPTR，AINCDPTRDJNZR6，AMRINIMOVDPTR，ACRMOVR6，4MOVRO，DACRACRINIMOVA，ROMOVXDPTR，AINCDPTRDJNZR6，ACRINIMOVDPTR，BTROMOVA，03HMOVXDPTR，AMOVDPTR，BTR1MOVA，OFFHMOVXDPTR，AMOVDPTR，OCRMOVA，OAAHMOVXDPTR，AMOVDPTR，RBSAMOVA，OMOVXDPTR，AMOVDPTR，TXERRMOVA，OMOVXDPTR，AMOVDPTR，ECCMOVXA，DPTRMOVDPTR，MODEMOVA，08HMOVXDPTR，ARET63发送数据帧子程序TDATAMOVDPTR，SRMOVXA，DPTRJBACC4，TDATATSOMOVXA，DPTRJNBACC3，TSOTS1MOVXA，DPTRJNBACC2，TS1TS2MOVDPTR，CANTXBMOVA，88HMOVXDPTR，AINCDPTRMOVA，IDOMOVXDPTR，AINCDPTRMOVA，ID1MOVXDPTR，AINCDPTRMOVA，ID2MOVXDPTR，AINCDPTRMOVA，ID3MOVXDPTR，AMOVRO，TRDATAMTBFMOVA，ROINCDPTRMOVXDPTR，AINCR0CJNER0，TRDATA8，MTBFMOVDPTR，CMRMOVA，01HMOVXDPTR，ARET64发送远程帧TRMFMOVDPTR，SRMOVXA，DPTRJBACC4，TDATATR0MOVXA，DPTRJNBACC3，TROTR1MOVXA，DPTRJNBACC2，TR1TR2MOVDPTR，CANTXBMOVA，OC8HMOVXDPTR，AINCDPTRMOVA，ID0MOVXDPTR，AINCDPTRMOVA，ID1MOVXDPTR，AINCDPTRMOVA，ID2MOVXDPTR，AINCDPTRMOVXDPTR，AMOVDPTR，CMRMOVA，01HMOVXDPTR，ARET65接收程序SEARCHMOVDPTR，SRMOVXA，DPTRANLA，0C3HJNZPROCRETPROCJNBACC7，PROCIBUSERRMOVDPTR，IRMOVXA，DPTRMOVDPTR，MODEMOVA，08HMOVXDPTR，ALCALLALARMRETNOPPROCIMOVDPTR，IRMOVXA，DPTRJNBACC3，OTHEROVERMOVDPTR，CMRMOVA，OCHMOVXDPTR，ARETNOPOTHERJBACC0，RECELJMPRECOUTNOPRECEMOVDPTR，CANRXBMOVXA，DPTRJNBACC6，RDATAMOVDPTR，CMRMOVA，04HMOVXDPTR，ALCALLTRDATALJMPRECOUTNOPRDATAMOVDPTR，CANRXBMOVR1，CPURBFMOVXA，DPTRMOVR1，AANLA，0FHADDA，4MOVR6，ARDATA0INCDPTRINCR1MOVXA，DPTRMOVR1，ADJNZR6，RDATA0MOVDPTR，CMRMOVA，04HMOVXDPTR，ARECOUTMOVDPTR，ALCMOVXA，DPTRMOVDPTR，ECCMOVXA，DPTRNOPRET、结束语针对车位的分布性特点，系统采用了CAN总线作为数据传输方式，利用超声波测距原理能够准确地检测出车位使用状态信息，在结构上采用三级管理层设计，优化了停车位配值引导功能，大大缩短了车主寻找车位时间，提高了停车场的使用率，同时也降低了工作人员的劳动强度。该停车场智能引导系统还为其他系统集成