停车场管理系统之车位引导系统设计

1、摘要停 车 引 导 系 统 主 要 用 于 对 车 辆 进 出 和 停 靠 进 行 有 效 的 引 导 和 管 理 ， 这 是 一 个 强 大 的 对 停 车 场 管 理 系 统 的 补 充 ， 使 停 车 场 管 理 系 统 的 智 能 化 程 度 更 高 。 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

2、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 装车 辆 探 测 器 自 动 感 应 车 辆 信 息 ， 并 将 信 息 反 馈 给 区 位 节 点 控 制 器 。 中 央 控 制 器 通 过 收 集 区 位 节 点 控 制 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 。 本 设 计 针 对 停 车 场 引 导 技 术 进 行 研 究 ， 分 析 其 原 理

3、 。 然 后使 用 红 外 传 感 器 作 为 车 位 检 测 装 置 ； 使 用 A T 8 9 系 列 单 片 机 作 为 系 统 的 控 制 器 ， 控 制 引 导 显 示 ； 使 用 无 线 串 行 通 信 作 为 通 信 信 道 ； 使 用 个 人 计 算 机 作 为 停 车 场 显 示 界 面 ； 最 后 实 现 拥 有 “ 智 能 引 导 的 功 能 。 关 键 词 红外线探测, 无线传输, 单片机 ABSTRACT Parking guidance system is mainly used for vehicle access and dock effective guida

4、nce and management, which is a powerful supplement parking management system, parking management system more intelligent. According to the specific circumstances of the garage, set up at the entrance of the garage parking information display, dynamic display in the garage of the corresponding region

5、 of the remaining number of parking spaces and parking spaces occupied. In each region settings area parking information display, the display automatically updated according to vehicle access data content displayed dynamically display the remaining number of parking spaces for the region as well as

6、free parking. Vehicle detectors installed on each parking space auto-sensing vehicle information, and the information is fed back to the location node controller. Central controller by collection location node controller, automatically calculate the remaining garage parking spaces and parking spaces

7、 occupied state, refresh a parking space in a timely manner to display information.The design for the parking lot guide technology research, analysis the principle. Then use the infrared sensor as a the parking detection device; AT 8 9 series microcontroller as the system controller to control the b

8、oot display; wireless serial communication as a communication channel; using a personal computer as a car park display interface; finally realize with "intelligent guidance" function. Keywords infrared detection, wireless transmission, the microcontroller目录摘要IABSTRACTII1 绪论11.1 车位引导系统

9、的开展背景11.2 车位引导系统的现状与开展趋势11.2.1 现状11.2.2 开展趋势11.3 车位引导系统优点22 系统设计概述32.1 车位引导系统的工作原理32.2 系统的设计思路3系统设计框架32.2.2 系统模块设计方案42.3 各模块方案的选择与论证过程42.3.1 控制模块42.3.2 车位检测模块52.3.3 引导显示模块72.3.4 无线通信73 系统硬件的设计与实现93.1 系统主要硬件的设计93.1.1 红外线车位检测器电路设计93 .1.2 中央控制器电路的设计93.1.3 LED显示屏电路设计103.1.4 无线串行模块电路设计143.2 系统其它硬件介15节点控制

10、器15红绿指示灯154 系统功能的实现164.1 车位引导系统结构框图如下164.2 车位引导功能的实现164.2.1 出入场功能实现164.2.2 车位状态的检测与显示174.2.3 室内引导过程设计174.3 系统安装分布详解184.3.1 车场各个入口184.3.2 车场内部岔道口184.3.3 每个停车位194.3.4 节点控制器194.3.5 中控室195 系统测试205.1 红外线测试205.1.1 测试所需仪器205.1.2.测试流程205 .2 车位引导系统综合测试所有模块组合测试215.1.1 系统实现的功能215.1.2.系统功能仿真图215 .3 结 论236 总结24参

11、 考 文 献25附录26附录A. 系统硬件配置表26附录B 程序清单27致谢391 绪论1.1 车位引导系统的开展背景 随着社会的开展，生活水平的提高，越来越多的机动、非机动车辆涌入城市中，造成交通的拥挤以及停车需求的大幅度增加，随之而来的对停车场设备和停车环境的要求，也越来越高，而国内现有的大局部停车场，根本采用人工管理方法，首先车辆的平安防盗难，管理工作难度大，车辆的通行率和平安性差，无法统计车辆的出入数据，管理人员没有方法进行调度；其次车主也无法了解车位相关信息，花许多时间寻找空车位，造成停车难、停车时间长等一系列问题。为 了 提 高 停 车 场 的 信 息 化 、 智 能 化 管 理

12、水 平 ， 给 车 主 提 供 一 种 更 加 安 全 、 舒 适 、 方 便 、 快 捷 和 开 放 的 环 境 ， 实 现 停 车 场 运 行 的 高 效 化 、 节 能 化 、 环 保 化 ， 本次设计结 合 国 内 实 际 情 况 ， 研 制 开 发 了 一 套 停 车 场 车 位 引 导 系 统 ， 用 于 停 车 场 的 车 位 引 导 ， 加 强 停 车 场 的 信 息 化 管 理 ， 稳 定 地 控 制 、 管 理 车 辆 进 出 ； 该 系 统 可 以 自 动 引 导 车 辆 快 速 进 入 空 车 位 ， 消 除 寻 找 车 位 的 烦 恼 ， 节 省 时 间 ， 使 停

13、车 场 形 象 更 加 完 美 1.2 车位引导系统的现状与开展趋势1.2.1 现状 我 国 停 车 业 在 短 短 二 三 十 年 里 飞 速 发 展 并 取 得 了 辉 煌 的 成 果 。 纵 观 停 车 业 的 发 展 ， 大 致 可 分 为 三 个 阶 段 ： 2 0 世 纪 8 0 年 代 起 ， 随 着 汽 车 在 我 国 的 普 及 ， 车 位 成 了 一 项 新 的 建 筑 必 备 设 施 ， 停 车 场 主 要 任 务 是 保 管 停 放 车 辆 ； 2 1 世 纪 初 ， 国 内 的 停 车 场 大 量 建 成 ， 停 车 场 管 理 系 统 较 为 初 级 ， 仅 停 留

14、 在 出 入 口 的 收 费 管 理 方 面 ； 当 今 ， 随 着 物 联 网 应 用 的 不 断 深 化 及 城 市 智 能 交 通 系 统 I T S 步 伐 的 加 快 ， 停 车 场 信 息 化 管 理 需 求 不 断 增 强 ， 车 位 引 导 系 统 应 运 而 生 ， 标 志 着 新 一 代 智 能 型 停 车 场 管 理 系 统 的 成 熟 发 展 。 从 市 场 调 研 情 况 来 看 ， 国 内 和 国 外 的 车 位 引 导 系 统 基 本 上 都 处 于 同 一 个 阶 段 ， 都 是 在 逐 渐 普 及 的 过 程 中 。 发 展 的 时 间 都 不 算 太 长 ，

15、 而 且 国 内 外 的 产 品 竞 争 在 技 术 没 有 太 大 的 差 异 化 ， 甚 至 可 以 说 国 内 更 领 先 一 些 。 1.2.2 开展趋势 市 场 上 第 一 代 的 车 位 引 导 系 统 ， 仅 户 外 单 纯 挂 着 一 个 L E D 屏 并 由 人 工 计 算 空 闲 车 位 数 ， 无 法 准 确 引 导 车 辆 停 泊 ， 车 位 引 导 形 同 虚 设 。红 外 光 车 位 引 导 系 统 可 以 自 动 引 导 车 辆 快 速 进 入 空 车 位 ， 不 仅 降 低 管 理 人 员 成 本 ， 同 时 消 除 寻 找 车 位 的 烦 恼 ， 节 省 车

16、 主 大 量 时 间 使 得 停 车 场 形 象 更 加 完 美 。 红 外 线 探 测 器 安 装 于 每 个 车 位 上 方 ， 利 用 红 外 线 探 测 实 时 采 集 停 车 场 车 位 数 据 。 连 接 的 节 点 控 制 器 不 断 的 循 环 检 测 每 个 探 测 器 的 工 作 状 态 并 搜 集 信 息 反 馈 给 中 央 控 制 器 ， 中 央 控 制 器 完 成 所 有 的 数 据 处 理 后 将 数 据 反 馈 到 L E D 车 位 引 导 屏 进 行 空 车 位 数 的 显 示 。 车 辆 欲 进 入 停 车 场 时 ， 车 主 通 过 停 车 场 入 口 的

17、 室 外 L E D 引 导 屏 显 示 的 空 车 位 数 查 看 空 余 车 位 数 。 在 进 入 停 车 场 后 ， 通 过 标 识 空 余 车 位 的 室 内 L E D 引 导 屏 引 导 行 驶 方 向 。 将 车 停 入 车 位 时 ， 车 位 上 方 的 绿 色 指 示 灯 转 红 ， 标 识 着 车 位 已 被 占 用 。 1.3 车位引导系统优点 1 . 计 数 精 准 ， 能 指 示 到 每 一 个 空 位 。 2 . 系 统 稳 定 准 确 ， 智 能 化 化 程 度 高 ， 无 须 人 工 维 护 。 3 . 能 有 效 解 决 在 客 户 停 车 场 内 绕 圈

18、、 无 效 低 速 行 驶 找 车 位 引 起 的 通 道 堵 塞 。 4 . 能 有 效 替 代 停 车 场 内 的 车 辆 引 导 人 员 ， 节 省 物 管 费 用 。 减 少 废 气 污 染 和 噪 音 污 染 。 5 . 能 为 停 车 客 户 节 约 燃 油 ， 提 高 停 车 效 率 ， 提 高 客 户 对 停 车 场 的 满 意 度 。 6 . 能 为 物 管 减 少 地 下 停 车 场 抽 气 换 新 风 的 费 用 ， 减 低 能 耗 。 7 . 能 提 升 客 户 停 车 的 尊 贵 享 受 和 物 业 的 档 次 ， 增 加 车 位 利 用 率 。 8 . 系 统 自

19、带 信 息 发 布 功 能 ， 通 过 升 级 显 示 屏 ， 可 以 实 时 发 布 广 告 信 息 、 物 业 管 理 信 息 ， 方 便 管 理 ， 增 加 收 入 。 9 . 系 统 具 有 自 修 正 功 能 ， 断 电 或 故 障 后 修 复 后 能 自 动 计 数 ， 无 须 复 杂 的 人 工 计 数 。 1 0 . 系 统 能 对 整 个 停 车 场 的 车 位 进 行 监 控 管 理 ， 提 供 众 多 的 统 计 图 标 ， 方 便 物 管 人 员 决 策 管 理 。 2 系统设计概述 2.1 车位引导系统的工作原理 在 停 车 场 的 各 车 位 上 设 置 车 位 探

20、 测 装 置 。当车辆进入车位和离开车位时，车位探测器将会探测车辆，并将信号送到控制器。控制器按照一定规那么将数据压缩编码后通过无线通信传输给中央计算机。再由中央计算机完成数据处理，并将处理后的信息反应给各个LED引导屏进行空车位信息的显示，从而实现引导车辆进入空余车位的功能。 2.1 功 能 原 理 图 无 线 通 讯 2.2 系统的设计思路 根据课题要求，可将系统分为车位检测模块、引导显示模块、控制模块以及无线通信模块。其中控制模块分为：中央控制器和节点控制器；引导显示模块分为：出入口引导和室内引导；无线通信模块包括：下位机无线通信模块和上位机无线通信模块。控制器下位机无线通信模块车位检测

21、模块引导显示模块上位PC机显示程序上位机无线通信模块图2.2：“车位引导系统的根本模块方框图2.2.2 系统模块设计方案本 设 计 使 用 单 片 机 为 停 车 场 的 中 央 控 制 器 ， 单 片 机 系 统 采 用 C 语 言 编 程 ， 接 受 外 部 输 入 信 号 ， 控 制 引 导 的 显 示 ； 采 用 微 型 计 算 机 为 显 示 中 心 和 数 据 处 理 核 心 中 心 ； 采 用 无 线 串 行 通 信 为 单 片 机 和 微 型 计 算 机 的 数 据 传 输 通 道 ； 外 部 信 号 的 采 集 是 通 过 红 外 传 感 器 将 探 测 到 的 车 位 信

22、息 送 交 从 单 片 机 ；引 导 显 示 方 面 是 采 用 L E D 显 示 屏 ， 可 以 通 过 L E D 显 示 屏 来 显 示 引 导 信 息 ；2.3 各模块方案的选择与论证过程 2.3.1 控制模块 中 央 控 制 处 理 模 块 是 整 个 系 统 的 关 键 性 单 元 。 第 一 它 是 车 位 信 息 的 收 集 单 元 ， 通 过 车 位 检 测 的 信 息 将 在 核 心 控 制 处 理 模 块 汇 集 ， 可 以 即 时 更 新 整 个 停 车 场 的 车 位 信 息 。 第 二 它 控 制 着 一 个 无 线 通 信 模 块 ， 把 即 时 车 位 信 息

23、 通 过 无 线 通 信 模 块 传 输 给 中 央 计 算 机 。 第 三 它 通 过 无 线 通 信 模 块 接 收 中 央 计 算 机 传 输 过 来 的 引 导 数 据 ， 通 过 处 理 控 制 相 应 的 引 导 灯 显 示 ， 给 予 泊 车 者 停 车 的 引 导 信 息 。 根 据 以 上 要 求 可 供 选 择 的 方 案 有 ： 方 案 一 ： P L C P L C ( 可 编 程 逻 辑 控 制 器 ) 是 一 种 数 字 运 算 操 作 的 电 子 系 统 ， 专 为 在 工 业 环 境 应 用 而 设 计 的 。 它 采 用 一 类 可 编 程 的 存 储 器 ，

24、 用 于 其 内 部 存 储 程 序 ， 执 行 逻 辑 运 算 、 顺 序 控 制 、 定 时 、 计 数 与 算 术 操 作 等 面 向 用 户 的 指 令 ， 并 通 过 数 字 或 模 拟 式 输 入 / 输 出 控 制 各 种 类 型 的 机 械 或 生 产 过 程 。 可 编 程 控 制 器 及 其 有 关 外 部 设 备 ， 都 按 易 于 与 工 业 控 制 系 统 联 成 一 个 整 体 ， 易 于 扩 充 其 功 能 的 原 那么 设 计 。 P L C 具 有 可 靠 性 高 、 抗 干 扰 能 力 、 强 通 用 性 强 、 设 计 灵 活 、 集 成 度 高 的 特

25、点 ， 既 适 应 集 成 工 艺 规 那么 化 的 特 点 ， 又 能 满 足 不 同 用 户 多 功 能 的 要 求 。 方案二： 单 片 机 “ 单 片 机 是 一 种 集 成 电 路 芯 片 ， 采 用 超 大 规 模 技 术 把 具 有 数 据 处 理 能 力 ( 如 算 术 运 算 ， 逻 辑 运 算 、 数 据 传 送 、 中 断 处 理 ) 的 微 处 理 器 ( C P U ) ， 随 机 存 取 数 据 存 储 器 ( R A M ) ， 只 读 程 序 存 储 器 ( R O M ) ， 输 入 输 出 电 路 ( I / O 口 ) ， 可 能 还 包 括 定 时 计

26、数 器 ， 串 行 通 信 口 ( S C I ) ， 显 示 驱 动 电 路 ( L C D 或 L E D 驱 动 电 路 ) ， 脉 宽 调 制 电 路 ( P W M ) ， 模 拟 多 路 转 换 器 及 A / D 转 换 器 等 电 路 集 成 到 一 块 单 块 芯 片 上 ， 构 成 一 个 最 小 却 比 较 完 善 的 计 算 机 系 统 。 这 些 电 路 能 在 软 件 的 控 制 下 准 确 、 迅 速 、 高 效 地 完 成 程 序 设 计 者 事 先 规 定 的 任 务 。 采 用 单 片 机 实 现 可 减 少 系 统 的 外 围 电 路 ， 使 系 统 结

27、构 更 加 简 洁 、 性 能 更 加 安 全 可 靠 且 使 功 能 更 加 容 易 修 改 和 扩 展 。 虽 然 P L C 与 单 片 机 相 比 有 更 高 的 学 习 效 率 和 更 高 的 运 行 效 率 ， 但 是 由 于 本 系 统 需 要 的 运 算 速 度 和 基 本 数 据 处 理 能 力 单 片 机 已 大 大 满 足 ， 考 虑 到 成 本 及 复 杂 度 ， 选 用 单 片 机 已 经 足 够 。 并 且 根 据 实 际 情 况 ， 选 用 A T 8 9 S 5 2 单 片 机 比 较 合 适 。2.3.2 车位检测模块 智 能 停 车 引 导 系 统 的 一

28、个 技 术 难 点 就 是 如 何 精 确 的 检 测 停 车 位 状 态 。 微 处 理 器 和 中 央 计 算 机 只 有 通 过 正 确 的 车 位 状 态 信 息 才 能 对 车 位 显 示 和 引 导 路 线 的 选 择 进 行 正 确 的 控 制 ， 所 以 说 一 个 精 确 的 车 位 检 测 方 法 是 这 个 系 统 实 现 的 一 个 重 要 前 提 。 现 今 ， 主 流 的 泊 车 位 检 测 方 法 主 要 有 四 类 ： 超 声 波 车 位 监 测 ， 地 感 线 圈 车 位 检 测 ， 视 频 图 像 车 位 检 测 和 红 外 检 测 。 方 案 一 : 超

29、声 波 检 测 “ 由 于 超 声 波 车 位 检 测 器 不 易 受 干 扰 , 安 装 方 便 , 将 超 声 波 传 感 器 安 装 在 车 位 上 面 , 向 下 发 射 超 声 波 , 超 声 波 经 过 地 面 或 车 辆 顶 部 反 射 又 由 传 感 器 接 收 , 可 获 取 超 声 波 传 输 的 时 间 , 从 而 计 算 出 超 声 波 传 输 的 距 离 。 当 泊 位 有 车 时 , 超 声 波 传 输 的 距 离 与 无 车 时 是 不 同 的 , 由 此 可 判 断 泊 位 上 有 无 车 辆 停 放 。 方 案 二 ： 地 感 线 圈 车 位 检 测 地 感

30、线 圈 检 测 车 辆 的 基 本 原 理 如 图 2.2 所 示 ： 图 2 .2 地感线圈检测原理图 车 位 检 测 的 核 心 器 件 是 与 地 感 线 圈 相 连 接 的 车 辆 感 应 器 。 车 辆 感 应 器 采 用 先 进 的 锁 相 环 技 术 。 当 线 圈 上 面 没 有 车 辆 时 ， 车 辆 感 应 器 和 地 感 线 圈 之 间 产 生 一 个 平 衡 点 ， 车 辆 感 应 器 输 出 一 个 低 电 平 到 C P U ； 当 地 感 线 圈 上 面 有 车 辆 时 ， 地 感 线 圈 形 成 的 磁 场 分 布 状 况 发 生 改 变 ， 车 辆 感 应 器

31、 输 出 高 电 平 到 C P U 。 检 测 系 统 通 过 对 两 个 信 号 进 行 检 测 判 断 ， 即 可 得 到 所 需 的 车 辆 检 测 信 号 。 地 感 线 圈 检 测 具 有 以 下 优 点 ： 1 、 使 用 简 单 ， 感 应 器 只 需 要 2 2 0 V 市 电 和 1 2 V 直 流 供 电 ； 2 、 检 测 准 确 ， 采 用 了 先 进 的 锁 相 环 技 术 ； 3 、 灵 敏 度 高 ， 具 有 很 高 的 检 测 灵 敏 度 ， 灵 敏 度 可 根 据 需 要 进 行 调 节 。 方 案 三 ： 视 频 图 像 车 位 检 测 通 常 ， 一 个

32、 摄 像 头 可 以 同 时 监 控 多 个 车 位 ， 但 是 在 检 测 现 场 的 视 频 图 像 中 ， 车 位 信 息 极 易 受 到 周 边 物 体 如 树 木 、 建 筑 物 等 的 阴 影 和 天 气 变 化 下 雨 天 和 太 阳 光 照 较 强 时 等 因 素 的 影 响 通 过 对 大 量 的 检 测 现 场 视 频 图 像 的 分 析 表 明 ， 发 现 车 位 上 是 否 泊 车 存 在 3 个 特 点 ： 1 对 于 单 个 车 位 ， 没 有 泊 车 时 ， 该 区 域 具 有 非 常 接 近 的 灰 度 值 ， 从 而 具 有 较 小 的 方 差 有 车 辆 停

33、 留 时 ， 车 位 范 围 内 的 车 体 、 地 面 、 车 窗 、 车 轮 等 具 有 不 同 的 灰 度 ， 体 现 为 较 大 的 方 差 ； 2 对 于 单 个 车 位 ， 没 有 泊 车 时 ， 尽 管 由 于 天 气 、 环 境 、 光 照 等 的 影 响 ， 该 区 域 图 像 与 背 景 图 像 存 在 一 定 的 线 性 相 关 性 。 有 车 停 留 时 ， 车 位 范 围 内 车 辆 的 信 息 与 背 景 图 像 没 有 线 性 相 关 关 系 ； 3 车 辆 不 论 颜 色 、 大 小 都 具 有 比 较 丰 富 的 边 缘 信 息 ， 在 天 气 变 化 时 边

34、 缘 信 息 也 会 保 留 ， 没 有 泊 车 时 ， 车 位 内 边 缘 信 息 较 少 ， 尽 管 有 阴 影 ， 但 阴 影 的 边 缘 信 息 相 对 较 少 而 有 车 停 留 时 ， 车 位 内 的 车 辆 信 息 边 缘 丰 富 。 然 后 利 用 合 适 的 图 像 处 理 方 法 来 处 理 图 像 进 行 判 别 。 例 如 ： 多 特 征 车 位 检 测 算 法 利 用 了 车 位 内 有 、 无 泊 车 特 征 差 异 的 特 点 , 提 取 出 每 个 车 位 的 多 个 特 征 参 数 , 并 利 用 这 些 参 数 进 行 联 合 判 决 , 从 而 得 出 该

35、 车 位 有 无 泊 车 的 结 论 。 方 案 四 ： 红 外 车 位 检 测 红 外 光 是 一 种 不 可 见 光 波 , 它 具 有 光 的 直 线 传 播 特 性 , 红 外 光 发 射 器 发 出 红 外 光 后 , 假设 遇 阻 碍 物 阻 挡 , 将 会 产 生 红 外 光 漫 反 射 , 当 反 射 足 够 强 时 , 红 外 光 接 收 器 能 够 接 收 并 解 调 出 该 红 外 光 信 号 。 换 言 之 , 当 红 外 光 接 收 器 接 收 到 红 外 光 发 射 器 所 发 射 的 信 号 后 , 说 明 在 有 效 探 测 区 域 中 有 阻 碍 物 存 在

36、。 当 车 位 上 有 物 体 时 就 能 在 接 收 信 号 上 出 现 变 化 ， 从 而 判 别 车 位 上 是 否 有 车 。 由 于 基 于 视 频 图 像 技 术 的 车 位 检 测 投 入 较 大 ， 成 本 较 高 ， 但 精 确 程 度 高 ， 适 用 于 资 金 投 入 大 ， 技 术 要 求 高 的 大 型 或 超 大 型 停 车 场 。 超 声 检 测 和 地 感 线 圈 检 测 技 术 ， 相 对 成 本 低 ， 而 且 技 术 成 熟 ， 适 用 范 围 广 。 超 声 检 测 装 置 安 装 需 要 安 装 在 车 辆 上 方 一 般 适 用 于 地 下 停 车

37、场 ， 而 地 感 线 圈 检 测 装 置 安 装 需 要 破 坏 地 面 ， 一 般 适 用 室 外 停 车 场 。 虽 然 红 外 探 测 技 术 精 确 度 不 高 而 且 受 环 境 影 响 大 ， 但 考 虑 到 实 验 条 件 以 及 课 题 要 求 ， 红 外 车 位 检 测 已 经 能 满 足 所 有 要 求 ， 所 以 选 择 红 外 车 位 检 测 法 。 2.3.3 引导显示模块 L E D 显 示 屏 的 发 光 颜 色 和 发 光 效 率 与 制 作 L E D 的 材 料 和 工 艺 有 关 ， 目 前 广 泛 使 用 的 有 红 、 绿 、 蓝 三 种 。 由 于

38、 L E D 工 作 电 压 低 仅 1 . 5 - 3 V ， 能 主 动 发 光 且 有 一 定 亮 度 ， 亮 度 又 能 用 电 压 或 电 流 调 节 ， 本 身 又 耐 冲 击 、 抗 振 动 、 寿 命 长 1 0 万 小 时 ， 且 具 有 亮 度 高 、 响 应 速 度 快 、 低 电 压 、 功 耗 小 、 耐 震 动 、 耐 冲 击 、 寿 命 长 等 优 点 ， 使 其 成 为 室 内 外 信 息 显 示 终 端 的 主 要 发 光 器 件 ， 所 以 在 大 型 的 显 示 设 备 中 ， 目 前 尚 无 其 他 的 显 示 方 式 与 L E D 显 示 方 式 匹

39、 敌 。 所 以 引 导 显 示 模 块 直 接 选 择 L E D 显 示 屏 。2.3.4 无线通信无 线 通 信 主 要 实 现 无 线 数 据 传 输 功 能 。 无 线 传 输 的 正 确 率 与 可 靠 率 是 整 个 系 统 的 关 键 ， 它 是 整 个 系 统 的 通 信 信 道 。 现 今 的 无 线 通 信 方 式 主 要 有 ： 无 线 电 、 蓝 牙 和 无 线 收 发 模 块 。 方 案 一 : 蓝 牙 通 信 “ 蓝 牙 无 线 技 术 采 用 的 是 一 种 扩 展 窄 带 信 号 频 谱 的 数 字 编 码 技 术 ， 通 过 编 码 运 算 增 加 了 发

40、送 比 特 的 数 量 ， 扩 大 了 使 用 的 带 宽 。 蓝 牙 使 用 跳 频 方 式 来 扩 展 频 谱 。 跳 频 扩 频 使 得 带 宽 上 信 号 的 功 率 谱 密 度 降 低 ， 从 而 大 大 提 高 了 系 统 抗 电 磁 干 扰 、 抗 串 话 干 扰 的 能 力 ， 使 得 蓝 牙 的 无 线 数 据 传 输 更 加 可 靠 。 在 频 带 和 信 道 分 配 方 面 ， 蓝 牙 系 统 一 般 工 作 在 2 . 4 G H z 的 I S M 频 段 。 起 始 频 率 为 2 . 4 0 2 G H z ， 终 止 频 率 为 2 . 4 8 0 G H z

41、， 还 在 低 端 设 置 了 2 M H z 的 保 护 频 段 ， 高 端 设 置 了 3 . 5 M H z 的 保 护 频 段 。 共 享 一 个 公 共 信 道 的 所 有 蓝 牙 单 元 形 成 一 个 微 网 ， 每 个 微 网 最 多 可 以 有 8 个 蓝 牙 单 元 。 在 微 网 中 ， 同 一 信 道 的 各 单 元 的 时 钟 和 跳 频 均 保 持 同 步。 方 案 二 ： 无 线 串 行 通 信 无 线 通 信 模 块 来 实 现 无 线 数 据 传 输 , 现 在 无 线 通 信 模 块 比 较 多 ， 所 以 以 普 通 无 线 通 信 模 块 为 例 , 一

42、 般 接 口 为 T T L 电 平 , 可 以 直 接 和 单 片 机 的 异 步 通 信 口 连 接 。 数 据 的 发 送 和 接 收 都 是 透 明 式 的 , 用 户 无 需 详 知 其 通 信 的 具 体 原 理 , 只 需 简 单 的 设 置 和 使 用 就 行 。 本 系 统 下 位 机 系 统 电 路 为 T T L 电 路 , 而 上 位 机 系 统 是 标 准 的 R S - 2 3 2 接 口 ， 所 以 需 要 进 行 电 压 标 准 转 换 。 M S C - 5 1 单 片 机 通 过 无 线 传 输 模 块 接 收 上 位 机 ( P C 机 ) 发 来 的 命

43、 令 , 判 断 后 执 行 相 应 的 程 序 。 电 脑 C O M 插 座 , 为 一 八 针 插 座 , 插 针 位 置 及 各 接 口 定 义 如 下 。 图 2 .3 ： 插 针 位 置 图 2 .4 ： 各 接 口 定 义 尽 管 蓝 牙 技 术 被 描 述 得 前 景 诱 人 ， 但 是 蓝 牙 还 是 一 种 还 没 有 完 全 成 熟 的 技 术 ， 蓝 牙 的 通 讯 速 率 不 是 很 高 ， 在 当 今 这 个 数 据 爆 炸 的 时 代 ， 可 能 也 会 对 它 的 发 展 有 所 影 响 。 且 其 通 信 容 易 受 到 诸 如 微 波 炉 、 无 绳 电 话

44、 、 科 研 仪 器 、 工 业 或 医 疗 设 备 的 干 扰 。 而 无 线 串 行 通 信 那么 不 存 在 这 种 情 况 应 用 领 域 非 常 广 ， 常 用 的 有 ： 无 线 抄 表 ； 工 业 遥 控 、 遥 测 ； 无 线 数 据 传 输 ； 银 行 P O S 系 统 ； 无 线 数 据 采 集 ； 楼 宇 自 动 化 、 无 线 监 控 、 门 禁 系 统 ； 智 能 家 居 、 工 业 控 制 ； 汽 车 检 测 设 备 ； 无 线 L E D 显 示 屏 系 统 。 所 以 结 合 本 次 系 统 的 设 计 需 求 我 们 选 择 了 无 线 串 行 通 信 。

45、3 系统硬件的设计与实现3.1 系统主要硬件的设计3.1.1 红外线车位检测器电路设计 TCRT5000传 感 器 是 采 用 高 发 射 功 率 红 外 光 电 二 极 管 和 高 灵 敏 度 光 电 晶 体 管 组 成 。 主 要 应 用 领 域 是 ： 电 度 表 脉 冲 数 据 采 样 ， 传 真 机 碎 纸 机 纸 张 检 测 ， 障 碍 检 测 和 黑 白 线 检 测 。 “ 在 检 测 过 程 中 传 感 器 的 红 外 发 射 二 极 管 不 断 发 射 红 外 线 ， 当 发 射 出 的 红 外 线 没 有 被 发 射 回 来 或 被 反 射 回 来 但 强 度 不 够 大

46、的 时 ， 光 敏 三 极 管 一 直 处 于 关 断 状 态 ， 此 时 模 块 的 输 出 端 为 低 电 平 ， 指 示 二 极 管 一 直 处 于 熄 灭 状 态 ； 被 检 测 物 体 出 现 在 检 测 范 围 内 时 ， 红 外 线 被 反 射 回 来 且 强 度 足 够 大 ， 光 敏 三 极 管 饱 和 ， 此 时 模 块 的 输 出 端 为 高 电 平。 根 据 TCRT5000红 外 传 感 器 的 数 据 手 册 显 示 ， 红 外 线 反 射 接 收 到 之 后 输 出 的 电 流 约 为 0.001A ， 因 此 串 联 一 个 5 欧 电 阻 输 出 其 电 压

47、。 通 过 A D 转 换 芯 片 TLC549 进 行 A D 转 换 ， 单 片 机 根 据 数 据 判 断 停 车 位 状 态 。 主 要 电 路 图 如 图 3 . 1 所 示 ： 图 3 . 1 ： 红 外 检 测 及 A / D 转 换 电 路 图 由 P 0 0 来 发 出 片 选 信 号 ， 启 动 T L C 5 4 9 进 行 A / D 转 换 。 运 行 时 红 外 传 感 器 产 生 的 电 压 转 换 到 A N L G I N 上 ， 经 A D 数 据 转 换 后 ， 单 片 机 可 以 通 过 P 2 0 读 取 相 应 的 磁 场 的 数 值 量 。 中央控

48、制器电路的设计 主 控 制 电 路 即 单 片 机 的 最 小 系 统 , 如 图 3 . 2 所 示 。 图 3 . 2 ： AT89S52 的 最 小 系 统 和 外 围 电 路 3.1.3 LED显示屏电路设计电路大致上可以分成单片机系统及外围电路、列驱动电路和行驱动电路三局部。 单片机列驱动器LED显示点阵电源 行驱动器图3.3 显示屏电路框图a.单片机系统及外围电路单 片 机 采 用 M S C - 5 1 或 其 兼 容 系 列 芯 片 ， 采 用 2 4 M H Z 或 更 高 频 率 晶 振 ， 以 获 得 较 高 的 刷 新 频 率 ， 时 期 显 示 更 稳 定 。 单 片

49、 机 的 串 口 与 列 驱 动 器 相 连 ， 用 来 显 示 数 据 。 P 1 口 低 4 位 与 行 驱 动 器 相 连 ， 送 出 行 选 信 号 ； P 1 . 5 P 1 . 7 口 那么 用 来 发 送 控 制 信 号 。 P 0 口 和 P 2 口 空 着 ， 在 有 必 要 的 时 候 可 以 扩 展 系 统 的 R O M 和 R A M 。 1 6 1 6 的 点 阵 显 示 屏 的 硬 件 原 理 图 如 图 ： 图3.4 单片机系统及外围电路图3.5 16X16点阵原理图b. 列驱动电路列 驱 动 电 路 有 集 成 电 路 7 4 H C 5 9 5 构 成 。

50、它 具 有 一 个 8 位 串 入 并 出 的 移 位 寄 存 器 和 一 个 8 位 输 出 锁 存 器 的 结 构 ， 而 且 移 位 寄 存 器 和 输 出 锁 存 器 的 控 制 是 各 自 独 立 的 ， 可 以 实 现 在 显 示 本 行 列 数 据 的 同 时 ， 传 送 下 一 行 的 列 数 据 ， 既 达 到 重 叠 处 理 的 目 的 。 7 4 H C 5 9 5 的 外 形 及 内 部 结 构 如 图 所 示 。 它 的 输 入 侧 有 8 个 串 行 移 位 寄 存 器 ， 每 个 移 位 寄 存 器 的 输 出 都 连 接 一 个 输 出 锁 存 器 。 引 脚

51、S I 是 串 行 数 据 的 输 入 端 。 引 脚 S C K 是 移 位 寄 存 器 的 移 位 时 钟 脉 冲 ， 在 其 上 升 沿 发 生 移 位 ， 并 将 S I 的 下 一 个 数 据 打 入 最 低 位 。 移 位 后 的 各 位 信 号 出 现 在 各 移 位 寄 存 器 的 输 出 端 ， 也 就 是 输 出 锁 存 器 的 输 入 端 。 R C K 是 输 出 锁 存 器 的 打 入 信 号 ， 其 上 升 沿 将 移 位 寄 存 器 的 输 出 打 入 输 出 锁 存 器 。 引 脚 G 是 输 出 三 态 门 的 开 放 信 号 ， 只 有 当 其 为 低 时

52、锁 存 器 的 输 出 才 开 放 ， 否 那么 为 高 组 态 。 S C L R 信 号 是 移 位 寄 存 器 清 零 输 入 端 ， 当 其 为 低 时 移 位 寄 存 器 的 输 出 全 部 为 零 。 由 于 S C K 和 R C K 两 个 信 号 是 互 相 独 立 的 ， 所 以 能 够 做 到 输 入 串 行 移 位 与 输 出 锁 存 互 不 干 扰 。 芯 片 的 输 出 端 为 Q A Q H ， 最 高 位 Q H 可 作 为 多 片 7 4 H C 5 9 5 级 联 应 用 时 ， 向 上 一 级 的 级 联 输 出 。 但 因 为 Q H 受 输 出 锁 存

53、 器 的 打 入 控 制 ， 所 以 还 从 输 出 锁 存 器 前 引 出 Q H ， 作 为 与 移 位 寄 存 器 完 全 同 步 的 级 联 输 出 。74HC595 QB 1 16 Vcc QC 2 15 QA QD 3 14 SI QE 4 13 G QF 5 12 RCK QG 6 11 SCK QH 7 10 SCLR GND 8 9 QH 图3.6 74HC595外形及引脚图3.7 列驱动电路c. 行驱动器单 片 机 P 1 口 低 4 位 输 出 的 行 号 经 4 / 1 6 线 译 码 器 7 4 L S 1 5 4 译 码 后 生 成 1 6 条 行 选 通 信 号

54、线 ， 再 经 过 驱 动 器 驱 动 对 应 的 行 线 。 一 条 行 线 上 要 带 动 1 6 列 的 L E D 进 行 显 示 ， 按 每 一 L E D 器 件 2 0 M A 电 流 计 算 ， 1 6 个 L E D 同 时 发 光 时 ， 需 要 3 2 0 M A 电 流 ， 选 通 三 极 管 8 5 5 0 作 为 驱 动 管 可 满 足 要 求 。 3.1.4 无线串行模块电路设计 无线串行模块分为两局部：单片机无线模块和上位机无线模块。单片机通过P3.0口RXD和P3.1口TXD传发数据，无线模块同样以这两个口收发。在无线模块和上位机相连的电路中，因为无线模块电压

55、标准与上位机不同。无线模块电压为2.7-3.6V，可以与单片机的I/O口直连，但是上位机电压标准为RS232标准逻辑“1为-5V-15V,逻辑“0为+5V+15V，所以需要接MAX232芯片进行电压转换。具体电路图如下：图3.4：单片机无线模块电路图3.5：上位机无线模块电路 3.2 系统其它硬件介 节点控制器是超声波车位探测系统的中间层，用于对超声波探测器进行分组管理，循环检测所辖探测器的信息，并将有关信息传到中央控制器。一个节点控制器可以控制40-64个车位探测器。 安 装 在 每 个 车 位 的 前 方 ， 用 于 显 示 当 前 车 位 状 态 。 当 指 示 灯 为 绿 色 时 ， 表 示 车 位 为 空 车 位 ； 当 指 示 灯 为 红 色 时 ， 表 示 车 位 上 有 车 辆 停 泊 。 4 系统功能的实现 4.1 车位引导系统结构框图如下 中央控制器单片机控制 区域车位显示屏节点控制器m节点控制器2节点控制器1 车位状态灯车辆探测器200车位状态灯车位状态灯车辆探测器2车辆探测器1 4.2 车位引导功能的实现4.2.