智能停车系统设计报告

1、 TOC o 1-5 h z 实习背景1实习目的1实习时间2实习内容概要2实习内容2实习过程 2第一周项目概要设计：硬件 2第二周：串口是什么？ 2实习内容4无线传感器网络概述 4停车位传感器的硬件设计技术 6停车场管理系统构成 6泊车引导系统 7车位检测电路方案论证 9停车位检测器的设计 10超声波检测车位状态的原理及实现 102.3主要成果143 实习心得16实习背景实习目的使学生在学习专业技术基础和主要专业课程的基础上， 学习和掌握自动化及 通信工程领域内嵌入式系统技术及的基本知识和方法，培养学生综合运用所学的 自动化及通信工程各专业方向的基础理论、 基本技能和专业知识分析问题和解决 工

2、程设计问题的能力，培养学生调查研究，查阅技术文献、资料、手册，进行程序设计、电路图纸绘制及编写技术文件的基本能力。实习时间2019年9月2日至9月20日。实习内容概要结合中国城市特点，以传感器网络为支撑，设计城市停车诱导系统。该系统 能实时提供停车场停车信息、道路车位使用信息，引导驾驶员查找空车位，为驾 驶员节省时间，减少因缺乏停车信息而引起的车位难找的情况。大大缓解了城市 交通拥堵状况，减少了道路占用，降低了车辆尾气排放和噪声，提高停车场、路 测车位的使用效率。同时，采用集约化系统化的车位管理、收费管理，也可有效 改变停车场收费管理混乱的状况。2实习内容实习过程本课题提出了一种新的停车位监控

3、方案：在所有的车位上布置基于 ZigBee标准和超声波检测的节点模块，在停车场的出入口等关键位置和所使用的停车卡 上布置基于ZigBee标准的节点模块，组建网状拓扑结构的无线传感器网络，检 测各车位的占用或空闲状态以及车辆的停车情况。本系统的主控计算机通过 RS-232串口与无线传感器网络的协调器节点相连 接，计算机的主控程序调用 ReadFile , WriteFile 等标准文件操作读写串口。同 时，协调器提供用口终端程序，实现计算机与协调器的通信。主控计算机与无线 传感器网络无缝连接，无线传感器网络所采集的数据由计算机的主控中心管理系 统处理。第一周项目概要设计：硬件ARM开发板（显示界

4、面）zigbee无线传输数据的2个zigbee模块：1个协调器，1个终端协调器 + 终端（超声波的传感器测距离）=2.4G频段：zigbee无线网络类似于：（无线路由器）+ 手机= 互联网网络超声波传感器：用来测距软件：zigbee开发的软件IAR开发工具第二周：串口是什么？串口是一种通信的接口。比如：USB接口，并口，串口UART通用异步收发器TXD:发送信号线RXD接收信号线GND :地串口发送数据。无线发送数据:zigbee无线网络：1个协调器最多可以连接65000个多终端。需要2个开发板：1个zigbee开发板：下载 一个 协调器（类似于 WIFI路由器）的程序1个zigbee开发板：

5、下载一个 终端（手机，IPAD,笔记本）的程序终端 协调器：联网ZIGBEE 模块： 每个车位都配有1个终端，功能：采集距离值，温度值 发给 协调器：No1: car , 30协调器 收到了这个温度，有车/没车- 目的？协调器PC（电脑）：用口助手 看到 ：温度，车。- 目的?协调器 用口发送数据-ARM开发板（主控板）目的?No1: car, 30ARMfc控板：分析数据，分析字符串:- 1.改变相应的 车位的 图片. 记录车进入车位的时间。.计算车离开的时候，停车的时间，根据这个时间，计算费.引导车主，开往空闲的车位。LCD上显示，以上的内容ARMFF发板：= 协调器：（USB串口连接AR

6、M开发板）ARMFF发板：（Linux系统读用口目的，读到 车来/车走 信息） 怎么读用口？对于windows来说：电脑多了COM21 windows用用口助手在读用口在linux系统中：一切的设备都是以文件的形式存在的。在linux 中读用口：读/dev/ttyUSB0 文件，就是读用口。在linux中编写程序：seri.c用来读用口的程序+ lcd.c = 停车场的程序.打开用口 : open_port（fd, 1）;.设置波特率，数据位，停止位 ：set_opt（fd,9600,8,N,1）. 读用口： read（fd, buff, 20）;把用口中的数据读到 buff中int main

7、（void）int fd;int nread,i;char buff20=0;/ 数组，用来保存串口的数据： car coming / cargoing/ LCD初始化函数/fd 代表已经打开的：/dev/ttyUSB0 设备if(fd=open_port(fd,1)0)perror(open_port error);return;if(i=set_opt(fd,9600,8,N,1)0)perror(set_opt error);return;printf(fd=%dn,fd);while(1)/读用口，读的内容放到 buff中，最多读20个字节/ nread 成功读到了多少个字节nread

8、 = read(fd, buff, 20);printf(nread=%d,%sn,nread,buff);判断串口的数据的内容：如果是车来：if( strncmp(buff, car coming, 10 尸=0)换图片，开始计时如果是车走：if( strncmp(buff, car going,9 )=0)换图片，停止计时，计费显示时间，费用在LCD上。sleep(2);/ write(fd,buff,strlen(buff);/ printf(nread=%d,%sn,nread,buff);close(fd);return;2.2 实习内容无线传感器网络概述本次课题为停车场空位检测提供

9、了依据，有助于停车场的管理和发展。本文分析了当前停车场智能管理系统的发展现状和停车位监控的主要实现 方式，并介绍无线传感器中的 ZigBee标准的协议，并基于ZigBee协议，采用 CC24305片和超声波测距模块，设计一个停车位空位检测系统，并且增加显示 停车场所有车位的空闲与否的显示屏，实现停车场内停车诱导，增加停车位与所停车辆的匹配。内容包括基于ZigBee网络技术的停车场空位检测系统结构框图和检测器的 安装位置图，车位检测的硬件电路，以及整个系统和各个部分的介绍，ZigBee无线网络节点，ZigBee无线数据传输的相关内容。本系统采用ZigBee无线网络连接，各个子系统通过 ZigBe

10、e网络进行通信，省去了昂贵的布线成本，满足了己有停车场不停业改造的需求，填补了市场空白本系统可帮助泊车者方便快捷地找到车位，提高车场车位管理的规范程度，提高车位利用率。降低管理人员成本，消除车主寻找车位的烦恼，出行愉快，使停车 场形象更加完美。ZigBee 技术（IEEE 802.15.4 ）Zigbee 联盟成立于2001年8月，负责制定网络层以上协议。IEEE 802.15.4工作组则负责ZigBee物理和媒体控制层技术标准。ZigBee主要应用在短距离范围之内并且数据传输速率不高的各种电子设备 之间。与蓝牙同属802.15。主要使用2.4GH破段，采用跳频技术。成本低。在工 业监控、传感

11、器网络、家庭监控、安全系统和玩具等领域广泛应用。Zigbee的优点：1）省电。由于工作周期很短、收发信息功耗较低，并且采用了休眠模式， 因此ZigBee技术可以确保2节五号电池支持长达6个月到2年左右的使用说明。不 同的应用对应的功耗自然是不同的。2）可靠。采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专 用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。MA夜采用了完全确认的数据传输机制，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。3）成本低。模块价格低廉，且ZigBee协议是免专利费的。4）时延短。针对时延敏感的应用作了优化，通信时延和从休眠状态激活的 时延都非常短。设备搜索时延典型值是 30

12、ms休眠激活时延典型值是15ms活 动设备信道接入时延为15ms5）节点通信设备易于配置。6）网络容量大。ZigBee可以采用星形、网状、用状结构组网，而且可以通 过任一节点连接组成更大的网络结构。从理论上讲，其可连接的节点多达64000个。一个ZigBee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备，一个区域内可以 同时存在最多100个ZigBee网络。7）安全。ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用AES128 同时各个应用可以灵活确定其安全属性。8）全球通用性和完好的开放性。ZigBee标准协议，使ZigBee设备间的通信 成为轻而易举的事情。各种无线通信技术的性能比较Z

13、igbee蓝牙HomeRFWi-Fi使用频段/GHz2.42.42.42.4调制技术BPSK.OQPSKGFSKFSKQPSK最大速率/Mb/s0.2511.61功耗极低中等中等高复杂性简单复杂复杂很复杂覆盖距离/m100105050网络节点255812750使用成本低中等中等中等安装难度简单简单简单简单通过比较可知，ZigBee与Wi-Fi（IEEE802.11）, Bluetooth（IEEE802.15售同使用 2.4Gh须段的技术相比，用户能拥有较长的电池寿命和较多的器件阵列更适合于大型无线传感器网络的组建。停车位传感器的硬件设计技术在传感器网络中，全功能器件（FFD）M有控制器，可建

14、立并形成网络，能连接其它 FFD或RFD提供信息双向传输。精简功能器件（RFD）R能传送信息给 FFD或从FFD接收信息。FFD节点可作为协调器、路由器以及终端节点。RFD节点只可做终端节点。网络中只能有一个协调器，管理整个网络14。每个独立网络的网络号 （Personal Area Network ID,个域网ID）都是唯一的。本系统中， 停车位的传感器作为终端节点，选用CC2430芯片。CC2430为FFD器件， CC2430芯片采用7mm X 7mm QLP封装，共有 48个引脚。全部 引脚可分为I/0端口线引脚（21个）、控制线引脚和电源线引脚。数据采集超声波传感器基于CC2430的超

15、声波接收模块设计如图所示：数据传输Zigbee数据处理MCU电源管理单元超声波接收模块停车场管理系统构成本系统可分为4个模块：入口管理、泊位管理、车位管理和出口管理。该方案主要由停车场内系统和泊车引导子系统组成。停车场内系统是整个停车场管理系统的核心，也是该管理系统的特色所在，用车位检测的方法给泊车引导提供了更迅速、更真实的信息，减少了车辆寻找车位的时间；利用车辆信息查询技术确保了客户快速找到自己的停车位，满足了客户 的需求，从而显得更加人性化。控制中心出口通道泊车引导停车场内系统入口通道读卡器组车辆检测引导显示型引导显示产无线通信系统车位检测无线通信系统车位检测无线通信系统车位检测读卡器组车

16、辆检测空余车位显示本文提出了一种基于 ZigBee无线网络技术的停车场空位检测系统设计方案。采用 Zigbee无 线收发装置实现停车场的车位检测及智能管理。在停车场的每一个车位上方安装超声波探头。这些探头能够将整个停车场的车位占用情况通过节点控 制器准确地传送到中心控制器，中心控制器通过对这些信息进行分析、处理，分别将相关指令传送给车位 引导牌，满位显示牌，司机只要按照引导牌的指示行驶，就可以顺利地停车入位或驶离停车场。中心控制器还将综合分析得出的信息，传送到设在监控室内的系统计算机和停车场动态显示屏。监控 人员可以利用计算机上的专业软件对该车场的各种数据、图像、历史纪录以不同的条目进行管理和

17、查询。 车位动态显示屏可以使管理人员直观查看停车场使用情况。泊车引导系统泊车引导系统很重要，作用就是帮助司机迅速找到合适的空余车位。泊车引导子系统 由通道上的引导显示牌组成。引导显示牌主要安装在道路岔口处，指示停车场中左方、 右方和前方剩余车位的数量。.泊车引导系统工作流程通过车位探测器可以实时采集停车场的各个停车位的停车情况，区域控制器按照轮询 的方法对停车场各个车位的相关信息进行收集，并按照一定规则将数据压缩编码后反馈给主控制器，由主控制器对整个车场的车位停放信息进行分析处理后，发送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，并同时将数据传送给计算机，由计算机将数据存放到数

18、据库服务器，计算机系统提供数据查询接口。.系统安装分布详细解读停车场各个入口停车场的每个入口均应该安装入口车位信息总显示屏，用于显示停车场内车位信息。显示屏由高亮度户外 LED模块、驱动电路、控制电路、支架等部分组成。它接收中央控制器的 车位统计信息，用数字和文字形式实时显示当前停车场空闲车位数量，提示准备入场的车辆司机。安装效果如图:rpl 空车位J Aval lablo LotsA区一二靠三工b 区 33H0c 区 -OE!.Ep停车场1 Parking欢迎光临空车位.1Avcii Jable Lota呻,“三己1入口车位信息总显示屏停车场内部岔道口停车场内部重要的岔道口需安装车位引导显示

19、屏，显示屏由高亮度户外 LED模块、驱动电路、控制电路、支架等部分组成。它接收中央控制器的输出信息，用数字、箭头和文字等 形式显示车位方位，引导司机快速找到系统分配的空车位。停车场中央控制器通过网络可以实现每个路口的任意方向的引导，从而将车流分配到停车场最适合的位置，保证停车场的畅通和充分利用车位。安装效果如图:lots available* 1VV* !Avail- 叫e s+ m，a a 9 %1+，s w-iLok*+* a 卜 上 4 ，-8-* *- + 三二三-1 J,VZ 车位引导显示屏每个停车位每个停车位上均需安装一个车位探测器和一个车位指示灯。车位指示灯直接从车位探测器上接线

20、，施工方便。对每个车位的占用和空闲情况进行可靠检测。 在每个车位上方安装 超声波探测器即可探测到有无车辆停泊在车位上。 如果有车，探测器控制车位指示灯显示红 色，否则显示绿灯。安装效果图:停车位指示灯中央控制器中央控制器负责整个停车场引导系统的采集与控制，是系统核心。中央控制器采用Motorola公司的DSP实现综合控制，主频速度达到80MPIS,性能卓越，能够承担高达 8000个车位的停车场管理功能。停车场引导系统的核心功能是进行车位引导，该功能主要由中央控制器完成。3.1.1车位检测电路方案论证触发类型的选择是实现车位状态检测的关键技术。触发类型的选择可以看作是传感器类型的选择。下面对传感

21、器的性能进行仔细的对比。1、红外线传感器当有车驶入某车位时，红外探头对射感应并把车位状态上报给控制中心。红外探测具有价格低廉、应用范围广的优点，并且由于开发较早，技术相对成熟。但是红外也有很多不利因素：1）容易受各种热源、光源、电磁和其他人员的干扰，在停车场的复杂环境里会导致的误 报；2）容易造成多次触发， 车位检测要求有一个确定的触发状态，尤其是在车位进出时车位的时候，给车位实时监测带来难度，所以不能满足设计要求；3）无法实现车位状态的主动查询。2、超声波传感器超声波传感器一般是用来测距的，根据声波在空气中传输的时间来得到距离。根据使用环境，计算出最大误差值，当某车位无车时，超声波传感器测得

22、的距离大于门限值；当有车时，测得的距离小于门限值。 这样可以清晰显示车位的状态，而且控制中心可以随时主动查询车位状态的信息。当然，超声波传感器也有缺点：1）周围环境产生40kHz左右的噪音时会导致超声波传感器接收错误；2）一个超声波传感器发射接收容易受干扰，两个相近的物体可能引起超声波传感器的接收错误；3）不能适应多风的场合，风不能大于六级。能否主动获取车位状态信息是车位状态检测的一项基本要求，因此在停车场中超声波传感器的缺点基本可以避免。经综合考虑以上方案，最终选择超声波传感器19。停车位检测器的设计停车场的环境比较复杂，红外线传感器构成的车位检测器易受灰尘影响，并且安装不 便，所以并没有得

23、到普遍应用。本次设计将超声波车位传感器安装在车位的正上方，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，即可获取超声波传输的时间， 从而计算超声波传输的距离。当车位有车时，其所得距离与无车时的距离是不一样的，由此判断车位上有无泊车。本次设计采用的是 TGWH636超声波传感器，具有防误检功能，如防相邻车位误检、人 员在停车位上误检、障碍物误检等，本探测器是停车场车位检测系统首选探测器。探测器工作稳定可靠，技术成熟，已经装备了多个国家重要部门的停车场，占有国内大部分市场。探测器外形美观，实时状态灯显示车位，现场安装、调试、维修方便。探测器安全可靠，保证全部接线与外部绝缘，保证停车场

24、工程的安全。并且探测器功耗极低，降低用户用电费用。采用继电器触点输出，接口简单，安全可靠，适合各种控制系统23。超声波检测空位示意图超声波检测车位状态的原理及实现.超声波检测车位的原理超声波检测车位状态是基于超声波测距原理实现的。超声波测距原理是：超声波发生器内部结构有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号， 其频率等于压电晶片的固有振荡频时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两 电极间未外加电压，当共振板接收到超声波本时，将压迫压电晶片作振动， 将机械能转换为电信号，就成为超声波接收器。在超声探测电路中，发射端得到输出脉冲为一系列方波，其宽度为发射超声

25、的时间间隔，被测物距离越大，脉冲宽度越大，输出脉冲个数与被测距离成 正比26。通过超声波发射探头不断发送超声波，并检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波， 从而测出发射和接收回波的时间差T,然后求出距离s=CT / 2,式中的C为超声波波速。为了能测量顶端和地面之间的距离，我们可以在汽车位上方安装传感器排组，用超声脉冲激励超声探头向外辐射超声波，同时接收从被测物体反射回来的超声波（简称回波），通过检测或估计从发射超声波至接收回波所经历的射程时间ToF（Time of Flight）,按下式计算超声波探头与被测物体之间的距离 d,即d=1/2xcx T oF （c为声波在空气介质中的传播速度）。

26、经大 量实验验证频率为 40KHZ左右的超声波在空气中传播的效率最佳，因此，为了便于处理， 发射的超声波被调制成 40KHz左右、具有一定间隔的调制脉冲波信号26。定时器调制器振荡器超声波发射器 ”控制 .J twU增益放大L超声波接收器F计算显示器图3.12超声波测距原理图.超声波检测车位状态的判断根据超声波测距的原理，假设停车场的顶部与地面的高度为3米，空气传播速度被认为是不变的。在实际中，如果有车停入时，超声波发出后遇到汽车顶部反射，超声波接收到的时间就要比没有车的时间短，据公式L=Vt/2推出，得到的距离 L与实际距离3米比较，如小于3米，表示车位被占据，否则说明车位未被占据。为了克服

27、人在车位上走动的干扰，当 检测到有车刚停放时，需要隔几秒之后再进行确认23。由于超声波测距传感器常用的方式是1个发射头对应1个接收头，也有多个发射头对应1个接收头，共同之处是：每个接收头只测量一个位置，这个位置就是除盲区内因发射 的超声旁瓣引起的接收信号超声波包络峰值外，第1个接收信号超声波包络峰值对应的距离。于是我们根据脉冲回波检测法提出了以下车位占空判断准则：准则一：凡一次回波时间T有如下关系：T o-A tttO+A t如图所示，视为无车。这里A T为考虑温度变化及传感器安装高度允许误差所加的时间校正量，T O为常温和固定高度下一次回波的时间。准则二：凡一次回波时间T有如下关系：或无回波

28、，均视为无车。图3.13传感器脉冲回波示意图垠回以上两条准则充分考虑了各种实际情况，诸如车辆偏离车位中心，非平面车顶或无蓬顶1。车造成的复杂回波甚至无回波，临近车辆的回波干扰等，其检测的可靠性远比传统方法为高。如果加以有效的信号处理，则可进一步提高检测的可靠性考虑到检测方式是脉冲反射式近距状态测量,故可忽略湿度、温度梯度变化、空气扰动等次要因素的影响。故有式中A T一对应相对常温的温度变化量所加的时间校正量安装高度允许误差h折合的时间校正量由声速公式c=331.4,( 1+k/273)(m/s),式中 k-氏温度，C得：t =2h/c=2h / (331.4，(1+k/273)t o = 2h

29、o / Co =2ho / (331.4 V(1+ko/273)(s)d t =(? t / ? k) dk+ (? r / ? h)dh?r / ?k (h /(331.4 X 273) (s/ C)?t /?h =2/331.4 （s/m）室内（地下）k的变化范围一般为几十摄氏度，故有以上近似式。所以:A = A +A ” = | (?r/ ?k) Ak | + | (? t /?h) A h |折合成最大测距误差为：AHmax= 1/2 A t - c |50 C 。 (50C为设计适用温度范围的上限),若A Hmax小于入场车辆的最低有效反射平面高度（约0.5m）,则无需另加温度传感器

30、进行误k0=20 ,差校正，仅需将估算出的 T以常量形式编入程序即可。实际应用中我们取常温使用温度范围为-1050C,由此 k=30C;传感器安装高度h0 = 3m,设最大安装高度允 许误差 Ah= 10.0cm,贝U。o=0.0175s=17.5ms,若 A。=(9.95+6.04 )x 0.0001=1.60ms, A Hmax = 1/2 A t - c 150 c =0.288mv 0.5m。即可得到判断的门限值 2。2.超声波检测车位状态的实现超声波检测车位状态的电路包括：超声波发射电路、超声波接收电路和Zigbee电路。由单片机的管脚产生频率为 40KHz的方波信号。为了提高发射强度，用推挽的方式将方波信 号加到超声波换能器两端。输出端采用两个反相器并联，用于提高驱动能力。超声波接收电 路核心器