《基于单片机的停车场车位引导装置的设计》7700字【论文】

基于单片机的停车场车位引导装置的设计目录TOC\o"1-3"\h\u22841摘要： 1215571绪论 2319181.1研究意义 2224881.2研究现状 2183751.2.1国外研究现状 2138581.2.2国内市场现状 2105752系统硬件系统分析设计 3273932.1STC89C52单片机核心系统电路设计 347162.1.1STC89C52主要特性 3235722.1.2STC89C52主要参数 3284352.1.3STC89C52单片机相关引脚说明 359202.2STC89C52单片机最小系统 4105082.3时钟电路图 534552.4LCD1602液晶显示模块电路设计 5102902.4.1LCD1602主要技术参数 5317112.5红外避障模块电路设计 6250162.5.1模块参数说明 6268782.5.2模块接口说明 7221263单片机系统软件设计 7151783.1编程语言选择 782873.2方案设计程序流程图 893643.3CH340串口程序烧写模块介绍 10292543.3.1CH340串口烧写模块特点 10236003.3.2CH340串口烧写模块引脚说明 10162883.3.3CH340串口烧写模块与单片机接线 1090154系统硬件调试 11149574.1LED液晶显示调试 11317094.2时钟调试 1160104.3计费调试 13252524.4红外避障调试 1430674.4车位检测调试 1542744.5系统整体测试 166115结论 186101参考文献 195314附录1系统电路原理图 21PAGEPAGE1摘要：如今，国内外停车场引导系统经过多年的改善与发展，已经基本上发展成智能无人阶段，本系统主要有51单片机、红外避障模块以及液晶显示和红外避障组成红外感应到有东西遮挡，则表明有车子驶入，液晶显示开始计时并计费，LCD液晶显示可以显示当前信息，当前时间、单价。车位、以及剩余车位。本次设计还具备专门的时钟芯片进行计费，并且还具有掉电行走功能，在车位管理上采用红外感应，无论是停车还是取车，传感器上都有指示灯进行提示，停车人员根据实际液晶提醒或者指示灯提示可以很快找到空车位进行停车。关键词：单片机；红外传感；液晶显示；车位引导1绪论1.1研究意义随着现在汽车数量的快速增长，在大多数城市地区，停车场越来越无法满足用户停车的需求，甚至有些地方出现一位难求的情况，这就给居民出行和交通管理带来了较大的压力，截至2021年3月，全国的私家车持有量就有3.78亿辆，平均每四个人当中就有一个人拥有一辆自己的私家车，在2021年第一季度，全国范围内注册登记的车辆高达966万辆，同比增长近31.96%，打破同期历史记录。在车辆越来越多的情况下，这就需要一个高效、便捷的停车场系统去解决传统停车场所不能承受的压力，但至今停车难的问题但还没有得到很好地解决。目前，大多数停车场还是存在以下问题：管理者对停车场剩余车位的停车位数量并不清楚，只有人工调查，才能够粗略的统计。当车主停车时，不能够准确便捷的找到剩余的停车位，只能够在停车场内四处走动去寻找未被占用的车位，这种行为不仅会给用户带来极大的不便，还有可能引发交通堵塞，而且现在很多停车场还在使用一卡一位的停车方式，但这种方式效率较为低下，如果车主不小心丢掉门禁卡片，将带来许多不必要的麻烦。因此，停车场管理一直是讨论较高的一个话题，本系统采用时钟计费的方式，可以实现真正的无人化管理，自动检测，自动计费，车位引导，使整个系统操作灵活，简单便捷，能够更好地服务广大群众。1.2研究现状1.2.1国外研究现状一些设计者正在设计与网络相连接的智能化停车系统。该系统依赖于互联网连接，可在较宽区域内的许多停车场内选择空闲停车位。管理系统负责处理发布车位信息，进行停车缴费。城市居民可以足不出户预定到空闲的停车位，并了解出行到达地的各种停车数据。在当今时代，互联网已经飞入寻常百姓家，越来越多的人开始接触网络，使用网络，依赖网络，因此，在基于互联网基础上研发一款停车场管理系统，颇为受大众欢迎，这给平时依赖于使用网络的车主带来了极大的方便，并且网络化的存车管理并不仅仅是局限于用户停车，网络可以将许多的生活中繁琐的联系方式更为简便的联系在一起，比如外出停车，是因为外出，于是外出就有了新的联系，比如外出需要出行路线，这就使得停车场与在线地图挂钩，又比如外出是因为游玩，这就需要提供一些游玩攻略，酒店查询等等功能，这些都使得停车场的功能得到了很好的扩张，但在与互联网相联系的同时，所带来的影响也是非常巨大的，比如管理系统研发成本过高，设备维护的成本又很高昂，很多技术也难以实现，这就使得这一类的停车场很难实现。在国外很多类型停车场出现的同时，国内停车场也在不断研究和借鉴，国内停车场也犹如春笋一般越来越多，但大部分停车场却依然解决不了停车难的问题。1.2.2国内市场现状随着国民经济的不断增强，越来越多的人开始拥有属于自己的出行工具，这就使得国内停车场的压力逐渐加大，大量停车场的出现，也引发了大量的问题，比如停车位难找，停车场管理不完善，以至于可能在停车场内造成拥堵，浪费大量的时间，以及引发安全问题。传统停车场需要大量的人工操作，以至于人工成本较高，还不能及时统计实时的车位信息。目前，国内停车场已经在向智能型快速转变。2系统硬件系统分析设计2.1STC89C52单片机核心系统电路设计STC89C52是一种电压比较低、性能比较高的CMOS8d微处理器。在单芯片上，这种单片机具比较灵活的的8位CPU以及系统内部可以实现编程Flash，使得AT89C51可以为很多系统提供较为有效的解决方案。2.1.1STC89C52主要特性（1）8K字节程序存储空间；（2）512字节数据存储空间；（3）具有4K字节EEPROM存储空间;（4）可直接使用串口下载。2.1.2STC89C52主要参数（1）用户应用程序空间为8K字节；（2）片上集成512字节RAM；（3）通用I/O口（32个），复位后为：P1/P2/P3是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻；（4）具有EEPROM功能；（5）具有三个T0、T1、T2定时器；2.1.3STC89C52单片机相关引脚说明（1）VCC：供电电压。（2）GND：接地。（3）P3.0RXD（串行输入口）（4）P3.1TXD（串行输出口）（5）P3.2/INT0（外部中断0）（6）P3.3/INT1（外部中断1）（7）P3.4T0（记时器0外部输入）（8）P3.5T1（记时器1外部输入）（9）RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。（10）XTAL1：内部时钟工作电路及反向振荡放大器的输入。（11）XTAL2：来自反向振荡器的输出。单片机引脚图如图2-1所示：图2-1STC89C52单片机引脚图2.2STC89C52单片机最小系统单片机的最小系统是由时钟振荡电路与复位电路组成。其中时钟振荡电路可以产生一定频率的时钟信号，它是整个单片机的心脏和中心。单片机各功能部件的正常运行都是基于一定大小的时钟振荡频率，使单片机能够正常而有序地工作。复位电路的主要目的就在于为单片机产生一个高电平复位信号，使其能够在高电平有效地完成正常复位单片机最小化系统原理框图如图2-2所示。图2-2单片机最小系统原理图外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1、C2不是十分严格的限制容量，如果是直接使用小型陶瓷石英晶体，电容最好尽量选择30pf+10pf之间,如果是直接使用陶瓷晶体谐振器，最好使用40pf+10pf的电容。

2.3时钟电路图DS1302是一种能够实现用户对时、分、秒等频率计时的新型时钟芯片，工作电压控制范围一般在2.5V～5.5V。DS1302是众多流行串行时钟电路之一，因为具有价格相对低廉，接口相对简单，而且使用起来也较其他时钟电路方便，因此被大范围的使用。DS1302是原版DS1202的一款升级版最新产品，与原版DS1202相互支持兼容，但新版时钟在电路上特别增加了主电源与后备专用电源两个双模式电源引脚，同时还可以对后备电源不断地缓慢充电，而且夲时钟在需要的时候还可以关掉充电的功能。时钟信号控制处理芯片DS1302如图2-3所示。图2-3DS1302封装图各引脚的功能为：引脚1：引脚1位5V电源引脚，当引脚1的电源电压大于引脚8后备电源加上0.2V时，此时由引脚1向时钟供电，当引脚1的电源电压小于引脚8时，此时由引脚2向时钟供电引脚2、3：X1、X2是外接晶振脚（32.768KHZ的晶振）引脚4：地（GND）引脚5：CE/RST：复位脚引脚6：I/O：数据输入输出口；引脚7：SCLK：串行时钟，输入；引脚8：Vcc1：备用电池端；2.4LCD1602液晶显示模块电路设计LCD液晶显示模块显示器有两种显示模式，其中包括字符显示和字段显示，其中字段显示模式只需要将显示信号输送到相应功能下的引脚就可以完成对字段的显示，这种方法较字符显示比较复杂，然而字符显示则比较简单，只需要根据实际情况来发送一个字符信号就可以了。本设计在比较两者的方便程度后，选用字符型显示模式。液晶显示与以前常用的数码管显示相比较来说，液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等优点，而且不必再依赖于芯片外加驱动电路，现在这种显示器已经成为较为常见的使用器件。而且LCD1602可以最多在显示器上显示16个字符。2.4.1LCD1602主要技术参数（1）显示容量为16×2个字符；（2）芯片工作电压为4.5～5.5V；（3）工作电流为2.0mA（5.0V）；（4）模块最佳工作电压为5.0V；（5）字符尺寸为2.95×4.35（W×H）mm。其具体电路原理图如图5-1所示。图2-4LCD1602液晶显示电路原理图其实物图如图2-5所示。图2-5LCD1602液晶实物图2.5红外避障模块电路设计红外传感器对周围光线的敏感程度相对于其他传感器要高出很多，在进行检测时，红外传感器发射管会发出一定频率的红外线信号，当红外线遇到障碍物时，红外线会被弹射回来返回到接收管，当比较器电路进行优化处理之后，绿色的接口指示灯就会自动亮起，同时在信号输出接口也会输出一个小的数字输出信号，通常是处于低电平的数字信号，红外检测通常的有效距离检测距离一般为2～30cm。2.5.1模块参数说明（1）在本系统中，红外传感器的输出模块端口可以直接与单片机的输入输出口相连接，除了这种连接方式，还可以与一个5V的继电器相连接。（2）本模块可以使用电压范围在3V-5V的电源进行供电，当电源上电后，传感器模块上的红色指示灯将会亮起。2.5.2模块接口说明（1）VCC外接3.3V-5V电压（可以直接与5v单片机和3.3v单片机相连）（2）GND外接GND（3）OUT小板数字量输出接口（0和1）红外避障模块模块接口原理图如2-6所示。图2-6红外避障模块原理图红外避障模块模块实物图2-7所示。图2-7红外避障模块实物图3单片机系统软件设计3.1编程语言选择因为整个程序的编程难度较大，包含大量的计算并且复杂度极高，所以我们在此次编程中特意选用了更多的浮点数计算方法，因此该程序我们选用C语言进行编写，在单片机设计软件语言编写中，使用C语言具有如下较为优越的特点：（1）可以使用更类似于人类想法的关键字和操作功能。（2）C语言代码量较小，也就是说当我们完成同一个功能时，与其他汇编语言相比，用C语言编写的程序的容量是比较小的。（3）C语言的运行速度在编程语言中是最快的。（4）C语言的运算符号较其他编程语言来说极为丰富，C语言中将逗号、括号等都归算为运算符号，从而可以实现其他语言都比较难实现的计算。3.2方案设计程序流程图主循环程序：上电后，LCD显示器先进行初始化，进行时间上的调整，当准备就绪后，开始进行车辆检测，若车辆未被占用则不计费，若车辆此时被占用，则计时器开始计时并计费，此时车辆显示模块车位数会自动减1，当红外传感检测到车辆出去时，系统调用收费显示函数，并在LCD显示器上显示具体收费信息，车位剩余数也自动加1.其流程图如图3-1所示。图3-1主循环程序流程图显示子程序：显示模块由时钟模块提供具体信息，并由显示器显示，其功能包括显示时间，剩余的车辆信息，已经被占用的车位信息，总的车位信息和停车产生的费用等。显示子程序可以调用停车时间和收费金额函数，以便车主能够更好地了解自己的停车信息。同时键盘上的按键也可以对时间，每分钟或每小时收费金额进行相应调整，如果不能完全显示所有信息时，亦可以进行切换显示。显示部分流程图如图3-2所示。图3-2显示子程序流程图时钟中断程序：如图3-3所示。图3-3时钟中断程序流程图

3.3CH340串口程序烧写模块介绍3.3.1CH340串口烧写模块特点（1）支持USB1.1或USB2.0通信；（2）采用USB口供电；（3）编程完成不影响目标板的程序运行；（4）支持STC全系列芯片烧录；模块如图3-4所示。图3-4CH340串口烧写模块3.3.2CH340串口烧写模块引脚说明（1）+5V5V输出，因有USB电源线，故本开发板不接，不需要（2）VCC本开发板不接，不需要（3）3V33.3V输出，本开发板不接，不需要（4）TXD接单片机的RXD引脚（5）RXD接单片机的RXD引脚（6）GND接GND。3.3.3CH340串口烧写模块与单片机接线表CH340模块单片机开发板TXDRXDRXDTXDGNDGND表3-1接线表

4系统硬件调试4.1LED液晶显示调试在本系统设计中LED显示模块在第一脚和第三脚共同使用一个电位器，当我们调节该电位器时，可以根据我们的需求将显示器调节的更为清晰，根据系统的设计，在电源通电时，显示屏亮并显示当前车位状态以及时间和每分钟收费信息，Place代表当时停车数量，Rest代表剩余停车位数量，Pr代表每分钟的收费信息，根据调试结果，本系统符合预期设定目标，其结果如图4-1所示。图4-1液晶显示调试4.2时钟调试本系统采用的是DS1302时钟，可以精确到分，秒，鉴于系统初始设计，本次调试目标主要是进行时间上的调整，以及掉电行走功能是否工作正常，本系统中有三个功能按键，可以对时钟进行实时间上的调整，当按下第一个按键时，可以对分钟进行调整，当按下第二个按键时，可以对秒数进行调整，比如当时时间为4分30秒，如图4-2所示，我们希望调至5分47秒，我们可以进行按键调整，调整结果如图4-3所示，可知按键调整时间功能正常。下面我们进行掉电行走功能测试，我们记下上电时的一个时间，此时的时间如图4-4所示，这时我们对系统进行断电，过十分钟后再次查看显示时间，此时的时钟显示应该是在十分钟显示后的时间，则表明系统调试功能正常，调试结果如图4-5所示图4-2时间调试图4-3时间调试图4-4时间调试

图4-5时间调试4.3计费调试本系统收费功能是根据时钟系统功能进行收费，为了调试方便，我们将系统收费设置为每分钟0.1元，如图4-6所示，Pr为00.1，我们将系统上电后，在进行红外调试功能正常后，我们对红外传感器进行遮挡，此时系统显示有车辆进入，并且此时时钟系统开始自动计时，并且开始计算费用，因为我们设置的是每分钟所收取的费用，所以我们可以查看两分钟后的收费信息，两分钟后，我们将遮挡物拿开，此时时钟停止计时，计费也停止，并且在显示器上显示停车具体时间和收费信息，此时的收费金额应为0.2元，调试结果如图4-7所示，则表明系统计费功能正常，为了更好地确定其不存在什么缺陷，我们也可以在一小时后查看收费信息，经反复确认后，系统可以正常运行。图4-6计费调试图4-7计费调试4.4红外避障调试本系统使用红外传感器来实现对车位实时信息的检测，其原理是因为红外传感器比光线的敏感度较高，本设计中红外传感器具有一个红外线发射管和一个红外线接收管，并且具有两个LED指示灯，当系统上电时，LED指示灯1发出红光，如图4-8所示，此时红外传感器发出红外线信号，如果此时在红外传感器前方有遮挡物出现，此时红外线信号被遮挡物反弹回来并被接收管接收，经处理后，此时LED指示灯2两处红光，如图4-9所示，并同时向单片机系统发出车位信号！图4-8红外检测未被遮挡图4-9红外检测被遮挡4.4车位检测调试车位检测模块是本系统中重要的模块单元，通过红外传感器的检测然后向单片机发送此时的车位信息，红外检测模块具有白色和黑色两个传感单元，其中黑色检测距离较大，白色检测距离较小，红外传感器是基于红外线在遇到障碍物后会反弹的特性实现的，红外传感器可以探测2到30厘米的距离，这个距离我们可以根据实际需要调节电位器来改变探测距离。在我们进行测试时，首先观察上电时，红外传感未被遮挡时的车位信息，由于实验有限，所以我们只设置了五个车位信息，此时的LCD显示应为剩余五个车位信息，我们在一号车位红外传感上探测前方放置遮挡物，此时传感器发出的红外线被遮挡物弹回并被红外接收管接收，传感器上红灯亮起，并向单片机系统发出信息，此时显示器上时钟应开始计时并计费，车位数减1，显示器显示Welcome一号车位，如图4-10所示，被占用车位1个，剩余车位四个，调试正常，结果如图4-11所示。在每个传感器都测试完后，我们同时对五个传感器进行测试，在传感器前方全部放上遮挡物，此时时钟系统同时对五个车位计时计费，显示器上显示剩余车位0，占用车位5个，如图4-12所示，表明系统调试正常。图4-10车位检测调试图4-11车位检测调试图4-12车位检测调试4.5系统整体测试为了更好的测试系统的整体工作状态，我们将软件系统和硬件系统统一测试，但由于受到实验平台与资源的限制，只能对设计的有限个停车位进行测试，测试结果表明系统可以在预先设计的功能下正常工作，其测试结果如下：（1）先将系统上电，查看显示屏状态，以及LED指示灯是否工作正常。（2）记录下此时的时间以及车位信息（3）设置每分钟收费金额0.1元（4）检测红外对管是否正常工作，当没有障碍物时，红外对管仅有一只LED灯亮，当检测到障碍物时，另一只LED灯亮。（5）检测系统是否正常工作，当红外检测器未检测到障碍物时，此时的显示器为初始状态，被占用车位数为0，剩余车位数为5，当一号红外检测器检测到遮挡物品时向系统发送此时的车位状态，此时显示器应该显示空闲车位数量为4个，被占用的车位数量为1个，当红外检测器被遮挡时间大于一分钟后，将遮挡物移除，此时的显示器显示车辆的停放时间以及收费信息0.1元，为确保可以系统在各个状态下均可正常工作，我们可以调整被遮挡车位数量，反复进行调试，其结果也与目标结果相同，系统可以正常工作，并且可以完成设定的各项任务。结论针对大型，分散，复杂的停车场的停车问题，驾驶员无法快速停车，设计了一种停车引导解决方案。系统设计的整个工作过程主要包括以下几点：首先，本系统前期通过大量查阅相关资料，完成了对相关知识的掌握与巩固，了解并仔细分析了国内外停车系统的发展状况，根据现有的情况，提出了众多可实施性方案，并根据国内停车场现状，提出了合适的改进思路，经对系统的不断完善后，本系统已经大致完成了停车场管理系统的预期功能和相关数据的整理，本系统专门根据国内停车场现状而设计，在采集信息后，系统将数据分析整理，经过显示器显示实时数据，可以引导车主快速掌握停车场相关信息，以及能够方便快捷的找到空闲停车位，从而实现引导和数据检测功能。“停车场引导系统”是源于生活中的一个设计题目，由于传统型停车场的在统计信息，收费方便的不足，我们采用红外检测以及时钟计费等新颖的方式为停车场提供一个使用便捷、价格低廉的停车管理模式。在本系统设计中我们主要完成了以下内容：（1）完成对51单片机的设计与选型，完成系统的显示部分和时钟计费功能（2）完成其电路的设计，和硬件的组装（3）完成程序流程图的设计，完成程序的编写与调试但本设计由于实验和本身知识的局限性，还有许多的想法和功能未能完成，比如组建网络系统未能完成，未能完成自动收费功能，软件编写和硬件设计方面还有待完善，在之后的时间里，我将继续研究该系统设计，争取在软件和硬件结合的情况下，作出更令人满意，让驾驶员停车更加便捷的设