《基于单片机的停车场引导系统的设计》6200字（论文）

基于单片机的停车场引导系统的设计目录TOC\o"1-2"\h\u12259基于单片机的停车场引导系统的设计 1267361概述 178031.1研究背景及意义 18221.2研究内容 237402系统方案设计与相关原理 253982.1系统方案设计 2182592.2红外检测原理 3247142.3显示方案选择 4169753系统硬件设计 474813.1主控电路 4129233.2显示电路 6196153.3车位显示电路 6196253.4按键电路 732313.5电源电路 7189924系统软件设计 882054.1KEILUVISION简介 876684.2主程序流程图 8256574.3显示程序 9220635系统调试与测试 10255855.1系统硬件调试 10148285.2软件调试 10316555.3实物调试 11264046结论 1224464参考文献： 13摘要：设计了一种基于单片机的停车场引导系统，系统包括STC89C52单片机电路、电源电路、由红外对管构成的红外检测电路、LCD12864电路以及LED车位灯等硬件电路。可以实现进入车辆的车位选择，根据停放车位情况，引导车辆去指定停车位的功能。蓝灯为指引灯，当有车辆经过，有空余车位时，蓝灯长亮代表该车位可以停车，绿灯为空余车位显示灯，当车位被占用时，红灯就会长亮，具体占用车位数，剩余车位数会在液晶上显示。经过测试，系统运行可靠，完成了设计目标。关键词：停车场；STC89C52单片机；红外1概述随着居民收入水平的增长，加上汽车工业的快速发展，使得我国目前人均汽车占有量也跟着急剧上升，汽车是居民出行主要的交通工具，在城市道路上随处可见。因此对于停车场而言，如何高效的管理需要停放的汽车，指示司机行驶到规定的停车位，这是一个值得研究的话题。此外该系统还应该具有简洁实用性强，可以应用到人们生活当中取得这样的功能，才能满足在日常生活当中的使用[1]。研究背景及意义随着经济的发展，人们进入了一个现代化智能化的社会。越来越多的汽车被人们所购买，对停车场的需求也在不断增加，为有效处理停车难的问题，很多城市都建立了非常多的停车场[2]。但是，智能停车系统市场相对放缓，远远落后于市场化动态交通的发展。停车场管理系统采用了自动化的电子设施去对停车场实施高效管理。经过尽可能的降低人工参与，从而有效降低对劳动力的使用，减少人力成本的基础上也可以有提升停车场的安全性以及管理质量，给用户提供更加便捷的服务。本次就是在这样的背景下设计一款停车场引导系统，该系统由嵌入式管理技术实行具有良好的兼容操作，并且可以实现停车场车位计数以及车辆引导的功能。因此可以在车辆杂乱或者是拥堵的城市当中使用，能够有效的引导司机去到规定的停车位，减少道路当中的乱停乱放，规范城市交通环境有着重要的意义，此外本次设计的系统成本低廉，功能灵活多样，可以根据实际的情况具体做开发，因此在现实社会当中有着良好的实用性，可以推广到日常生活当中[3]。1.2研究内容本文的主要内容是设计一个停车场智能停车引导系统，整个系统包括STC89C52单片机电路、红外检测电路、LCD12864电路以及LED车位灯等硬件电路，其可以实现进入车辆的车位选择，根据停放车位情况，引导车辆去指定停车位的功能。为了对设计进行验证对相应的功能进行测试，本次设计的停车场汽车引导系统具有良好的稳定性，并且在实现功能的同时兼具开发成本，可以应用到日常生活当中，具有相应的参考价值。2系统方案设计与相关原理2.1系统方案设计本次停车场智能停车引导系统设计中，其硬件结构包括：STC89C52单片机电路、红外检测电路、LCD12864电路以及LED车位灯等硬件电路构成。单片机作为本次设计主控芯片，负责信息的处理；红外检测电路由4对红外对管构成，在车位旁，来检测车位是否有车；LCD128液晶显示器显示车位信息，本次设计共有4个车位，将有车车位与无车车位的数量都展现在LCD上；LED车尾灯由红绿蓝三种颜色构成，红灯表示车位有车，绿灯表示车位无车，蓝灯则作为指引灯，表明车辆可以去当前车位停车。整个系统硬件框如图1所示。图1系统整体设计框图在系统设计当中应该从多方面的角度综合考虑问题，作为本次的设计系统应该在保证相应功能完备的情况下减少系统占据的空间，这样可以在条件更为苛刻的情况下使用，并且能够有效的降低系统的功耗对电压的要求范围更广，这也是作为单片机设计的主要特点之一。另外系统还要具有很高的可靠性，这样就能够减少外界环境因素对系统的干扰，提高抗干扰能力，保证相应的功能能够实现。2.2红外检测原理红外检测部分包含了发射管与接收管两个部分，通过红外发射管可以发射出红外线，该线是人们看不到的，常见的红外发射管及红外线的波长在940nm左右，外形与普通φ5mm发光二极管相同，其区别主要体现在颜色上面，该发射管发射的颜色主要包含了三种，透明、黑色、以及深蓝色[4]。判断红外发光二极管的好坏与判断普通二极管一样的方法。单只红外发光二极管的发射功率约100mW。红外接收管采取的材质是一种光敏二极管，这样在接收到红外信号的时候，二极管的电阻就会发生变化，光敏电阻对光很敏感，在电阻发生变化的时候，通过电压信号就可以将此变化呈现出来。在接收电路当中，为了将该增益放大，因此常常具有放大电路。IR1为发射管，IR2为接收管，当通电后发射管发射出红外光，有物体时，红外光会返回被接收管接收，内部发生变化，使负端电压改变，没有物体存在时则没有返回红外光[5]。当有物体存在时，接收管接收到红外光后导通，比较器负输入端变为低电平，此时负端电压低于正端电压，比较器输出高电平，单片机判断为该车位忙；相反，如果无物体存在，接收管处于截止状态，比较器负输入端为高电平，此时大于正输入端的比较阀值，比较器输出低电平，单片机判断为该车为空闲。原理如图2所示。图2红外接收管原理图2.3显示方案选择方案一：数码管显示模块。数码管显示模块是一款较为传统的LED显示模块，每块数码管都包含数量不等的LED显示模块，通过对这些LED模块的进行特定方式的组织来展示不同的字符。常见的数码管一般会采用共阴极或者共阳极的控制方式，在每个LED二极管上都并联一个阳极或者阴极点，控制器件通过输入高低电平来实现数字、字符的显示。方案二：采用液晶显示模块的LCD1602。LCD1602不同于数码管，是一款对LED模块进行深度定制的可编程控制显示模块。在控制LCD1602进行显示时，用户不需要根据LED模块的组织方式来改变程序的控制方式，这些控制由LCD1602内部包含的寄存器来实现，用户应用程序只需要通过对显示屏的外部寄存器进行控制即可。综上所述采用方案二的LCD12864作为显示设备更加合理。3系统硬件设计3.1主控电路3.1.1单片机介绍STC89C52是STC公司旗下的产品，它具有功率消耗低、性能好的特点，是一个CMOS8位微控制器，可以存储8K字节。MCS-52在CPU上采用了8位，STC89C52的外部双向输入/输出(I/O)端口共计32个，还有2个内部兼具外部断口，共包含了有40个引脚。MCS-52系列微控制器拥有40管脚，两排插件封装，HMOS工艺制造，主电源引脚有两个，包括VCC(第40端口)连接到正端的5V电源和GND(第20端口)连接到电源的端部[6]。3.1.2单片机最小系统STC89C52的最小系统如图3所示。最小系统由晶体振荡电路、复位电路和电源电路组成。图3单片机最小系统图晶振电路主要包括12M晶体振荡器X1，这意味着晶体振荡器电路每秒产生12M正弦波。为了帮助晶体振荡器更容易震荡，增加了2个30pF电容器C2和C3。晶体振荡器的值越高，微控制器的执行速度就越快。电路设计时，晶体部分越靠近微控制器越好。复位电路就像计算机的重新启动部分，为了防止单片机在使用中被卡死，按下重启按钮，从一开始就启动内部程序。当MCU系统运行时，当环境受到干扰时，程序会跑掉，它可以按复位按钮从零开始自动启动内部程序。复位电路由极性电容器C1、10uF电容值和10K电阻构成。当系统接电，RESET脚输出HIGH电平，此时代码不会执行。当电容充满电后，VCC断开，利用电容电压不能突变的性质，RC值来决定放电持续的时间。图4单片机复位电路电源电路采用的是40引脚接电压，20引脚接地方法给单片机供电，如采用手机充电器、电脑USB端口、移动电源等。除了以上三个电路外，单片机还具有一些外部电路。因为MCU的P0端口没能力输出高电平，加入行电阻，可以使P0口兼具通用I/O端口功能。3.2显示电路常用的显示模块有数码管和LCD1602，考虑到数码管无论是在控制方式还是在显示内容方面相比LCD1602都有一定的劣势，本文采用LCD1602作为系统的显示模块。LCD1602可以显示两行，每行16个字符，共32个字符的内容，符合本文系统的展示需求。图5液晶OLED12864电路图LCD1602由多个LED二极管构成，内部包含寄存器电路，预存了常见的英文字符和标点符号等内容，外部控制器通过D0~D7这几路数据控制引脚来控制寄存器内容的显示[7]。其中CS和SDA分别为模块的片选引脚和数据控制引脚，当需要与多片LCD进行联动显示时，可以通过CS引脚与SDA引脚来对多片LCD进行显示的控制，两路引脚均为高电平有效。图6LCD12864的读写时序图3.3车位显示电路车位显示电路主要是由三个发光二极管构成，分别以不同的颜色代表不同的车位状态。本设计一共有4个停车位，每个停车位上面都有三个不同颜色的二极管灯光，所以一共有12个灯光。图7以第一个停车位为例，端口分别与单片机P1.0口，P1.1口，P1.2口相连。图7二极管显示电路3.4按键电路按键电路主要用来采用户的输入指令，常见的按键模块分为独立按键与矩阵按键，独立按键指将按键的引脚直接连接到单片机的IO引脚，单片机通过定时检测或者中断检测的方式来读取按键上的电平，并通过电平的高低来判断是否被按下。矩阵键盘不同于独立按键，预先将多个按键行进行排列，同一行中的VCC引脚进行串联，同一列的GND引脚进行串联，并将行列线连接至单片机的IO引脚，单片机通过对行列线的检测来定位被按下的按键。其中独立按键适用于按键较少的场景，可以降低系统设计的复杂度，而矩阵按键则适用于按键较多的场景，虽然程序设计上存在一定的难度，但是可以降低对单片机引脚资源的占用，提高系统硬件资源的利用率。本文采用独立按键来实现系统的按键模块的设计。图8为按键控制电路原理图。图8按键电路图3.5电源电路电源电路是用来给单片机供电的电路，本次设计采用与USB相连5伏供电的方式。当USB线与单片机连接，按下sw1就可以为单片机供电，其中C10电容为滤波电容。图9电源电路4系统软件设计在硬件设计结束之后，另一个比较重要的是就是软件设计。软件设计是在硬件的基础上对相应的控制器件进行编程，以此来达到人们控制的目的，也就是整个系统的核心功能。对于单片机开发而言，通常采取的编程语言都是C语言，C语言作为高级语言相对于汇编语言有更好的阅读性，并且成本维护很低，另外C语言在开发难度上也比较小。因此考虑到以上的原因，本次采取的是C语言，作为整个系统的设计语言。4.1KEILUVISION简介在现阶段的软件开发领域中的使用较为广泛，也是在嵌入式当中使用的很广泛的一种软件，相比于其他的汇编语言，用C语言来开发，更具有明显的优势，也就是说C语言语的软件结合的话，其可读性性能维护性上相，对于其他的组合更加明显，并且该软件开发的界面十分亲近，使用起来快捷[8]。从功能上讲，该开发软件具有十分完备以及丰富的库功能，能够给开发者们提供多种调试工具。它具有非常高的可读性移植性和操作性，可随时对程序进行检测修改和补充，防止因为程序的不完美导致硬件出现故障，可以更好地显露出高级语言的优势。图10Keil软件的界面4.2主程序流程图在系统上电后，整个系统首先进行参数的初始化，在车辆入口会根据红安对管接收到的信息，对当前车位以及车辆驶入进行相应的判断。根据依次顺序，判定当前有车位，则相应的导航灯亮起，在无车位的情况下会寻找空位，并且亮起对应的导航灯。在判断有车位后，离车最近的空车位的导航灯会亮起。车位显示后，会判断车是否到达车位，当车到达车位之后显示的车位会自动减一。系统主流程图如图11所示。图11系统主流程图4.3显示程序在对显示子程序设计的时候，首先系统会进行初始化，通过IIC通信的方式。SCL线拉低，然后在拉高的时候发送数据，每次地址加一，在数据发送完毕之后结束。关于数字的加减是由当前车位数量决定的，当车驶入之后到达指定位置，车停下之后数字会减一，当车驶离当前车位并且刷卡离开之后车位会自动加一。流程图如图12所示。图12显示程序流程图5系统调试与测试5.1系统硬件调试硬件设计指的是和设计相关的硬件电路图的设计，因此硬件调试主要的功能就是设计的硬件电路图进行检查和功能调试，同时还包括硬件电路板焊接情况的调试，在硬件调试的过程中应用的最大的测量工具如电压表、电流表、示波器等检测设备[9]。5.2软件调试软件设计指的是对设计的软件逻辑进行C语言程序的设计，软件性能好的好坏会直接影响着系统的功能，因此软件调试在设计中也是非常重要的一个环节。在进行C语言软件调试的过程中我们主要使用了keil4编程和调试软件实现，可以实现对设计的C语言软件的语法检测、功能检测以及系统联调等功能的调试[10]。软件调试的步骤如下：第一，选择keil4编程环境，建立编程环境的工程文件，在工程文件中编写设计中使用的C语言程序代码；第二，在建立好的Keil4工程文件下，使用Keil4中自带的程序编译功能对程序的C语言文件进行编译，通过“Build”按钮可以实现编译，在编译的过程中可以检测设计的C语言的语法是否正确，是否有未定义的变量或者程序代码。在输出窗口中可以查看相关的错误信息，根据错误的提示信息可以对应查找程序中的错误。第三，使用keil软件的在线调试功能，记性系统的在线调试，在线调试的时候可以进行程序的单步仿真调试和全速运行功能进行调试。5.3实物调试首先将焊接调试好的上电，对系统上电之后，可以看到在车位显示上4个二极管都是亮起的绿灯，说明此时停车位都空着，在显示屏上面显示的是占用车位0，剩余车位是4个。实物图如下所示，当前表示一切正常。图13系统上电图接下来对此次实物设计的功能进行相应的测试，首先是车位导航的功能。红外对管将接收到的车辆信息会发送至单片机，系统会对车辆进行位置导航。为了测量红外对管对汽车的感应情况，可用手模拟车辆放在一个对管的前面，成功感应到了车辆的存在，并且此时车位显示灯变成了红色，而LCD上面显示的字符信息也发生了变化，此时占用车位数一个，剩余车位数三个。图13红外对管感应车辆测试紧接着又测试了车辆的引导功能，将红外探头放在停车位的面前，此时左上角的二极管变成了蓝色，指引车辆去改车位停车，表明车辆引导功能正常。图14车辆引导功能测试6结论在本次设计中，首先确立了系统的方案设计以及介绍相关的检测原理，在硬件设计采取模块化的思想，对几个重要的功能模块进行介绍，并且详细阐述了整体电路设计思想；软件上面采取的是KEILUVISION，根据主程序以及相关的子程序对程序进