基于射频技术的智能停车场控制器的设计.docx

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基于射频技术的智能停车场控制器的设计

编号

本科生毕业设计

题目：

基于射频技术的

停车场控制器的设计

学院专业

学号

学生姓名

指导教师

二〇一六年六月

设计总说明

随着国内经济高速发展，越来越多的人拥有了自己的车，这给有车一族的日常停车造成了许多麻烦，这样的现状促使大家发现更高技术的手段来有效地面对类似情况．智能化停车场就是为了满足当代人们的需求而面世的一种结果．智能化停车场控制系统这一发明不仅可以有效地处理因随便停车导致的交通杂乱的情况，同时也大量地节约了人力和停车资源．然而中国对智能停车场的研究起步较晚，发展也比较慢，在日本、新加坡等发达的城市已经开始运用先进的智能停车场的情况下，我国的市场还处在初级的不够成熟的阶段．所以我们要尽快地研究出适合我国交通发展的智能停车场并将其投入到实际运用中来．

本文以停车场系统应用为背景，主要从三个方面对基于射频技术的停车场控制器的设计进行了详细的阐述：

控制系统总体设计、硬件设计及软件设计．本设计的控制对象是一个封闭的公共停车场，并决定采用STC89C52型单片机作为基于频射技术的停车场控制系统的主控制核心，同时也运用到了LCD1602液晶显示屏和DS1302计时器．另外，本设计还包含了射频模块、车位检测、出入控制这四个功能模块．同时也包含了电源电路、地感线圈检测电路、显示电路、计时电路、复位电路等在内的几个电路．停车场用户中分为临时用户与长期用户两种对象，本系统主要是针对车辆检测系统、车辆出入停车场控制以及停车自动收费的设计．本设计将会通过射频智能识别技术对进出停车场的车辆实现对车辆信息的读取进而进行车辆出入的自动化控制和自动收费等功能，来达到对停车场全方位智能化控制的目的．系统是通过使用远程读卡器来读取车辆相关的信息，通过地感线圈检测来识别出入停车场的车辆，从而控制自动升降的闸杆机．除此之外，系统还可以记录下车辆出入停车场的时间以及车辆停放的车位位置，这样可以更加方便系统计算停车费用．在软件部分，主要是通过对车辆进出停车场的流程以及如何进行寻卡读卡的过程加以描述和实现。

这个基于频射技术的停车场控制器系统与传统的停车场控制系统相比而言价格低廉、操作简单、安装与调试方便．不仅可以满足智能停车场控制系统的基本要求，同时也可以在很大程度上减少人力的投入，并且可以大大降低因人工造成的错误而导致的损失．本设计的实际使用开发将会在很大程度上改善停车场停车相对混乱的的现状，并可以减少管理成本．

关键词：

停车场；STC89C52单片机；车辆检测；自动收费

ABSTRACT

WiththerisingnumberofcarownershipinChina,itbroughtalotoftroubletopeopleintheirdailyparkinglife,thisstatusledpeopletolookforeffectivemeanstosolvetheinconvenienceproblem.Intelligentparkinglotistheproductinordertomeettherequirementsofpeople,theemergenceofparkinglotcontrolsystemnotonlycaneffectivelysolvetrafficchaosbutalsosavemanpowerandmaterialresources.However,theresearchofintelligentparkinglotChinastartsrelativelylate,developmentisslow,inJapan,Singaporeandotherdevelopedcityhasalreadybegunundertheconditionofusingadvancedintelligentparkinglot,themarketofourcountryisstillattheprimaryenoughmaturestage.SoweshouldworkoutassoonaspossiblefortheintelligentparkinglottrafficdevelopmentinChinaandputitintopractice.

Basedonparkingsystemasthebackground,thispapermainlyfromthreeaspectsofparkinglotsbasedonthetechnologyofradiofrequencycontrollerdesignaredetaildescribed:

overalldesign,hardwaredesignandsoftwaredesignofcontrolsystem.Thedesignofthecontrolobjectisaclosedpublicparkinglots,anddecidedtoadoptthetypeSTC89C52singlechipasparkinglotbasedonthetechnologyoffrequencycontrolsystemofthemastercontrolcore,AtthesametimealsoapplytotheLCD1602LCDdisplayand1302timer.Inaddition,thisdesignalsoincludesradiofrequencymodule,parkingspacedetection,accesscontrolthesefourfunctionmodule.Atthesametimealsoincludespowercircuit,groundsensecoildetectioncircuit,displaycircuit,timingcircuit,resetcircuit,severalcircuit.Dividedintotemporaryparkinglotusersuserandusertwoobjectsforalongtime,thissystemismainlyaimedatthevehicledetectionsystem,automaticvehicleaccesscontrolandparkingchargedesign.Thisdesignwillbethroughtheradiofrequencyintelligentidentificationtechnologyofinandoutoftheparkinglotvehiclecaroutofthevehicleinformationreadthenautomationcontrolandtheautomaticchargingfunction,toachievethepurposeofthecomprehensiveintelligentcontroltotheparkinglot.Thesystemisthroughtheuseofremotecardreadertoreadthevehicleinformation,throughthegroundsensecoiltestingtoidentifythevehicleinandoutoftheparkinglotandtocontrolthebrakeleveroftheautomaticliftingmachine.Inaddition,thesystemcanalsorecordthevehicleinandoutoftheparkinglotofthetime,andparkingparkinglocation,sothatwecanmoreconvenientparkingfeesystemcalculation.Inthesoftwarepart,mainlythroughtothevehicleinandoutoftheparkinglotoftheprocessandhowtofindcardreadcarddescribedandtheprocessofimplementation.

Thisparkinglotbasedonthetechnologyoffrequencycontrollersystemcomparedwiththetraditionalparkinglotcontrolsystemforlowcost,simpleoperation,easyinstallationanddebugging.Notonlycansatisfythebasicrequirementoftheintelligentparkinglotcontrolsystem,butalsocanlargelyreducethemanpower,andcangreatlyreducethelossescausedbytheartificialerrors.Thisdesigntheactualuseofthedevelopmentwilllargelyimprovethepresentsituationoftheparkinglotrelativelychaos,andcanreducethemanagementcost.

Keywords:

Parkinglot;STC89C52Monolithicmachine;VehicleDetection;LicensePlateIdentification

第1章绪论

1.1课题的设计背景与研究意义

从上个世纪末到目前为止，我国的汽车产业在迅速发展．此外，我国目前经济发展的一个方向是城市化、城镇化．城市规模的逐渐庞大和人口的迅速增长给城市交通造成了很大的压力，与此同时，压力也意味着是一种机缘．改善交通、提高交通工具使用效率这一任务非常紧要．

过去十多年中，中国汽车保有量保持逐年提高的状态，其年均增长率甚至到了12%，超过国内生产总值两个点．根据相关部门统计结果，我国城市每4.84辆机动车才会拥有一个正当的停车位，甚至有些城市达到31：

1．停车保有量不停地提高，但是我们对停车场建设却相对落后．当然，由于大型停车场的建起，很多为了优化停车场利用效率的智能管理系统也慢慢被研究开发出来[1]．

停车场智能控制系统就是在这样的背景下慢慢走进人们的视野里的．它的诞生解决了原始的收费过程繁琐的人工收费方式的存在，并且处理了通行效率低下和票款流失等复杂问题．伴随着改革开放，中国的国民经济飞速发展，人民的生活品质逐步提高，车辆在城市中出现的频率也在提高．与此同时，伴随着技术的发展，越来越多的智能停车场控制技术也相继出现．很多智能交通和现代控制领域的先进技术在智能停车场控制技术中获得广泛应用，使现代智能停车场控制技术越来越智能化．

值得我们关注的是国外智能停车场在投入大量先进手段的同时，需要付出更多的金钱的代价，控制技术实现的难度越大，维护的成本就会越高．我国智能停车场控制技术是伴随着国内许多大型公共停车场问世的．起初我们研究的智能控制系统借鉴了许多国外相类似的系统．受技术条件的限制，我们现在还没有能力去生产制造大量的核心技术装备，所以我们的系统使用了很多国外已有的产品，也正是出于这个原因，给我国智能停车场控制技术带来一些“集成”的意味．

最近几年中，由于国内停车场市场的不断成长和壮大，我国的智能停车场的控制系统的制造商的制造能力也得到迅猛提高．我们对只能停车场控制系统的研究也开始从引用借鉴逐渐转变为真正的科学技术水平的研究开发．目前许多先进的控制和管理技术都能够在我们自行研发的系统中得到快速使用．甚至很多停车控制系统主要装备都已实现国内独立研发制造．即便如此，智能停车场控制技术应用的部分核心技术例如：

远距离的读卡智能技术等依然是国外制造商的技术发明专利．怎样增加停车控制系统的研究和开发水平，怎样增加停车控制系统装备制造水平，类似的问题是当前我国停车控制系统的厂家面临的主要问题．中国智能停车场的控制系统现在正面临着由旧式向新型更新的高峰期．以传统接触读写收费介质为特性的控制系统正在逐步走向淘汰．以新型非接触式IC卡、远距离射频电子标识以及车牌图像识别技术等非接触类型的收费介质为特性的新型停车场控制技术正在快速走向完善，也逐步被人们所接受．

对于完善的智能停车控制系统而言，它的身价不但反映于能否应用尖端的科技，也不单是反映于它的成本有多便宜，最为重要的是可不可以在实际应用中充分发挥它应有的控制功能，在任何一位用户出现问题时，可以真正及时提供有效的解决方案，从而为用户提供更多的便利．

1.2停车场控制系统的国内外现状与将来趋势

智能停车场控制技术是使用自动化的机电装备对停车场进行安全和有效的控制．因为它尽可能地减少人力的参与，而且可以尽可能地降低人力成本和人为失误带来的不必要损失，很大程度上增加整个停车场的安全度与利用率．

在很多发达国家，停车场系统化管理已经成熟了，尤其在柏林、东京这样的大都市，我们很难看到由于停车难而导致的交通拥堵的情况．一方面原因是由于规划相对合理，将路内停车和道路停车结合起来，并合理地控制收费．例如日本，每辆车都有停车位，还有20%的周转车位，车与车位的比远远低于我国．另一方面是由于国外对建筑智能化的投资比较高，与他们相比，我们就逊色很多，这就决定了国外的停车场管理系统的智能化水平相对高一些．新加坡的樟宜机场，共设三个停车场，包含3300个车位，然而在场内几乎看不到一个管理人员．管理者仅仅是在办公室中远程观察停车场的运转状况．

我国的智能停车场控制市场兴起于2001年，现在仍在发展的初期阶段．由于各种不同品牌相继出现，市场相对杂乱，归根结底于以下几点：

国内停车场智能控制系统的发展前景比较大．在发展前期，停车场控制因为国内车辆增长速度与控制规划发展的速度完全不匹配，目前我国的车辆与停车位之间的比例高达5:

1，为了解决这一现状，未来的智能停车场控制市场还是有相当大的发展空间．因为国内智能停车场控制技术市场还在初步阶段，目前市场上品牌相对繁多，暂时未出现公认的主流品牌，这也从侧面体现出市场的不成熟．市场上很多产品并不可信，也没有拥有很高的技术含量，成套的控制装备只能从那些系统制造商那里获得，并且这种制造商并不是很多．很多情况下，这些控制系统的稳定性、可靠性很难控制，而且这些商家们也不能提供很好的售后服务．

在停车场的控制系统，收费介质用来识别车辆的身份，它也是控制系统的主要技术特征．不同的收费介质可以代表国内先进水平的不同的系统控制技术纵观只能停车场收费介质的发展来看，它经历了从磁卡到纸质磁卡，接着再由条形码发展到非接触型收费介质的过程．智能停车场控制技术的发展的每一个阶段，都是解决了其上一代系统在收费介质上的不足之处，从而提高了工作效率和充电系统的准确度，并提高了控制系统的服务功能．现在，采用以非接触式IC卡、射频电子标识为代表的非接触式收费介质是智能停车场控制技术目前最明确的发展目标．

1.3本文组织结构

本文一共包含五章内容，具体组织结构安排如下：

第一章绪论．主要说明了本文的设计背景和研究意义．并分析了停车场控制系统的目前发展状况和将来的发展趋势．

第二章系统的总体方案和设计．先是对系统进行总体介绍，接着引出系统的总体框架，并对系统设计所需要的技术和原理进行简要的介绍．

第三章硬件电路设计．介绍了以STC89C52单片机为核心处理器的整个硬件系统的设计，并对系统的各个模块进行说明和介绍．

第四章软件设计．具体介绍了该系统中各个功能模块的实现，并对设计出的系统进行仿真．

第五章总结与展望．总结本设计的成果，指出不足指出并对未来的发展加以展望．

第2章控制系统总体方案与设计

2.1控制系统总体介绍

本设计将封闭的公共停车场环境作为控制对象的停车收费系统，停车场控制系统选用单片机作为基于频射技术停车场控制系统的核心控制器．系统实现对长期用户与临时用户的停车进行收费，能够给停车场提供操作相对简单、价格相对较低，并且行之有效的控制措施[2]．将本系统应用于实践当中将大大节省停车场的管理费用及管理人员，只需要在停车场的出口处有一位工作人员对临时用户收费及长期用户卡里余额不足时进行人工收费，这样一来将会在很大程度上提高停车场的利用效率．系统不仅能够自动升降闸门，还可以实现自动计费，并能提供显示功能、查询功能．相应的收费方式、时钟显示均能够调节，这样可以让系统更具有灵活性．

2.2控制系统框架

图2-1停车场控制系统框图

出入控制模块：

停车场的入口部分是由发卡机、闸门、智能远距离读卡器、车辆检测系统组成．它的主要用途是通过收费介质获取用户的车辆在系统中的身份标识，并由此检测此用户是否有停车的权限．

临时用户要在停车场停车时，车辆在入口处被安置在车道下方的地感线圈检测到，入口处的发卡机则在显示屏上提示司机按键取卡．司机按下取卡键后，发卡机便会发送出一张临时ID卡，驾驶员取卡后电动栏杆打开入口通道，车辆驶入停车场．在驾驶员取卡后，系统根据驾驶员取走的临时卡的相应卡号，存入出口收费处的计算机系统，系统开始对停车车辆计时，当车辆通过地感线圈后自动放下栏杆．

长期用户例如持有月卡、年卡的用户，在车辆在进入停车场时，通过射频技术读卡可直接进入，无须刷卡．当智能远距离读卡器检测到车内的射频卡并确认有效后，电动栏杆自动打开入口通道并且摄像机自动拍摄并上传图片，此时车辆可以直接驶入停车场．

车位检测：

这个系统可以用于停车场出入口管理系统．当场内已经没有空余车位后，可以与网关管理系统，使入口发卡机不再发放临时ID卡，避免车辆进入停车场后，因为无法停车而导致交通拥挤堵塞现象的出现．

停车场停车计费系统：

该系统将根据停车场停车计费系统中的存储的车辆停车数据信息，能够实现无人自动计费功能．但是实现自动收费的前提是，用户需要提前在卡内充值一定金额的费用，当驾驶者在相应停车场停车时，可依据他停车时间长短和他停放的车位来计算停车费用并且从卡内余额中扣除．

2.3射频出入控制技术

射频识别技术是兴起于从上世纪80年代，通过人们这些年来的不断研究逐渐迈向成熟的一种自动化识别技术．它通过使用射频方式完成非接触式的双向交换数据通信来实现识别的功能．它与传统的IC卡、磁卡相比较，射频卡具有的优点是非接触性，所以，射频技术目前在当今停车场智能控制系统中获得了广泛的应用[3]．

这项技术的原理是将射频卡放置在车内，读卡器能够自动的发出信号，当车将要行驶到停车场入口时，车速减慢，进入到读卡器读卡范围内时，读卡器获得信号并判断有效后，控制闸机将栏杆自动升起，以此达到不停车就可以通行的目的．

射频识别技术与其他类似的技术相比，不仅在成本上占据绝对有利地位，而且它对环境的需求比较少，受环境影响相对较小，定位精度高，传输距离大；射频识别技术不仅能够定位对象，与此同时还可以获取到很多目标对象的相关信息．结合当前市场上的形势，本系统的设计决定基于无线射频识别技术，使用计算机相关的控制系统来读取关于停车位的信息，其中包含剩余的空车位的数量和分布情况．为了方便车主快速、轻松地找到停车的位置，门口的停车场使用终端位置查询系统也能够方便地检查空的停车位的具体位置；车主在入口处读卡后，控制系统可以准确记录出车辆的入场和出场时间，并自动计算出相应的费用．本系统的主要特点是电子控制系统复杂性较低，不仅成本低而且容易实现，定位的精度较高，抗外界的干扰能力也强．

2.3.1射频识别控制系统的构成

射频技术的最基本组成：

标签：

由耦合元件和芯片来共同组成，每个标签都具有独立特别的电子编码，安装在物体上来识别目标对象．

阅读器：

来读取标签相关信息的装备，设计为固定式或者是手持式；

天线：

实现标签和读取器之间相互传递射频信号的作用．如图2-2所示.

图2-2射频技术系统框图

2.3.2射频识别技术的工作原理

射频识别技术的功能实现原理流程如下所示[5]：

1.发射天线被读写器无线电载波信号用来向外发射信号的功能．

2.当电子标签到达发射天线的工作范围时，电子标签就会被激活，将自身的有关信息代码通过天线发射出去．

3.接收天线系统可以接收电子标签载波发出的信号，传递到天线调节器后传递给读写器．读写器能够对获得的信号进行调制解调获得相关信息，最后将信息传送到在后台工作的控制系统中心．

4.电脑控制器能够根据相关逻辑运算来识别标签的合法性，针对不同的设置来做出相应的控制，从而发出相应的指令信号来控制执行机构的相应动作．

5.动作执行机构将会按照控制系统发出的指令动作．

其射频识别模型如图2-3所示：

图2-3射频识别模型

2.3.3射频识别技术的应用

科技发展越来越快，人们的生活水平逐步提高，对生活质量的要求也逐渐提高，伴随而来的是各种新科技的发现．射频识别技术也越来越多地被应用到我们生活的很多方面上来，它的出现很大程度上提高了管理水平和工作效率．

在超市中，射频识别的出现使成千上万的商品的种类、价格、批次、产地、货架等信息被清晰地划分着，也使商品的库存和销售这些环节被管理得井然有序．在铁路中，飞驰的列车的标识可以被自动设备识别并由其采集后输入到铁路运输信息管理系统中，这可以使铁路在运营中，可及时并准确地获取列车的信息．在公交车的管理系统中，射频识别技术可以准确记录车辆在运行线路中到达每个站点的时刻，这为公交公司对车辆的调度和管理提供实时且精确的信息．除了这些在比较大的场合中的应用之外，我们平时在学校使用的射频卡门禁、在浴室和食堂对校园卡的使用等等都是射频识别技术的产物，它大大方便了我们的生活，更是提高了我们的生活质量和生活水平．

射频识别技术从上世纪八十年代开始逐渐走向成熟，它在运输、防伪等科学自动化方面也被广泛地应用．也是因为大规模集成电路的成熟，促使射频识别系统缩小了体积，并开始进入实用阶段．它与接触式识别方式有所区别，射频卡与读写器之间并不需要直接的接触就可以进行信息的识别，并且它还具有容量大、安全性高、使用方便这些优点，所以可以被更广泛地运用．目前，我国对射频识别的研究还处于初期阶段．但是它有巨大的发展潜力，前景也是相当诱人．相信在不久的将来，我们可以在生活中更多地见到它的身影．

第3章停车场控制系统的硬件电路设计

3.1停车场控制总体设计

“对于系统需求的分析可以让我们确定系统的外