智能停车场监控系统设计.docx
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智能停车场监控系统设计
2016届
分类号：
TB472
单位代码：
10452
毕业设计
智能停车场监控系统的设计
姓名 郭泽坤
学号 201209140024
年级 2012
专业 电气工程及其自动化
系 （院） 汽车学院
指导教师 正平
2016年04月15日
摘要
进入21世纪，中国经济的快速发展，汽车工业也越来越发达，随着私家车的增多，不仅给城市交通带来了压力，也给停车场带来不小的压力，传统停车场的弊端越来越明显，智能停车场能够有效缓解压力，对于减轻交通压力有很大的帮助。
为了满足现代停车场的要求，研究并设计了一种基于射频卡作为管理介质的系统，对车主停车最优停车路径进行了研究，并结合数据库和电子显示器，对自动泊车引导系统进行了设计，使停车场更加人性化、智能化。
从系统上提高了工作效率。
关键词：
射频卡；停车系统；自动泊车系统
Abstract
Enteringthe21stcentury,withtherapiddevelopmentofChineseeconomy,automobileindustry,moreandmoredeveloped,withtheincreaseofthenumberofprivatecars,notonlytourbantrafficbringpressure,butalsototheparkinglottobringnosmallpressure,moreandmoredisadvantagesinthetraditionalparkingmoreobvious,intelligentparkingfieldcaneffectivelyalleviatethepressure,alsocaneffectivelyalleviateoreveneliminatesomeownersmisplacingproblem,haveverygreathelptolightenthetrafficpressure.Inordertomeettherequirementofmodernparkinglots,inthispaper,westudyanddesignabasedonRFcardasmediummanagementsystem,totheparkinglotoptimalparkingpathwerestudiedcombinedwithdatabaseandelectronicdisplay,autoparkingguidancesystemdesign.Theownerisdividedintoindividualusersandregularuserstoclassify,improveworkefficiencyandspeedfromthesystem.
Keywords：
RFcard；Parkingsystem；Parking-guiding
1.智能停车场监控系统的概述
1.1课题研究现状以及发展趋势
随着大中小型汽车的不断增加，对停车位的要求和需求也越来越大，传统的停车场已不能满足停车要求，智能停车场也成了近20多年炙手可热的话题，但是目前国停车场一般是半智能化的，停车场只考虑收费智能化，忽略了停车自动化和监控自动化，并没有将收费、停车、监控等功能有效结合起来，并没有真正给车主用户带来智能化的停车场停车服务。
随着科学技术的不断发展与进步，智能停车场系统一定会越来越完善。
1.1.1国外停车场监控系统管理及现状
由于国外早在上世纪70年代已开始建立停车系统，目前国外停车场已基本实现智能化，已不需要人工干涉，收费系统也由接触读写类型，变为非接触类型。
而且国外设备先进，产品科技水平高，管理系统已十分可靠，相比国，不需要人为干涉收费是国外停车场一个显著的优点.国外停车场与国大型停车场目前来说具有一样的功能，都具有车位查询系统、停车泊位引导系统，以及车位报警系统。
国外一些先进的停车场还可以在区域联网，可以在区域随意查询剩余车位，找到合适的位置停车，这种新型的系统给用户带来了极大的便利，但是价格昂贵、系统复杂、维护成本高。
1.1.2国停车场监控系统管理及现状
虽然国停车场系统已由引进向自主研发迈步，并且也吸收了国外先进的技术和理念，同时也在国自主研发与推广，也基本跟上国际的步伐，但相比国外还是有很多不足与缺陷，核心技术仍然掌握在国外厂家手中。
而且因为国情原因国停车场远远供不应求，大概是1：
5的比例，这肯定会给停车场带来巨大压力。
大部分国停车场自动化和智能化水平都不高，比如国的停车管理系统比较单一，大部分重点都放在收费功能上，只是根据停车时间来确定收费。
不少停车场还停留在原始管理方式，比如管理介质是接触式IC卡、磁条、条形码。
显然，传统的管理介质将用户和卡分离开来，管理介质卡的信息只是车辆的入场时间和车牌，车的安全性并不能得到保障。
1.1.3停车场管理系统存在的不足
从前面提到停车场国发展现状来看，国停车场管理系统已经朝向智能化、自动化方向前进，也取得了一定进展，但仍然很多问题需要解决，比如自动化程度不高、智能化水平也不高，安全性也得不到保障，进而停车场的每个子系统也不能很好的协调工作，停车场的整体运行效率势必也不高。
1.2课题研究的背景及意义
进入21世纪后，我国经济发展高速发展，汽车产业也飞速发展，汽车迅速进入寻常百姓家，同时城镇人口的不断增加给城市交通带来了前所未有的机遇和挑战。
为了满足对交通的需求，必须提高城市交通利用效率。
据相关统计部门数据显示，我国私人汽车拥有量年均增长20%左右，这明显高于经济增长速度。
2006年至2015年，汽车保有量年均增加981万辆。
今年前8个月，汽车保有量增加993万辆，月均增加133万辆，高于去年同期月均113万辆的增量；其中，私人小型载客汽车增加781万辆，月均增加98万辆，占汽车增量的79.45%是汽车实现快速增长的主要因素。
2007年至今，中国轿车市场私家车的比例已经达83.2％，在中国1600万汽车保有量中，私人购买占绝对主导地位。
因此建立智能化停车场可以不断扩大停车规模，还可以促进城市可持续性发展，它不但可以解决停车难、乱停车的问题，还可以杜绝停车场车辆丢失问题，使停车场运行更加安全性和可靠性，同时也节省了停车场人力的投入，提高了停车场工作效率。
1.3课题研究的主要容
本课题针对国停车场存在的问题，结合当今最先进领域的研究成果，设计了一种技术和可靠性都较高的智能停车场管理系统。
希望能够对我国城市停车难的问题提供一些帮助。
1.3.1射频卡系统的实现
针对国现有停车场管理系统的各种问题，对停车场智能管理系统进行了总体设计，本课题以射频卡为管理介质，并按照车主的不同性质，对停车流程进行了优化，提高了停车场的运行速度。
1.3.2自动泊车引导系统
针对当前停车场“停车难”的弊端，同时结合停车场的实际情况，对停车场停车的最短路径进行了探索，智能停车系统为车主探求最短停车路径和最佳停车位，同时并作出引导，提高了停车场的运行速度
2.智能停车场系统的总体设计
2.1系统的总体设计方案
本课题设计采用“一车一卡一位”的智能管理方式，从车主进入停车场那一刻，到车主离开停车场，这辆车的所有信息只与某一ID相关，通过这个唯一的ID号，我们可以将进场时间、车牌、停车时间、停车车位、缴纳费用等信息保存起来。
从而将各个子系统有效的统一起来。
系统总体结构图如图1-1所示。
图1-1智能停车场管理系统结构
2.2功能需求分析
功能需求分析，是整个系统开发的一个重要阶段，需求分析是整个系统分析的基础，是指车主要求系统一定要具备的功能。
本课题设计的智能停车场可以提供停车位的实时信息，能够为当地交通提供参考价值，智能停车场也能够具备比如收费、引导车主停车等基本功能。
停车场必须具有方便停车、提供停车位状态信息的功能。
停车场还应该具有控制车辆出入、统计停车时长、计算费用、泊车引导基本功能。
对于用户来说，费用收取的透明度和停车、取车的方便性是一个重要考虑因素，当然最重要的是停车的安全性。
因此，综合以上各方面对停车场管理的功能需求，智能停车场应该具备以下功能：
（1）车辆的出入控制功能;
（2）计费、收费功能;
（3）泊车引导功能;
（4）安全监控功能;
（5）停车场实时状态信息收集和处理功能;
2.3管理介质
对所有车主用户进行管理分类，对进出车辆进行登记保存，用户的收费以及泊车引导等过程都是大量的数据，为了把这些数据集成到某一系统当中去，就要求有一种介质将各种数据信息联系起来，以实现信息数据的集中管理。
停车场管理系统识别每辆车及车主的唯一标志是管理介质，管理介质中储存着唯一标明车辆信息的数字标识。
停车场管理系统中的数据库以此数字标识作为记录和查询车辆的用户信息、出入时间、停车路线等信息，从而实现对出入车辆的计费收费、出入控制、身份验证、泊车引导等功能，来实现停车场综合自动化管理系统的目的。
2.3.1管理介质的确定
停车场管理系统曾经出现过的管理介质有磁卡、条形码、接触式IC卡等。
当前，以射频卡为代表的非接触式为管理介质的收费管理模式已经成为智能停车场的主流。
因为其操作简便性、系统可靠性和管理的有效性，对比比较各种管理介质的优缺点，本设计选用射频卡作为系统的管理介质。
2.3.2射频识别系统的介绍
最基本的射频识别系统分三部分构成：
（1）射频标签：
分配给用户的射频卡，由耦合元件及芯片组成，标签有置的天线，是用于和射频天线之间的通信。
（2）读卡器：
是一种用来读取标签信息的设备，一般安放在停车场的出入口处，读取射频卡上的用户信息。
它还可以初始化卡片。
（3）天线：
在标签和读卡器间传递射频信号。
停车场管理系统通过读卡器的RS232或RS485接口与外部计算机相连接进行数据互换，将获取的信息数据上传至计算机系统进行相关处理。
系统的基本工作流程是：
读卡器先通过天线发射一定频率的射频卡信号，当射频卡进入发射天线工作区域时会产生相应的感应电流，之后射频卡得到相应能量后激发;射频卡将自身编码等信息通过置天线传送出去;然后管理系统会通过天线接收到从射频卡传送的载波信号，经天线调节器发送到读卡器，读卡器对接收的信号进行处理，接着送到后台主系统进行相关处理;主系统按照逻辑运算判断该卡的正当性，根据不同的设定做出相应的回应，最后发出命令信号控制执行机构行动。
2.4系统工作流程
智能停车场的工作流程以用户车辆出入停车场流程为中心。
将停车场用户一般分为常客用户和散客用户两大类。
1.散客用户
散客用户是指暂时将车辆停在停车场的用户，此类停车用户的停车一般具有短暂性、随意性、使用次数低的特性。
散客用户数量巨大且身份随机。
2.常客用户
常客用户是指长时间要使用停车场的固定用户，此类用户一般在附近办公，或者生活在附近。
他们的停车具有长时间性、有规律性的。
用户数量在某一时间段是肯定的。
由于停车场用户一般分为散客用户和常客用户，系统进出场工程流程也分为针对散客用户和常客用户两种情况。
2.4.1入场工作流程
散客用户车辆入场工作流程
如图2-1所示，当散客用户车辆入场时，系统会检测到车辆的到来的信息。
接着，入口控制器就会获取用户车辆到来的信号，然后系统就会启动摄像系统和车辆识别系统。
之后系统就会通过摄像系统记录车牌、车型、车体颜色等信息，接着散客用户会在语音提示下按下取卡按钮，进入口控制器接到取卡按钮的命令后，发卡机会给散客用户发出一临时卡片，与此同时语音提示器会提示散客用户尽快取走临时卡。
如果散客用户在规定时间没有取走临时卡，发卡机就会自动吞回临时用户卡，此次入场工作就会停止。
那如果散客用户取走临时卡后，发卡机就会立刻将此信号传送给入口控制器，入口控制器就会抬起栏杆放行车辆。
散客用户驾车入场，直到入口电动栏杆检测到车辆信号由有车变为无车后，才会将栏杆放下，系统就会等待下次命令的执行。
常客用户车辆入场工作流程
由于读卡器与射频卡感应是在十米开外的地方就能感应到，所以当常客用户持有射频卡进入与读卡器感应围之时，他们之间便进行信息交换，之后读卡器就会读取射频卡信息，判断此射频卡是否为本系统的射频卡，假如是则系统就会读取射频卡的ID，之后会传送到计算机数据中心，然后会与数据库进行匹配，如果匹配成功系统就会给入口控制器一个命令，入口控制器就会控制入口电动栏杆放行，假如匹配不成功系统就会提示错误或者提示报警。
与此同时，计算机系统还会检查射频卡余额和检测固定卡是否过期，假如射频卡已经过期，系统就会提醒充值。
当入口控制栏杆检测到车辆信号由有变无后，此次车辆入场工作完成，等待下一次命令的执行
图2-1入场工作流程
2.4.2出场工作流程
1）散客车辆用户出场工作流程
如图2-2所示，当散客用户准备驾驶车辆离开停车场时，车辆首先会在出口处停下来，车辆感应器感应到有车辆出场，紧接着会把这个感应信号向出口感应器器发出。
与此同时系统会启动摄像系统和车辆识别系统，摄取车辆信息，车辆识别系统会将获得的信息与之前信息进行匹配等；然后散客用户会把之前拿到的射频卡交给发卡机，紧接着读卡机会读取射频卡信息，循环使用射频卡。
之后数据处理中心会处理收到的射频卡，检索系统数据中心数据库对应的ID,获得散客用户入场时收到的所有信息，同时进行验证，如果验证不通过则拒绝放行，并给散客用户提供出错和警告。
假如验证成功，系统就会计算相应费用，相关费用会显示在电子屏幕上，散客用户缴费后，出口电动栏杆会抬杆放行，散客用户离开停车场，当系统接收到出口电动栏杆出现“抬杆→落杆”动作后，本次出场完成，系统继续等待下个命令的执行
（2）常客用户车辆出场工作流程
如图2所示，当常客用户的车辆到来时，射频卡会被读卡器感应到，紧接着读卡器会读取该射频卡的用户信息，同时将读取到的信息传送到系统数据库中心，车辆识别系统会随之启动，同时与系统存储的信息进行匹配，如果匹配成功，系统就会传送一个有效信号给出口控制器，紧接着出口控制器就会控制出口电动栏杆抬起，常客用户离开停车场，完成一次出场过程。
图2-2出场工作流程
2.5管理系统组成
从之前提到的系统供求关系我们可以了解系统的外部组成，之后我们就可以总体设计智能停车场
2.5.1系统硬件组成
智能停车场的两个组成部分是硬件部分和软件部分。
硬件部分可以改分成一下七类：
（1）入口设备：
射频卡自动发卡机，射频系统入口读卡器，射频天线，车辆信息检测器，语音提示机，控制器，电动栏杆，车辆信息电子指示屏，报警装置；
（2）出口设备包括：
射频读卡器，车辆检测器，语音提示机，控制器，电子显示屏，电动栏杆，报警器；
（4）数据处理中心设备：
中心数据服务器，读卡器，后备电源，通信调制解调器；
（5）泊车位诱导系统设备：
车位信息检测机，泊车引导语音提示器，液晶显示屏；
（6）停车场监控设备包括：
监控摄像头，显示器，报警装备；
（7）其他设备包括：
灯光机，通风机，消防设备等。
2.5.2系统硬件主要功能
上面我们介绍了入口设备的构成，下面我们就来讲一下它的功能。
入口设备是停车场最重要的地方，他的功能也应该是最关键、最全面的，首先要检测车辆的到来，然后是发卡，控制车辆进入，之后拍摄车辆图像，收集车辆信息，常客用户还要匹配用户信息。
车辆有进就会有出，所以说出口设备也是停车场很重要的设备，他的功能有检测车辆的到来，读取射频卡、匹配车辆信息、控制电动栏杆的开合等。
2.5.3系统软件功能
本设计系统软件的组成主要有数据库软件，即MicrosoftSQLServer2000软件和系统使用平台软件，即智能停车场管理系统软件两部分组成。
系统数据库运行和数据处理的硬件平台是数据处理设备，它的功能是保存用户信息、车辆信息、停车编号、停车路径以及这些系统的正常运行。
还要确保数据库系统的稳定运行，
自动泊车诱导系统是为车主用户在进行停车时的停车位检测，显示停车信息和处理车位信息的总和，它的作用是为车主提供准确停车位，让车主花最少的时间最短的路径到达停车点。
停车场监控及报警设备包括对摄像机、报警器，其都是服务于停车场部。
主要作用是对停车场进行监控和当发生紧急情况进行报警，来引起相关人员的注意，确保停车场安全性。
3.系统实现的主要设备及其电路
3.1射频卡读取电路及其工作原理
射频卡读取电路主要作用是对射频IC卡进行读/写卡操作，进而对卡进行浏览、充值、取现、挂失、收缴等操作。
射频卡读取电路如图3-1所示，MCU是通过对读写模块MF RC500核特殊的存寄存器的读写来控制MF RC50。
MF RC500射频模块的DO—D7（数据端口1和单片机数据端口P0口直接连接进行数据传送，中断请求口IRQ和单片机的中断0f INT0）连接，即单片机利用MF RC500提供中断信息对其进行控制。
读写器的控制单片机原理如图所示。
由天线拾取的信号经过天线匹配电路送到RX脚，MF RC500的部的接收器对信号进行检测和解调并根据寄存器的设定进行处理，然后数据发送到并行接口，由MCU进行读取。
MF RC500通过两个晶振，即TX1和TX2提供13．56 MHz的能量载波驱动天线。
根据寄存器的设定对发送数据进行调制来得到发送的信号。
Mifarel卡采用RF场的负载调制进行响应。
读写器与上位机的通信采用RS一232方式。
单片机AT89C52RC 与PC 串口电平不匹配，使用MAX232型电平转换器进电平转换。
图3-1射频卡读取电路
3.2视频采集卡电路
视频采集卡电路具体电路如图3-2所示。
其由视频采集卡电路和稳压电路两部分构成。
其稳压电路主要由稳压集成电路LM7805来完成，输出5V稳定的电压以保证视频采集卡电路正常稳定的工作，
从图3中我们可以看出，视频采集卡电路直接与电脑主机的VGA接口相连接，不需要外接其它辅助联接设备。
也是因为直接相连接，减小了传输过程中的信号损耗，达到视频信号的实时传输。
视频采集就要完成视频源A/D转换（即0和1），然后并把这些所有的数字信息存到系统数据库中。
这种A/D转变是在视频采集卡上的采集芯片中完成的。
因此这其中就需要有一个视频采集卡数模A/D转换流程，如图3-3所示。
图3-2视频卡采集电路
图3-3视频采集卡数模A/D转换流程
3.3电子显示屏
电子显示屏是为车主提供必要性信息设备。
以下两个位置放置电子显示屏。
首先是入口，电子显示屏要显示是否有空余停车位来停放车辆，如果没有停车位，显示屏上要及时显示，如果有空余停车位，那么显示屏上要标明“有散客用户停车位x个，常客用户停车位x个”。
然后是在停车场中的交叉路口处，电子显示屏要显示用户停车的最优路途。
3.4声光报警系统及其电路
在车辆进出场时，系统在检测进出场信息不一致以及固定卡过期报警电路启动并发出声光警告信息，以便告知值班人员进行人工处理。
下面分析一下报警电路，如图3-4所示：
图3-4声光报警电路
此电路是两个555多谐振荡器构成的，一个振荡器的振荡频率为1~2Hz，另一个振荡器的振荡频率为1000Hz。
将第一个振荡器的输出（3脚）接到第二个振荡器的复位端（4脚）。
当检测到进场和入场信息不一样时系统输出高电平，第二个振荡器振荡;当进场和出场信息一致时系统会输出低电平，第二个振荡器停振。
这样，蜂鸣器将发出间隙声响。
指示灯闪光频率为1~2Hz，蜂鸣器发出间隙声响的频率约为1000Hz，指示灯采用发光二极管。
在车辆出停车场出现车辆信息不匹配时，蜂鸣器将发出声响，同时发光二极管发光。
4.个人实物展示
4.1系统工作原理
4.1.1车流量检测的工作原理
红外线法是一种利用红外线矩阵检测设备检测道路上机动车流量的。
它利用红外线精度高、反应快等特点，在车辆以过的路面上安装许多个红外传感器，红外传感器感受到外界信息时，产生高低电平，通过软件程序设置单片机部寄存器，当传感器的高低脉冲被单片机接收到时，单片机产生中断，中断产生后进入中断服务程序，通过设置中断服务程序，进行计数，因此，根据车驶入，通过，驶出测试区时红外传感器各点高低电平的复杂变化，通过硬件电路的设计和软件的处理，最终统计出经过该测量区域多辆车的车流量测量。
4.2系统实现的主要电路
4-1系统总体电路图
4.2.1电源电路
本文将直接采用笔记本电脑的USB给电板提供5V的直流电。
图4-2中的c1是为了保护系统电路的限流电容。
图4-2电源电路
4.2.2复位电路
复位就是给RESET引脚加上2个机器周期以上的高电平信号来实现单片机的初始化操作。
除了进入系统的正常初始化之外，最实用的地方就是当程序运行出错或是操作失误使系统处于死锁状态，为了摆脱死锁状态，需要按复位键重新复位。
手动复位要求在电源接通的条件下，在单片机运行期间，用按钮开关操作使单片机复位。
其结构如图4-3
图4-3复位电路
4.2.3晶振电路
单片机部具有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。
晶振电路在单片机系统中显得至关重要，它为单片机工作提供固顶的工作频率。
晶振的频率对单片机工作的快慢有着直接的影响。
一个稳定的晶振电路可以为单片机提供可靠的工作频率，单片机运行将更为稳定。
如图4.3所示，其中补偿电容通常选择30pF左右的瓷片。
图中电容C1，C2的大小将会影响到晶振的稳定和速度，C2，C3都将采用22Pf的电容。
如图4-4
图4-4晶振电路
4.3系统软件设计
在实现车流量检测中，最核心的部分主要采用单片机语言实现提取车流量的算法设计。
如何判定有车通过，从而达到记数。
程序见附录如图4-5所示
图4-5软件设计图
总结
经研究设计，本文对智能停车场管理系统的停车引导和系统集成作了一定程度上的优化,还具有以下优点。
（1）节约停车场人力投入，提高了停车场的工作速度，
（2）加快了车辆进出速度，提供快速、安全的停车服务等。
（3）杜绝了停车场收费的一切问题，拒收费、乱收费、少收费
我相信随着各种技术的不断创新，停车场的智能化系统会越来越完善，停车场的运行速率会有大幅提高，有利于解决城市“停车难”的问题。
不久的将来，停车场甚至会成为城市交通的一部分，会成为智能交通系统的一部分，会对城市交通疏导起到一定的作用。
附录
数码管显示子程序
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