基于STM32F103的智能停车场车位引导系统

1、引言

随着国家经济的发展，城市居民汽车拥有量急剧增加，在拥挤的市区里汽车与停车位之间的矛盾越来越突出，特别是逢节假日，停车位是最让人头疼的问题。所以如何充分利用有限的停车场资源来最大程度满足车辆的停泊要求，成了社会当前急需解决的问题。目前停车场车位引导系统存在的问题是系统可管理车位数量规模少，不同停车场之间的车位信息不能有效互通。车主在一个停车场没有找到合适停车位的情况下，不能很快得知其他最近停车场的车位信息。而且近几年来对于智能停车场，车位引导系统的研究都注重于室内停车场，室内停车场产品已经趋于完善，但是对于室外停车场却很少有人关注，很多室内停车场管理系统对室外露天的并不适用，比如大多数车位引导系统用红灯和绿灯分别来显示车位有无车辆，在室内易于观察，很远便能发现，而在室外在阳关照射时，灯光不容易被发现，无法区分，而且室内超声波检测安装较为复杂，在室内不容易实现。因此，该系统是为解决一系列大型露天临时停车问题和找车问题而研发的系统。

2、系统组成和功能

该系统由感应终端、显示终端和手机APP组成。如图1所示。其中感应终端由STM32F103控制，包括超声波传感器、数码管、双色指示灯、开关、蜂鸣器和NRF24L01无线通讯模块。显示终端由STM32F103控制，包括TFT彩屏和NRF24L01无线通讯模块。手机APP是由AndroidStudio开发的一款专门针对停车场找车的软件。

图1  系统总体构架图

2.1、感应终端

当有物体挡住接受部分的超声波模块时，信息情况会迅速通过nRF24L01无线模块传输到显示屏上。基于这个原理，我们可以把接收部分放于停车位前方，把显示终端放于停车场门口。当车辆开入车位后，前方超声波传感器检测到车辆，蜂鸣器发出警报，感应终端的数码管显示车位号码，以便车主离开时方便找车，双色指示灯由黄变红，并把数据传输到门口的显示终端上，显示屏实时显示车位的位置信息和占有信息。

2.2、显示终端

该系统的显示终端可移植性强，而且与感应终端的传输效果好，所以可以将显示终端放在停车场门口。当车辆开到停车场门口时，车主可以通过观察显示屏快速的了解到停车场的车位位置信息和占有信息，从而可以快速有效地找到空车位。

2.3、手机APP

当车主离开时，车主通过记住数码管上显示的编号可以通过手机APP进行实时定位和路线导航进而快速的找到自己的爱车。还有搜索路线功能，车主只需要在手机上点击起点和终点就可以出来精确地路线导航，有助于车主更好的熟悉停车场。如图2所示。

图2 手机APP示意图

3、硬件电路设计

该项目采用ST公司生产的STM32F103作为微控制器，该芯片由意法半导体集团设计，使用高性能的ARMCortex-M332位的RISC内核，工作频率为72MHz，内置高速存储器（高达128K字节的闪存和20K字节的SRAM），丰富的增强I/O端口和联接到两条APB总线的外设。所有型号的器件都包含2个12位的ADC、3个通用16位定时器和一个PWM定时器，还包含标准和先进的通信接口，多达2个I2C和SPI、3个USART、一个USB和一个CAN。在处理速度和功能上比STC51提升了不少。采用超声波传感器作为检测装置，它是将超声波信号转换成其他能量信号（通常是电信号）的传感器。超声波是振动频率高于20KHz的机械波。它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。相比红外传感器，它具有灵敏度高，受温度和光照影响较小等优点。

采用nRF24L01作为无线通讯装置，它是由Nordic公司出品的单芯片无线收发芯片。它工作于2.4～2.5GHzISM频段，芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。芯片能耗非常低，以-5dBm的功率发射时，工作电流只有10.5mA，接收时工作电流只有18mA，多种低功率工作模式，节能设计更方便。其DuoCeiverTM技术使nRF2401可以使用同一天线，同时接收两个不同频道的数据。

4、软件设计

根据智能停车场车位引导系统的工作原理，使用KEIL软件和C语言，完成了项目软件的设计。当车辆靠近停车位时，超声波传感器接收到回波并把信号传给感应终端的主控芯片。然后通过nRF24L01无线通讯模块将信号传给显示终端的主控芯片，从而将信息显示在屏幕上。为了配合手机APP的找车功能，当超声波检测到回波时，主控芯片会把该车位的编号传输到数码管上以提醒车主。软件功能实现流程如图3所示。

图3  软件设计流程图

5、结论

基于STM32F103的智能停车场车位引导系统有效的将无线通讯与屏幕显示结合在一起，还增加了手机APP功能，可以让车主更快捷的找到车位和爱车。开辟了一个新的思路，露天临时停车场车位引导。对于露天临时停车场由于以前没有相关的产品，而且室内固定停车场的车位引导并不适用于露天临时停车场，肯定有许多人因露天临时停车场找停车位困难而苦恼，如果该系统能应用于市场，肯定会受到大家的欢迎，解决这么多年露天临时停车场不方便停车的状况。使用方便，传感器以及引导牌可临时放置在露天临时停车场，方便安装并且可拆卸，可多次使用。这可大大减少临时停车场成本，给车主带来方便的同时也给停车场管理者带来了好处。所以该系统在未来有很好的发展前景。