智能停車引導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)計與研究.doc

智能停車引導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)計與研究摘要：隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，停車問題逐漸顯現(xiàn)。本設(shè)計針對停車場引導(dǎo)技術(shù)進(jìn)行研究，分析其原理。然后使用紅外傳感器作為車位檢測裝置；使用AT89系列單片機(jī)作為停車場住控制器，控制引導(dǎo)顯示；使用無線串行通信作為通信信道；使用個人計算機(jī)作為停車場顯示界面；最后實現(xiàn)擁有“智能引導(dǎo)”功能的模擬停車場。關(guān)鍵詞：無線傳輸；單片機(jī)；車位檢測；顯示程序1 緒論1.1 引言隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的提升，汽車市場的繁榮引發(fā)了停車難題。據(jù)統(tǒng)計，“全國機(jī)動車與停車位之比例約為3：1”。經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的大中城市這一比例則更高，停車場建設(shè)已成為城市發(fā)展所面臨的大問題。根據(jù)我國機(jī)動車數(shù)量與停車位之比，以及國外發(fā)達(dá)國家停車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來看，停車難問題催生出了一個巨大的智能停車場管理設(shè)備市場。新型的車位引導(dǎo)系統(tǒng)作為停車場管理系統(tǒng)的有力補(bǔ)充，從而形成了智能化更高的停車場管理系統(tǒng)。車位引導(dǎo)系統(tǒng)能夠?qū)M(jìn)出停車場的車輛進(jìn)行有效引導(dǎo)和管理。本系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能是引導(dǎo)人們更加方便快捷地停車，使停車場車位管理更加規(guī)范、有序，并且進(jìn)一步提高停車場車位利用率。 “智能停車引導(dǎo)系統(tǒng)”在國外已得到了廣泛應(yīng)用，但是在國內(nèi)只有較少大型停車場有類似的車位引導(dǎo)系統(tǒng)，因此本設(shè)計也有一定的實際意義。1.2 “智能停車引導(dǎo)系統(tǒng)”的介紹1.2.1 “智能停車引導(dǎo)系統(tǒng)”的定義智能停車引導(dǎo)系統(tǒng)是為了對停車場車位狀態(tài)進(jìn)行判斷，然后對停車場達(dá)到智能管理作用而設(shè)計的系統(tǒng)。停車場車位引導(dǎo)系統(tǒng)主要用于大中型停車場，其工作原理是通過一定陳秋玲，停車場車位引導(dǎo)系統(tǒng)探析，智能建筑，2006年07期。的車位檢測技術(shù)進(jìn)行檢測車位，從而判斷出車位有無停放車輛，然后將各個車位停車情況通過一定的通信方式與控制計算機(jī)相連，控制計算機(jī)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，將引導(dǎo)信號傳給引導(dǎo)指示器，引導(dǎo)司機(jī)快速將汽車駛?cè)肟瘴弧Ｍ＼噲鲕囄灰龑?dǎo)系統(tǒng)不但能夠提高了停車場的使用率，使停車場管理更加便捷，還降低了大中型停車場的經(jīng)營成本，大大提高了停車場的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。從上面的信息我們可以清晰的看出：“智能停車引導(dǎo)系統(tǒng)”是一個應(yīng)用于停車場，通過車位檢測模塊檢測數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理模塊處理數(shù)據(jù)，并在引導(dǎo)指示模塊顯示信息的智能化系統(tǒng)。1.3 本系統(tǒng)的研究思路1.3.1研究內(nèi)容本系統(tǒng)就停車場“智能停車引導(dǎo)系統(tǒng)”的設(shè)計進(jìn)行探討。本設(shè)計通過模擬停車場引導(dǎo)系統(tǒng)，設(shè)計一個停車場模型來模擬這個系統(tǒng)來了解系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理。1.3.2. 系統(tǒng)設(shè)計的基本思路本設(shè)計使用單片機(jī)為停車場的核心控制器，單片機(jī)系統(tǒng)采用C語言編程，接受外部輸入信號，控制引導(dǎo)的顯示；采用微型計算機(jī)為顯示中心和數(shù)據(jù)處理核心中心，顯示程序采用Delphi 語言；采用無線串行通信為單片機(jī)和微型計算機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸通道；外部信號的采集是通過紅外傳感器，將探測到的車位信息送交從單片機(jī)；人機(jī)接口方面采用LED燈，可以通過LED燈來顯示引導(dǎo)信息；同時為了配合上述實現(xiàn)，還需要A/D轉(zhuǎn)換器，電平標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換等多種元器件或者芯片。2 系統(tǒng)方案選擇與論證2.1 設(shè)計要求“智能停車引導(dǎo)系統(tǒng)”應(yīng)用到實際領(lǐng)域有很多不同要求，但是其大體思路與程序結(jié)構(gòu)及功能都是類似的。由于實際條件限制，本設(shè)計自行規(guī)定了一系列設(shè)計要求，以該要求作為本設(shè)計的最終目的：1. 下位機(jī)檢測車位信息，通過無線串行通信傳輸給上位機(jī)，接收上位機(jī)引導(dǎo)信息并顯示；2. 上位機(jī)實時顯示停車場狀態(tài)，并根據(jù)引導(dǎo)方式顯示引導(dǎo)信息，引導(dǎo)信息通過無線串行通信傳輸給下位機(jī)。2.2系統(tǒng)基本方案根據(jù)課題要求，可將系統(tǒng)分為車位檢測及引導(dǎo)顯示模塊、無線通信模塊和上位機(jī)顯示程序模塊。其中車位檢測及引導(dǎo)顯示模塊包括：主控制器、車位檢測模塊、引導(dǎo)顯示模塊；無線通信模塊包括：下位機(jī)無線通信模塊和上位機(jī)無線通信模塊。主控制器下位機(jī)無線通信模塊車位檢測模塊引導(dǎo)顯示模塊上位PC機(jī)顯示程序上位機(jī)無線通信模塊圖2.1：“智能停車引導(dǎo)系統(tǒng)”的基本模塊方框圖2.2.1 各模塊方案選擇和論證為實現(xiàn)各模塊的功能，以下對各個模塊分別做了幾種不同的設(shè)計方案并進(jìn)行了論證，并最終選擇合適的方案。1. 控制模塊核心控制處理模塊是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵性單元。第一它是車位信息的收集單元，通過車位檢測的信息將在核心控制處理模塊匯集，可以即時更新整個停車場的車位信息。第二它控制著一個無線通信模塊，把即時車位信息通過無線通信模塊傳輸給中央計算機(jī)。第三它通過無線通信模塊接收中央計算機(jī)傳輸過來的引導(dǎo)數(shù)據(jù)，通過處理控制相應(yīng)的引導(dǎo)燈顯示，給予泊車者停車的引導(dǎo)信息。根據(jù)以上要求可供選擇的方案有：方案一：FPGA/CPLD“FPGA/CPLD(現(xiàn)場可編程邏輯器件/復(fù)雜可編程邏輯器件)具有傳統(tǒng)的門陣列的所有特點，內(nèi)部陣列化的單元排列，具有通用性強(qiáng)、設(shè)計靈活、集成度高的特點，既適應(yīng)集成工藝規(guī)則化的特點，又能滿足不同用戶多功能的要求。它采用嚴(yán)格的同步邏輯設(shè)計，沒有反饋環(huán)路、多時鐘路徑、三態(tài)邏輯、鎖存器和異步復(fù)位、置位觸發(fā)器等，只用了D 觸發(fā)器和邏輯門。也就是借助綜合工具，達(dá)到有效控制關(guān)鍵路徑的延時，并預(yù)測具體實現(xiàn)技術(shù)的性能。”當(dāng)然，這樣會犧牲一部分FPGA 資源，但由于硅技術(shù)的迅猛發(fā)展，硬件資源的浪費已顯得微不足道。方案二：單片機(jī)“單片機(jī)是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力(如算術(shù)運算，邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理)的微處理器(CPU)，隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，只讀程序存儲器(ROM)，輸入輸出電路(I/O口)，可能還包括定時計數(shù)器，串行通信口(SCI)，顯示驅(qū)動電路(LCD或LED驅(qū)動電路)，脈寬調(diào)制電路(PWM)，模擬多路轉(zhuǎn)換器及A/D轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊單塊芯片上，構(gòu)成一個最小卻比較完善的計算機(jī)系統(tǒng)。這些電路能在軟件的控制下準(zhǔn)確、迅速、高效地完成程序設(shè)計者事先規(guī)定的任務(wù)。采用單片機(jī)實現(xiàn)可減少系統(tǒng)的外圍電路，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡潔、性能更加安全可靠且使功能更加容易修改和擴(kuò)展?！?雖然FPGA/CPLD與單片機(jī)相比有更高的學(xué)習(xí)效率和更高的運行效率，但是由于本系統(tǒng)需要的張丹，賀西平，基于單片機(jī)的超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計，紡織高?；A(chǔ)科學(xué)學(xué)報 2008年01期； /test/c51test/d01.HTM。運算速度和基本數(shù)據(jù)處理能力單片機(jī)已大大滿足，考慮到成本及復(fù)雜度，選用單片機(jī)已經(jīng)足夠。并且根據(jù)實際情況，選用AT89S52單片機(jī)比較合適。2. 車位檢測傳感器“智能停車引導(dǎo)系統(tǒng)”的一個技術(shù)難點就是如何精確的檢測停車位狀態(tài)。微處理器和中央計算機(jī)只有通過正確的車位狀態(tài)信息才能對車位顯示和引導(dǎo)路線的選擇進(jìn)行正確的控制，所以說一個精確的車位檢測方法是這個系統(tǒng)實現(xiàn)的一個重要前提?，F(xiàn)今，主流的泊車位檢測方法主要有四類：超聲波車位監(jiān)測，地感線圈車位檢測，視頻圖像車位檢測和紅外檢測。方案一: 超聲波檢測“由于超聲波車位檢測器不易受干擾, 安裝方便, 將超聲波傳感器安裝在車位上面, 向下發(fā)射超聲波, 超聲波經(jīng)過地面或車輛頂部反射又由傳感器接收, 可獲取超聲波傳輸?shù)臅r間, 從而計算出超聲波傳輸?shù)木嚯x”。當(dāng)泊位有車時, 超聲波傳輸?shù)木嚯x與無車時是不同的, 由此可判斷泊位上有無車輛停放。 超聲波車位檢測器的工作原理是通過測量距離來實現(xiàn)車位檢測的。它由三個部分構(gòu)成: 單片機(jī)控制模塊、超聲波發(fā)射模塊和超聲波接收模塊。 1.單片機(jī)控制模塊主要負(fù)責(zé)40 kHz 超聲波脈沖的產(chǎn)生與超聲波在介質(zhì)中傳播的時間進(jìn)行精確的計時。2. 超聲波發(fā)射模塊?！盀榱颂岣甙l(fā)射強(qiáng)度, 發(fā)射電路由反相器74LS04 和超聲波換能器構(gòu)成, 用推挽形式將方波信號加到超聲波換能器兩端, 可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出采用兩個反相器并聯(lián), 用于提高驅(qū)動能力”，如圖2。6圖2.2：由74ls04組成的超聲波發(fā)射電路3.超聲波接受模塊。接收將超聲波調(diào)制脈沖變?yōu)榻蛔冸妷盒盘?經(jīng)運算放大器放大后加至LM高旭東，曹姍姍 ，超聲波車位檢測器系統(tǒng)設(shè)計，黑龍江科技信息 2008年03期;張丹，賀西平，基于單片機(jī)的超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計，紡織高?；A(chǔ)科學(xué)學(xué)報 2008年01期。567,如圖3。LM567是帶有鎖定環(huán)的音頻譯碼集成塊，通過調(diào)整能購鑒別40HZ的信號，然后通過一個信號線向外輸出信號。 7圖2.3：超聲波接收電路方案二：地感線圈車位檢測 地感線圈檢測車輛的基本原理如圖4所示：8圖2.4：地感線圈檢測原理圖車位檢測的核心器件是與地感線圈相連接的車輛感應(yīng)器。車輛感應(yīng)器采用先進(jìn)的鎖相環(huán)技術(shù)。當(dāng)線圈上面沒有車輛時，車輛感應(yīng)器和地感線圈之間產(chǎn)生一個平衡點，車輛感應(yīng)器輸出一個低電平到CPU；當(dāng)?shù)馗芯€圈上面有車輛時，地感線圈形成的磁場分布狀況發(fā)生改變，車輛感應(yīng)器輸出高電平到CPU。檢測系統(tǒng)通過對兩個信號進(jìn)行檢測判斷，即可得到所需的車輛檢測信號。 地感線圈檢測具有以下優(yōu)點：1、使用簡單，感應(yīng)器只需要220V 市電和12V直流供電；2、檢測準(zhǔn)確，采用了先進(jìn)的鎖相環(huán)技術(shù)；3、靈敏度高，具有很高的檢測靈敏度，靈敏度可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。 方案四：視頻圖像車位檢測通常，一個攝像頭可以同時監(jiān)控多個車位，但是在檢測現(xiàn)場的視頻圖像中，車位信息極易受到周邊物體如樹木、建筑物等的陰影和天氣變化下雨天和太陽光照較強(qiáng)時等因素的影響通過對大量的檢測現(xiàn)場視頻圖像的分析表明，發(fā)現(xiàn)車位上是否泊車存在3個特點：1對于單個車位，沒有泊車時，該區(qū)域具有非常接近的灰度值， 從而具有較小的方差有車輛停留時，車位范圍內(nèi)的車體、地面、車窗、車輪等具有不同的灰度，體現(xiàn)為較大的方差；2對于單個車位，沒有泊車時，盡管由于天氣、環(huán)境、光照等的影響，該區(qū)域圖像與背景圖像存在一定的線性相關(guān)性。有車停留時，車位范圍內(nèi)車輛的信息與背景圖像沒有線性相關(guān)關(guān)系；3車輛不論顏色、大小都具有比較豐富的邊緣信息，在天氣變化時邊緣信息也會保留，沒有泊車時，車位內(nèi)邊緣信息較少，盡管有陰影，但陰影的邊緣信息相對較少而有車停留時，車位內(nèi)的車輛信息邊緣豐富。然后利用合適的圖像處理方法來處理圖像進(jìn)行判別。例如：多特征車位檢測算法利用了車位內(nèi)有、無泊車特征差異的特點, 提取出每個車位的多個特征參數(shù), 并利用這些參數(shù)進(jìn)行聯(lián)合判決, 從而得出該車位有無泊車的結(jié)論。方案五：紅外車位檢測紅外光是一種不可見光波,它具有光的直線傳播特性,紅外光發(fā)射器發(fā)出紅外光后,若遇阻礙物阻擋,將會產(chǎn)生紅外光漫反射,當(dāng)反射足夠強(qiáng)時,紅外光接收器能夠接收并解調(diào)出該紅外光信號。換言之,當(dāng)紅外光接收器接收到紅外光發(fā)射器所發(fā)射的信號后,說明在有效探測區(qū)域中有阻礙物存在。當(dāng)車位上有物體時就能在接收信號上出現(xiàn)變化，從而判別車位上是否有車。由于基于視頻圖像技術(shù)的車位檢測投入較大，成本較高，但精確程度高，適用于資金投入大，技術(shù)要求高的大型或超大型停車場。超聲檢測和地感線圈檢測技術(shù)，相對成本低，而且技術(shù)成熟，適用范圍廣。超聲檢測裝置安裝需要安裝在車輛上方一般適用于地下停車場，而地感線圈檢測裝置安裝需要破壞地面，一般適用室外停車場。雖然紅外探測技術(shù)精確度不高而且受環(huán)境影響大，但考慮到實驗條件以及課題要求，紅外車位檢測已經(jīng)能滿足所有要求，所以選擇紅外車位檢測法。3 無線通信無線通信主要實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸功能。無線傳輸?shù)恼_率與可靠率是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵，它是整個系統(tǒng)的通信信道?，F(xiàn)今的無線通信方式主要有：無線電、藍(lán)牙和無線收發(fā)模塊。方案一：無線電（衛(wèi)星通信）“衛(wèi)星通信是一種利用地球上空的同步或非同步通信衛(wèi)星作為中轉(zhuǎn)來完成遠(yuǎn)距離通信的一種通信方式,主要特點是傳輸距離遠(yuǎn)、帶寬大、頻率高。中頻帶通軟件無線電結(jié)構(gòu)即數(shù)字中頻結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)衛(wèi)星通信, 首先將數(shù)千兆的射頻信號經(jīng)過下變頻處理, 變換到幾十兆至上百兆的中頻頻率,然后在中頻上進(jìn)行軟件無線電的數(shù)字處理, 即數(shù)字中頻技術(shù)。在衛(wèi)星通信的體系結(jié)構(gòu)中, 最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是調(diào)制解調(diào)器。它不僅是數(shù)字基帶信號和模擬信號之間相互轉(zhuǎn)換的節(jié)點, 也是無線電通信技術(shù)從起源至今的核心概念。衛(wèi)星通信調(diào)制解調(diào)器采用數(shù)字中頻結(jié)構(gòu)對信號在中頻進(jìn)行寬帶數(shù)字化處理, 不僅在一定程度上簡化了接收機(jī)前端電路設(shè)計, 而且配以后續(xù)的數(shù)字化處理, 具有更好的信號帶寬適應(yīng)性以及可擴(kuò)展性, 是一種優(yōu)化的設(shè)計方案?！狈桨付核{(lán)牙通信“藍(lán)牙無線技術(shù)采用的是一種擴(kuò)展窄帶信號頻譜的數(shù)字編碼技術(shù)，通過編碼運算增加了發(fā)送比特的數(shù)量，擴(kuò)大了使用的帶寬。藍(lán)牙使用跳頻方式來擴(kuò)展頻譜。跳頻擴(kuò)頻使得帶寬上信號的功率譜密度降低，從而大大提高了系統(tǒng)抗電磁干擾、抗串話干擾的能力，使得藍(lán)牙的無線數(shù)據(jù)傳輸更加可靠。 在頻帶和信道分配方面，藍(lán)牙系統(tǒng)一般工作在2.4GHz的ISM頻段。起始頻率為2.402GHz，終止頻率為2.480GHz，還在低端設(shè)置了2MHz的保護(hù)頻段，高端設(shè)置了3.5MHz的保護(hù)頻段。共享一個公共信道的所有藍(lán)牙單元形成一個微網(wǎng)，每個微網(wǎng)最多可以有8個藍(lán)牙單元。在微網(wǎng)中，同一信道的各單元的時鐘和跳頻均保持同步。”方案三：無線串行通信無線通信模塊來實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸,現(xiàn)在無線通信模塊比較多，所以以普通無線通信模塊為例, 一般接口為TTL 電平, 可以直接和單片機(jī)的異步通信口連接。數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收都是透明式的, 用戶無需詳知其通信的具體原理, 只需簡單的設(shè)置和使用就行。本系統(tǒng)下位機(jī)系統(tǒng)電路為TTL 電路, 而上位機(jī)系統(tǒng)是標(biāo)準(zhǔn)的RS- 232 接口，所以需要進(jìn)行電壓標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換。MSC- 51 單片機(jī)通過無線傳輸模塊接收上位機(jī)( PC 機(jī)) 發(fā)來的命令, 判斷后執(zhí)行相應(yīng)的程序。電腦COM插座, 為一八針插座, 插針位置及各接口定義如下。李想：“軟件無線電技術(shù)在衛(wèi)星通信中的應(yīng)用”，技術(shù)與應(yīng)用，2008年3月； /question/86707750.html?si=6圖2.5：插針位置圖2.6：各接口定義4 計算機(jī)顯示程序編程語言 在點對點通訊或雙級微機(jī)控制系統(tǒng)中,常常要進(jìn)行Windows串行通訊編程。而在Windows環(huán)境下,Visual Basic和Delphi都是功能十分強(qiáng)大的編程工具, 而且它們不要求程序員掌握內(nèi)部運行機(jī)制。1VB中有專門管理通訊的控件?！捌鋵?yīng)文件名為：Mscomm.vbx, 可加File Add入到工具箱中。此控件有幾個重要屬性通訊編程時要用到：CommPort屬性用于設(shè)定通信控制及與哪個串行口連接；Settings屬性設(shè)定通信的信息格式；PortOpen屬性置True或False可打開或關(guān)閉通訊口；Inputlen屬性表示允許從接收器中讀取的字符個數(shù), 一般都置零即全部讀出；Input，Output為讀取接收器中的字符或?qū)⒆址麑懭氚l(fā)送器中；InBufferCount、OutBufferCount 屬性值是串行口當(dāng)前實際讀入或?qū)懗龅淖止?jié)數(shù)；DTREnable、RTSEnable 屬性值置True或Flase表示收發(fā)器是否準(zhǔn)備就緒。此外CommEvent屬性在程序運行時返回通訊錯誤產(chǎn)生的對應(yīng)值, 用以在程序中了解通訊的情況。” 2用Delphi 實現(xiàn)串口通信，常用的方法有：使用控件，如Mscomm和Spcomm控件等；使用API函數(shù)；在Delphi 中調(diào)用其它串口通信程序。使用API方法的優(yōu)點是比較適合于編寫較為復(fù)雜的低層次通信程序，但缺點是編寫串口通信程序較為復(fù)雜，需要掌握大量通信知識。Spcomm是Small-Pig Team開發(fā)的一個第三方Delphi串口控件，該控件具有豐富的與串口通信密切相關(guān)的屬性及事件，提供了童鍵，彭可，VB、Delphi的串行通訊編程及其比較，電腦與信息技術(shù)，1999年1期對串口的各種操作，且編程簡單、通用性強(qiáng)、可移植性好。在Delphi軟件開發(fā)中已經(jīng)成為一個被廣泛應(yīng)用的串口通信開發(fā)控件?！癝pcomm共實現(xiàn)了三個類：串口類Tcomm、讀線程類TreadThread以及寫線程類TwziteThread1。Tcomm的某個實例在方法StartComm中打開串口，并實例化了一個讀線程ReadThread和一個寫線程WriteThread，它們和主線程之間進(jìn)行消息的傳遞，實現(xiàn)串口通信。”VB是解釋性語言而Delphi可以通過編譯生成真正的可執(zhí)行文件, 加之它對硬件直接操作, 因而后者的運行速度比前者快。而且考慮到我對語言熟悉程度選擇Delphi比較適合。2.2.2 方案選擇(1)控制模塊：AT89S52；(2)車位檢測模塊：紅外傳感器TCRT5000+TLC549；(3)引導(dǎo)顯示模塊：發(fā)光二極管；(4)無線串行模塊：MAX232CPE+無線收發(fā)模塊；(5)顯示程序模塊：Delphi語言。3 系統(tǒng)硬件的設(shè)計與實現(xiàn)3.1 系統(tǒng)硬件的基本組成部分本設(shè)計模塊選擇如上，但是其實現(xiàn)及測試還需要進(jìn)一步完善。主要設(shè)計如下：3.2 主要單元電路的設(shè)計3.2.1 車位檢測模塊電路設(shè)計TCRT5000傳感器是采用高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成。主要應(yīng)用領(lǐng)域是：電度表脈沖數(shù)據(jù)采樣，傳真機(jī)碎紙機(jī)紙張檢測，障礙檢測和黑白線檢測?！霸跈z測過程中傳感器的紅外發(fā)射二極管不斷發(fā)射紅外線，當(dāng)發(fā)射出的紅外線沒有被發(fā)射回來或被反射回來但強(qiáng)度不夠大的時，光敏三極管一直處于關(guān)斷狀態(tài)，此時模塊的輸出端為低電平，指示二極管一直處于熄滅狀態(tài)；被檢測物體出現(xiàn)在檢測范圍內(nèi)時，紅外線被反射回來且強(qiáng)度足夠大，光敏三極管飽和，此時模塊的輸出端為高電平?！备鶕?jù)TCRT5000紅外傳感器的數(shù)據(jù)手冊顯示，紅外線反射接收到之后輸出的電流約為0.001A，因此串聯(lián)一個5歐電阻輸出其電壓。通過AD轉(zhuǎn)換芯片（TLC549）進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，單片機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)判斷停車位狀態(tài)。主要電路圖如圖3.1所示：圖3.1：紅外檢測及A/D轉(zhuǎn)換電路圖 由P00來發(fā)出片選信號，啟動TLC549進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。運行時紅外傳感器產(chǎn)生的電壓轉(zhuǎn)換到ANLGIN上，經(jīng)AD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后，單片機(jī)可以通過P20讀取相應(yīng)的磁場的數(shù)值量。3.2.2 功能控制部分的單元電路設(shè)計（1） 主控制器電路的設(shè)計TCRT5000紅外光電傳感器產(chǎn)品說明書主控制電路即單片機(jī)的最小系統(tǒng),如圖3.2所示。圖3.2：AT89S52的最小系統(tǒng)和外圍電路（2）LED引導(dǎo)燈電路設(shè)計LED引導(dǎo)燈電路就是簡單的發(fā)光二極管電路，如圖3.3：圖3.3：LED引導(dǎo)燈電路（3） 無線串行模塊電路設(shè)計 無線串行模塊分為兩部分：單片機(jī)無線模塊和上位機(jī)無線模塊。單片機(jī)通過P3.0口（RXD）和P3.1口（TXD）傳發(fā)數(shù)據(jù)，無線模塊同樣以這兩個口收發(fā)。在無線模塊和上位機(jī)相連的電路中，因為無線模塊電壓標(biāo)準(zhǔn)與上位機(jī)不同。無線模塊電壓為2.7-3.6V，可以與單片機(jī)的I/O口直連，但是上位機(jī)電壓標(biāo)準(zhǔn)為RS232標(biāo)準(zhǔn)（邏輯“1”為-5V-15V,邏輯“0”為+5V+15V），所以需要接MAX232芯片進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換。具體電路圖如下：圖3.4：單片機(jī)無線模塊電路圖3.5：上位機(jī)無線模塊電路4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計與實現(xiàn)4.1單片機(jī)軟件設(shè)計單片機(jī)系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要采用C語言，對單片機(jī)進(jìn)行編程實現(xiàn)各項功能。14程序設(shè)計環(huán)境：PC機(jī)，Windows XP；程序設(shè)計軟件：Keil Vision軟件及星研仿真軟件。程序功能：實現(xiàn)單片機(jī)通過紅外傳感器對車位的檢測、對信息發(fā)送與接收以及LED燈按信息顯示等功能。4.1.1紅外傳感器檢測實現(xiàn)停車場智能引導(dǎo)的前提是如何準(zhǔn)確的把車位信息通過有效的方式檢測出來。在本設(shè)計中采用了紅外傳感器進(jìn)行車位的檢測。根據(jù)上面電路原理，紅外傳感器檢測主要通過檢測反射紅外線的強(qiáng)弱，輸出相應(yīng)的電壓，通過A/D轉(zhuǎn)換輸出數(shù)字信號，從而進(jìn)行判斷。圖4.1： 紅外檢測流程圖紅外傳感器電壓數(shù)據(jù)的采集是通過AD轉(zhuǎn)換器TLC549來完成的。每次要采集A/D上元件的電壓值時，先選中TLC549的片選信號線，使其進(jìn)行轉(zhuǎn)換工作，然后進(jìn)過一定的延時后，依照TLC549的數(shù)據(jù)手冊上的時序圖，從數(shù)據(jù)口讀取數(shù)據(jù)。圖4.2： 數(shù)據(jù)采集流程圖TlC549的時序操作根據(jù)下圖可知，先將CS拉低選中A/D轉(zhuǎn)換器，再給CLOCK8個下跳沿用于數(shù)據(jù)采集，之后拉高CS放棄選中，再拉低CS，之后的8個CLOCK下跳沿后就可以讀出該次轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。15圖4.3：TLC549時序圖 “” 15公式4.1：TLC549(8位ADC)讀取數(shù)值的轉(zhuǎn)換公式4.1.2 無線模塊軟件設(shè)計 為保證單片機(jī)與上位機(jī)之間串行通信的準(zhǔn)確率，需要雙方約定一定的協(xié)議，但考慮到傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀比較小而且傳輸?shù)木嚯x不遠(yuǎn)，因此采用較為簡單的數(shù)據(jù)檢錯格式。雙方傳輸?shù)囊粋€數(shù)據(jù)幀為兩個字節(jié)，第一個字節(jié)為信息字節(jié)，即所有信息都包含在這以一字節(jié)內(nèi)。第二個字節(jié)為檢錯字節(jié)，檢錯的方法是：兩個字節(jié)相加為0XFF(十進(jìn)制255)為準(zhǔn)確信息，其它為錯誤信息。程序開始時雙方的握手信號為0XFF，0XFF。單片機(jī)使用定時器1作為波特率發(fā)生器，串行發(fā)送使用查詢方式，接收使用終端方式，具體流程圖如下：圖4.4：單片機(jī)串行通信流程圖4.2上位機(jī)顯示程序軟件設(shè)計上位機(jī)顯示程序系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用Delphi編程語言，主要是對PC機(jī)串口編程與圖像的顯示。程序設(shè)計環(huán)境：PC機(jī)，Windows XP；程序設(shè)計軟件：Delphi 7.0。程序功能：通過串口接收下位機(jī)傳送的車位，進(jìn)行實時的現(xiàn)實停車場所有車位狀況，并且依照引導(dǎo)方式計算引導(dǎo)路徑顯示路徑，并把路徑信息轉(zhuǎn)換后傳輸給單片機(jī)。程序主要分三個模塊：串行通信函數(shù)模塊、圖像顯示模塊和附加功能模塊。4.2.1 串行通信函數(shù)模塊上位機(jī)串行通信的協(xié)議與單片機(jī)串行協(xié)議相同。具體通信流程如下：圖4.5：上位機(jī)串行通信流程圖Spcomm串口通信控件的基本屬性、方法和事件說明如下： CommName屬性：計算機(jī)串口端口號的名字，COM1、COM2等，在打開串口前，必須填寫好此值。Parity屬性：校驗位 None、Odd、Even、Mark、Space等。BaudRate：設(shè)定支持串口通信用的波特率9600，4800等，根據(jù)實際需要來定，在串口打開后也可更改波特率，實際波特率隨之更改。ByteSize屬性：表示一個字節(jié)中，使用多少個數(shù)據(jù)位收發(fā)數(shù)據(jù)，根據(jù)具體情況設(shè)定5、6、7、8等。StopBits屬性：表示一個字節(jié)中，使用停止位的位數(shù)，根據(jù)具體情況設(shè)定1、1.5、2等。SendDataEmpty屬性：布爾屬性，為True時表示發(fā)送緩存為空，或者發(fā)送隊列里沒有信息；為False時表示表示發(fā)送緩存不為空，或者發(fā)送隊列里有信息。StartComm方法：用來打開通信串口，開始通信。如果失敗，則會導(dǎo)致串行口錯誤。錯誤類型大致分為串行口己處于打開狀態(tài)，所以不能打開串行口，不能創(chuàng)建讀寫進(jìn)程，不能建立串行口緩沖區(qū)等。StopComm方法：用來停止通信串行口的所有進(jìn)程，關(guān)閉串口。WriteCommData(pDataToWrite:PChar;dwSizeofDataToWrite:Word)方法是帶有布爾型返回值的函數(shù)，其中參量pszStr-ingToWrite是要寫入串行口的字符串，DwSizeaf- DataToWrite是要寫入的字符串的長度。該函數(shù)通過一個寫線程向串行口輸出緩沖區(qū)發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送操作將在后臺默認(rèn)執(zhí)行。如果寫線程PostMessage成功，則返回值是True，若寫線程失敗，返回值是False。OnReceiveData(Buffer:Pointer;BufferLength:Word)，其中Buffer是指向輸入緩沖區(qū)的指針。BufferLength是從緩沖區(qū)收到的數(shù)據(jù)長度。當(dāng)輸入緩沖區(qū)收到數(shù)據(jù)時，該事件被觸發(fā)。當(dāng)輸入緩存有數(shù)據(jù)時將觸發(fā)該事件，對從串口收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。4.2.2 圖像顯示模塊圖像顯示主要的功能是：1.根據(jù)車位信息顯示停車場總體狀況；2.依據(jù)計算的引導(dǎo)路徑顯示路徑。圖4.6：圖像顯示流程圖4.2.3 附加功能模塊附加功能模塊主要是VIP的設(shè)定，當(dāng)然這只是一個簡單的VIP設(shè)定，并沒有連接數(shù)據(jù)庫，因此只能在程序運行時作一個簡單的演示，一旦程序關(guān)閉將不能保存VIP信息。設(shè)定VIP車位之后，在此車位顯示不能?？?，在車位引導(dǎo)時不作為空車位引導(dǎo)。附加功能模塊還包括幫助模塊和關(guān)于我們模塊，這兩模塊不做實際作用。5 系統(tǒng)測試與分析為了確定整個系統(tǒng)的功能性、穩(wěn)定性以及與系統(tǒng)要求的符合程度，我對系統(tǒng)關(guān)鍵部分和系統(tǒng)功能進(jìn)行實際的測試。主要的目的是發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的錯誤和不足之處，找出原因并根據(jù)這些原因?qū)ο到y(tǒng)的硬件及軟件進(jìn)行修改以達(dá)到系統(tǒng)要求。5.1 測試儀器測試使用的儀器設(shè)備如表5.1所示。表5.1： 測試使用的儀器序號名稱、型號數(shù)量1直流電壓源 MPS-3005L-312UNI-T 數(shù)字萬用表13PC機(jī)14白紙8（其中白紙是用來模擬車輛的）5.2 指標(biāo)測試5.2.1 紅外測試進(jìn)行紅外傳感器測試的目的是為了了解紅外傳感器探測距離，從而把握紅外傳感器的安裝位置。測試流程是把一張白紙慢慢靠近紅外傳感器，在輸出端用萬用表進(jìn)行測量，觀察結(jié)果并記錄。如表2所示：表2： 偏向控制光電傳感器的測量表距離紅外傳感器距離探測電壓測試結(jié)果可以看出紅外傳感器在距離1-3厘米時接收反射的紅外線最強(qiáng)烈，因此可以根據(jù)這個距離安裝紅外傳感器。5.2.2 智能停車引導(dǎo)系統(tǒng)綜合測試（所有模塊組合測試）最后進(jìn)行所有模塊的組合測試，用來確定整個系統(tǒng)的功能實現(xiàn)完整性和穩(wěn)定性，而且每個模塊的不穩(wěn)定性在綜合測試?yán)飼玫较鄳?yīng)的放大在多種情況下進(jìn)行多次測量之后針對各次失敗結(jié)果，分析其原因，不斷改善。5.2.3 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能（1）系統(tǒng)啟動后，上位機(jī)顯示程序同步顯示模擬停車場的信息，并且模擬停車場顯示相應(yīng)的引導(dǎo)信息；（2）當(dāng)停車場有車輛?？炕蛘唠x開時，顯示程序和引導(dǎo)信息同步刷新；（3）上位機(jī)顯示程序選擇引導(dǎo)方式后，在停車場中能夠顯示相應(yīng)的引導(dǎo)信息。5.3 結(jié)論 經(jīng)過對系統(tǒng)的各個模塊的測試，本設(shè)計基本上達(dá)到了設(shè)計制作的要求，但是在可靠性控制方面、串口通信協(xié)議方面和實際應(yīng)用方面尚存在不足之處，因此還可以繼續(xù)改善。6 總結(jié)本系統(tǒng)以單片機(jī)AT89S52為核心部件，以上位機(jī)為顯示中心，利用紅外檢測技術(shù)和無線傳輸技術(shù)綜合設(shè)計實現(xiàn)模擬停車場引導(dǎo)功能。因為時間及各條件因素，該系統(tǒng)需要改進(jìn)的地方很多，包括通信協(xié)議、系統(tǒng)穩(wěn)定及bug修正、缺乏實際效用等等?？v觀整個系統(tǒng)的設(shè)計，大體可以分為如下幾個步驟：(1) 提出問題，并分析“智能停車引導(dǎo)系統(tǒng)”的原理及應(yīng)用條件。(2) 對原理進(jìn)行功能上的分解，把 “智能停車引導(dǎo)系統(tǒng)”按功能劃分模塊，提出可行的方案并初步?jīng)Q定最合適的方案；(3) 選取各個方案所要求的硬件設(shè)備，并編寫軟件代碼對各個模塊進(jìn)行初步調(diào)試，確定各個方案的可行性；(4) 連接各個模塊的硬件及軟件，進(jìn)行調(diào)試；(5) 仔細(xì)結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計要求，進(jìn)行系統(tǒng)測試，對于不完善的方面，微調(diào)硬件及軟件以符合系統(tǒng)要求。在“智能停車引導(dǎo)系統(tǒng)”技術(shù)方面，最困難和最重要的是紅外檢測的可靠性和無線串行傳輸?shù)恼_性及穩(wěn)定性。紅外檢測在實驗室條件下能夠準(zhǔn)確的檢測出車位信息，但是在實際應(yīng)用中紅外檢測受到的環(huán)境影響最大。無線串行傳輸在距離較近時能夠準(zhǔn)確實現(xiàn)，但是一旦距離較遠(yuǎn)誤碼率增加時，本系統(tǒng)所使用的協(xié)議就不是非?？煽?，而且無線串行模塊的信號強(qiáng)弱也起著至關(guān)重要的作用。在這個系統(tǒng)的設(shè)計中雖然遇到了許多困難，比如Delphi編程錯誤、串行通行調(diào)試等等，但是在遇到困難之后再自