基于WI-Fi的智慧城市車庫(kù)與移動(dòng)安防系統(tǒng)

1、基于WI-Fi的智慧城市車庫(kù)與移動(dòng)安防系統(tǒng)Based on WI - Fi wisdom city garage with mobile security system摘要本設(shè)計(jì)以為MC9S12XS128單片機(jī)主控芯片，結(jié)合紅外傳感器以及LM339處理芯片實(shí)現(xiàn)了精密全局控制，通過紅外傳感器檢測(cè)路線信息，使用電壓比較器對(duì)信息進(jìn)行硬件二值化，提取黑色引導(dǎo)線反饋回來的信號(hào)用于路線識(shí)別；整個(gè)系統(tǒng)以電腦界面為總控臺(tái)中心實(shí)現(xiàn)了智能停車、取車、搬運(yùn)、排障以及智能實(shí)時(shí)監(jiān)控防盜、智能收費(fèi)等功能的無(wú)線控制。在子系統(tǒng)中以51單片機(jī)為控制芯片，結(jié)合干簧管的開關(guān)特性實(shí)現(xiàn)了車庫(kù)車位信息的智能顯示以及車庫(kù)的智能門禁。本設(shè)計(jì)

2、創(chuàng)新使用了無(wú)線WI-fi技術(shù)實(shí)現(xiàn)了無(wú)線電腦界面控制，并實(shí)現(xiàn)了的實(shí)時(shí)監(jiān)控防盜等有關(guān)功能?？偪嘏_(tái)應(yīng)用了多通道無(wú)線收發(fā)模塊Wi-Fi，實(shí)現(xiàn)了多對(duì)一的無(wú)線電腦界面控制，同時(shí)使用了上位機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了與單片機(jī)的雙向通信。通過調(diào)試與檢測(cè)完成了題目的基本部分和全部發(fā)揮部分的要求并有自己的創(chuàng)新。用VB以及C#編寫的控制界面是本設(shè)計(jì)的一大創(chuàng)新點(diǎn)。方便了居民停車、取車、搬運(yùn)物品、以及監(jiān)控自己的車和小區(qū)的周圍環(huán)境。關(guān)鍵詞：MC9S12XS128單片機(jī) 智能 移動(dòng)監(jiān)控 無(wú)線Wi-fi 電腦界面控制 Abstract This design MC9S12XS128 with single chip processor as

3、 the master control chip, combined with infrared sensors and LM339 processing chip realize the precise global control, through the infrared sensor to test the route information, the use of voltage comparator to information hardware binarization, extraction black guide line used to route recognition;

4、 The entire system to computer interface for total control table center realizes the intelligent parking, take cars, handling, debugging and intelligent real-time monitoring alarm, intelligent charge functions such as network control. In the subsystem in 51 singlechip control chip, combined with dry

5、 reed pipe switch characteristic realizes the intelligent parking garage information display and the garage intelligent entrance guard. This design innovative use of the wireless WI - fi technology realized wireless computer interface control, and realize the mobile video real-time monitoring of gua

6、rd against theft and other relevant function. Total control platform application the multichannel wireless transceiver module Wi - Fi, realized to a wireless computer interface control, and at the same time, using the PC technology has realized with single-chip microcomputer machine communication. T

7、hrough the debugging and testing completed the basic part of the topic and all play a part of the request and have their own innovation. VB and C# writing control interface is the design of a major innovation point. Convenient residents parking, take car, carrying goods, and monitor their own car an

8、d the surrounding environment. Keywords: MC9S12XS128 single-chip microcomputer intelligent mobile monitor wireless Wi - fi computer interface control。1、 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與論證1、無(wú)線通信模塊的選定目前使用較廣泛的近距無(wú)線通信技術(shù)是藍(lán)牙(Bluetooth)，紅外數(shù)據(jù)傳輸(IrDA)和無(wú)線Wi-Fi等。 方案一：藍(lán)牙技術(shù)藍(lán)牙技術(shù)（ bluetooth技術(shù)），廣受業(yè)界關(guān)注的近距無(wú)線連接技術(shù)。它是一種無(wú)線數(shù)據(jù)與語(yǔ)音通信的開放性全球規(guī)范，它以低

9、成本的短距離無(wú)線連接為基礎(chǔ)，可為固定的或移動(dòng)的終端設(shè)備提供廉價(jià)的接入服務(wù)。但藍(lán)牙技術(shù)遭遇了最大的障礙是過于昂貴。突出表現(xiàn)在芯片大小和價(jià)格難以下調(diào)，傳輸距離太短。 方案二：IrDA IrDA是一種視距傳輸，兩個(gè)相互通信的設(shè)備之間必須對(duì)準(zhǔn)，中間不能被其它物體阻隔，因而該技術(shù)只能用于2臺(tái)(非多臺(tái))設(shè)備之間的連接。 方案三：Wi-Fi目前Wi-Fi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的通信距離擴(kuò)大到4英里（約6.5公里），信號(hào)不受墻壁阻隔微軟推出的桌面操作系統(tǒng)WindowsXP和嵌入式操作系統(tǒng)WindowsCE，都包含了對(duì)Wi-Fi的支持,傳輸速度非?？?，可以達(dá)到54mbps，符合個(gè)人和社會(huì)信息化的需求。綜合比較，我們選用了兩種

10、Wi-Fi無(wú)線模塊來作為單片機(jī)與電腦之間無(wú)線通信的橋梁。如圖1所示：圖1 Wi-fi模塊 2、主控芯片模塊 方案一：采用AT89S52單片機(jī)作為主控芯片。優(yōu)點(diǎn)：AT89S52是一種低功耗，高性能的COMS8位微控制器。作為一種比較成熟的單片機(jī)型號(hào)，廣泛的應(yīng)用于各領(lǐng)域，技術(shù)比較成熟，價(jià)格相對(duì)便宜。缺點(diǎn)：其內(nèi)部集成資源偏少，功能不夠強(qiáng)大，中斷源和定時(shí)器較少。方案二：采用MC9S12XS128單片機(jī)作為主控芯片。優(yōu)點(diǎn)：MC9S12XS128單片機(jī)是高速嵌入式單片機(jī)，具有高速、低耗、保密的優(yōu)點(diǎn)。其內(nèi)部集成資源豐富，具有功能強(qiáng)大的定時(shí)/計(jì)數(shù)器和A/D轉(zhuǎn)換功能及通信接口?？紤]到實(shí)際需求和可操作性，本系統(tǒng)選

11、用MC9S12XS128單片機(jī)作為主控芯片。如圖2所示：圖2 主控芯片模塊3、穩(wěn)壓電源模塊 方案一：采用LM7805穩(wěn)壓芯片。優(yōu)點(diǎn)：LM7805提供5V穩(wěn)定電壓，使用方便，價(jià)格便宜，輸出電壓比較穩(wěn)定。缺點(diǎn)：輸入輸出壓差大，熱穩(wěn)定性差。 方案二：采用LM2596和LM2576穩(wěn)壓芯片。優(yōu)點(diǎn)：LM2596和LM2576穩(wěn)壓芯片的工作電壓高達(dá)24V，熱穩(wěn)定性優(yōu)秀，轉(zhuǎn)換效率達(dá)85%以上。驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，最大輸出電流為3A，且LM2596穩(wěn)壓輸出可調(diào)?？紤]以上兩種方案，因本設(shè)計(jì)中Wi-Fi模塊以及主控芯片對(duì)電壓穩(wěn)定性要求高，且MG995舵機(jī)的工作電壓要求多元化。經(jīng)比較，我們選用了LM2596和LM2576穩(wěn)

12、壓芯片。如圖3所示：圖3 穩(wěn)壓電源模塊4、 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 方案一：采用L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。優(yōu)點(diǎn)：L298N有過電流保護(hù)功能，當(dāng)出現(xiàn)電機(jī)卡死時(shí)，可以保護(hù)電路和電機(jī)等。缺點(diǎn)：L298N承受不了大電流，不符合我們?cè)O(shè)計(jì)要求。 方案二：采用Arduino智能車 30A雙路電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。 優(yōu)點(diǎn)：性能非L298和MC33886等電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片所能比，本驅(qū)動(dòng)器注重電機(jī)啟動(dòng)速度，有效發(fā)揮電機(jī)功率。能承受大電流過載。缺點(diǎn)：成本較高?？紤]以上兩種方案，因本設(shè)計(jì)中電機(jī)額定電流大。經(jīng)比較，我們選用了Arduino智能車 30A雙路電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。如圖4所示： 圖4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊圖5 作品實(shí)物圖2、 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方框圖車位接

13、收信號(hào)電路信號(hào)傳輸 P89V51單片機(jī)控制電路5V電源電路車位顯示模塊傳輸數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù) 無(wú)線WiFi模塊I 5V電源電路傳輸數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)顯示具體車位位置開始計(jì)時(shí)收費(fèi)電腦（手機(jī)）計(jì)時(shí)結(jié)束顯示總收費(fèi)用發(fā)送數(shù)據(jù)視頻監(jiān)控模塊5V電源電路無(wú)線WiFi模塊II數(shù)據(jù)傳輸機(jī)械手模塊MC9S12XS128單片機(jī)控制電路5V電源電路紅外循跡處理模塊電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路12V電源電路圖5 系統(tǒng)框圖3、 功能與指標(biāo)1、目前實(shí)現(xiàn)的功能 智能停車功能； 智能取車功能； 智能搬運(yùn)功能； 自動(dòng)巡邏功能； 車庫(kù)管理：智能收費(fèi)，收費(fèi)記錄管理； 智能移動(dòng)監(jiān)控；2、 可擴(kuò)展功能 由于時(shí)間不足，我們可以擴(kuò)展的功能如下： RIFD電子標(biāo)簽快捷付

14、費(fèi)。 手機(jī)界面顯示車庫(kù)車位信息。 手機(jī)界面控制。3、具體指標(biāo)如下： 三塊單片機(jī)作為主要控制器，工作時(shí)的電源電壓為5V。 兩個(gè)Wi-Fi模塊作為單片機(jī)之間無(wú)線通信的橋梁，工作時(shí)的電源電壓為 5V。 機(jī)械手實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)排障功能，舵機(jī)的工作電壓范圍為3.07.2V，我們供給的電壓為5V。 小車的液晶顯示屏顯示的是車主的信息，工作時(shí)的電源電壓為5V。 發(fā)光二極管顯示電源的工作狀態(tài)。 紅外處理電路對(duì)黑線進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)車的智能循跡以實(shí)現(xiàn)車的安防監(jiān)控智能化、搬運(yùn)排障智能化、小車停駐管理智能化。 點(diǎn)陣顯示屏顯示剩余車位。 干簧管收到小車磁鐵的磁場(chǎng)影響，處于導(dǎo)通狀態(tài)，把P89V51單片機(jī)的 P0的某些IO口電平拉低

15、，單片機(jī)檢測(cè)到低電平信號(hào)，顯示剩余車位。 12V 直流減速電機(jī)，額定電壓12V，工作電壓范圍318V， 轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分鐘。 Arduino智能車30A雙路電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊額定電壓3V15V，我們供給的電 壓為12V。 4、 實(shí)現(xiàn)原理1、紅外循跡處理模塊工作原理 小車循跡用到的傳感器由1個(gè)紅外發(fā)射管和1個(gè)紅外接收管組成，紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，由于黑膠布對(duì)紅外線有吸收作用，相反，白色的賽道對(duì)紅外線有發(fā)射作用；紅外接收管相當(dāng)于一個(gè)光敏二極管，當(dāng)接收到紅外線時(shí)，發(fā)射管的電流會(huì)改變，經(jīng)過一個(gè)電壓比較電路后，就可以輸出單片機(jī)識(shí)別的信號(hào)，單片機(jī)通過檢測(cè)信號(hào)的變化，經(jīng)過處理后，控制IO口的高低電平變化，經(jīng)過電

16、機(jī)驅(qū)動(dòng)的放大信號(hào)，從而控制車的行駛方向，以實(shí)現(xiàn)智能循跡功能。電路原理如下圖所示：圖6 紅外傳感器探測(cè)電路原理圖 圖7 紅外處理電路原理圖 圖2和圖3組成了一個(gè)完整的紅外處理模塊，圖2中的發(fā)射管發(fā)出紅外線，遇到白色賽道時(shí)，被反射回來，紅外線被接收管接收，然后再把信號(hào)輸入到圖3中的LM399AD的4引腳，通過電壓比較再?gòu)?引腳輸出信號(hào)1，如果發(fā)出的紅外線是直接射到黑膠布上，則紅外線不吸收，接收管接收不到紅外線，2引腳輸出信號(hào)2。2、小車控制主板工作原理 控制主板由一塊MC9S12XS128單片機(jī)最小系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、一個(gè)12V電源模塊和一個(gè)5V電源模塊組成。最小系統(tǒng)通過4個(gè)16位的定時(shí)器輸出比較

17、功能產(chǎn)生20ms為周期的脈沖信號(hào)，通過改變脈沖寬度，從而控制舵機(jī)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的控制。圖8 小車控制主板原理圖 3、智能停車實(shí)現(xiàn)原理 把一個(gè)無(wú)線Wi-Fi模塊置于小車，并在小區(qū)以及車庫(kù)里設(shè)計(jì)好車的行走路線，筆記本電腦通過與Wi-Fi模塊連接。車要停到車庫(kù)時(shí)，只要電腦界面通過Wi-Fi向小車的主控芯片發(fā)送一個(gè)信號(hào)，主控芯片接收信號(hào)后對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，控制車進(jìn)入車庫(kù)指定的車位。4、智能取車實(shí)現(xiàn)原理 車主要取車時(shí)，只要在電腦界面上按一下取車按鈕，通過Wi-Fi向小車的主控芯片發(fā)送一個(gè)信號(hào)，主控芯片接收信號(hào)后對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，控制車停到車庫(kù)門口。5、智能搬運(yùn)功能實(shí)現(xiàn)原理 用戶通過電腦界面設(shè)定好搬運(yùn)路線，主控

18、芯片通過控制小車和機(jī)械手，使小車自動(dòng)按照設(shè)定好的路線把物體搬運(yùn)指定的位置。 6、 車庫(kù)管理實(shí)現(xiàn)原理 另外一塊無(wú)線Wi-Fi模塊置于車庫(kù)里與車庫(kù)里的控制芯片相連接，通過干簧管檢測(cè)小車的磁鐵磁場(chǎng)的存在，把信號(hào)輸入到控制芯片，控制芯片對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理后，控制點(diǎn)陣顯示剩余車位數(shù)，車主以及車庫(kù)管理人員通過筆記本電腦與無(wú)線Wi-Fi模塊進(jìn)行連接，即可接收車庫(kù)里單片機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，以了解車庫(kù)信息。 智能收費(fèi)：小車要進(jìn)入小區(qū)時(shí)，小區(qū)門口的檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到有車在門口，欄桿自動(dòng)打開，管理員通過Wi-Fi向小車的主控芯片發(fā)送一個(gè)信號(hào)，主控芯片接收信號(hào)后對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理 控制小車進(jìn)入相應(yīng)的車位，同時(shí)收費(fèi)計(jì)時(shí)系統(tǒng)開始計(jì)時(shí)，當(dāng)小

19、車離開車庫(kù)時(shí)，收費(fèi)計(jì)時(shí)系統(tǒng)停止計(jì)時(shí)，并且計(jì)算出要收取的總費(fèi)用。 收費(fèi)記錄管理：車主想要了解停車收費(fèi)記錄時(shí)，車主只要登陸“查看記錄”界面，就可以查看自己以往的停車收費(fèi)記錄。圖9 車庫(kù)車位顯示模塊原理圖 圖5中的51單片機(jī)P0口接上拉電阻把電平拉高，然后P0口的每一個(gè)引腳都接一個(gè)常開的干簧管再接地，當(dāng)干簧管受到磁場(chǎng)的影響時(shí)，干簧管導(dǎo)通，引腳的電平就會(huì)被拉低，電平變低表示車位有車，否則表示車位無(wú)車，單片機(jī)通過處理后，把剩余的車位數(shù)在點(diǎn)陣顯示屏上顯示出來。7、 智能移動(dòng)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)原理 把攝像頭裝在車上，小車自動(dòng)巡邏時(shí)，保安可以通過電腦界面觀察實(shí)時(shí)視頻，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控。保安還可以通過電腦界面控制車上的攝

20、像頭增大監(jiān)控范圍。當(dāng)保安通過視頻監(jiān)控發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)，可以通過電腦界面控制報(bào)警按鈕進(jìn)行報(bào)警。5、 軟件流程 本設(shè)計(jì)的程序流程可分為智能搬運(yùn)、視頻監(jiān)控、車庫(kù)管理三部分。1、智能搬運(yùn)：開始初始化是否接收到電腦信號(hào)NOYES識(shí)別信號(hào)小車去到相應(yīng)地點(diǎn)抓取物體小車去到指定地點(diǎn)放下物體圖10 智能搬運(yùn)流程圖 開始2、視頻監(jiān)控：初始化NO是否接收到信號(hào)YES識(shí)別信號(hào)車執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作，返回視頻信號(hào)給電腦電腦界面顯示視頻圖11 視頻監(jiān)控流程圖3、 車庫(kù)管理：開始初始化顯示剩余車位數(shù)以及剩余車位的具體編號(hào)車到達(dá)小區(qū)門口檢測(cè)車庫(kù)剩余車位數(shù)NO是否有剩余車位欄桿不開YES欄桿開收費(fèi)計(jì)時(shí)系統(tǒng)開始計(jì)時(shí)小車進(jìn)入車庫(kù)相應(yīng)位置小車

21、離開車庫(kù)收費(fèi)計(jì)時(shí)系統(tǒng)停止計(jì)時(shí)并算出停車費(fèi)圖12 車庫(kù)管理流程圖六、系統(tǒng)測(cè)試1.系統(tǒng)測(cè)試方案（1）模塊測(cè)試（將整體系統(tǒng)分開逐一檢測(cè)：) Wi-Fi模塊：使用串口調(diào)試助手檢測(cè)Wi-fi模塊是否把數(shù)據(jù)傳送給了單片 機(jī)。 紅外循跡處理模塊：把經(jīng)過處理電路處理后的信號(hào)輸出引腳接一個(gè)LED 燈，檢測(cè)不同環(huán)境時(shí)，LED燈的亮滅情況。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊：改變輸入信號(hào)，看輸出有沒有變化。 舵機(jī)控制模塊：給相應(yīng)的角度信號(hào)，看舵機(jī)是否有轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的角度。 車庫(kù)車位檢測(cè)模塊：用磁鐵改變干簧管的開關(guān)狀態(tài)，看點(diǎn)陣顯示的剩余車 位數(shù)是否準(zhǔn)確。 （2）系統(tǒng)整機(jī)調(diào)試 將硬件模塊和相應(yīng)的軟件進(jìn)行系統(tǒng)整機(jī)測(cè)試2.測(cè)試設(shè)備 20MHz 數(shù)

22、字示波器(型號(hào)SS-7802A) 數(shù)字萬(wàn)用表 YQ518單片機(jī)開發(fā)實(shí)驗(yàn)板3.測(cè)試數(shù)據(jù) 相應(yīng)的串口信號(hào)，如0x01。紅外傳感器檢測(cè)到黑線時(shí)，LED燈滅，檢測(cè)到白色跑道時(shí)，LED燈亮。主板電源電壓：4.985.05V，舵機(jī)電壓：4.985.05V，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓：12.5013.20V。干簧管受磁場(chǎng)影響，處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，與其連接對(duì)應(yīng)的IO口電平被拉低；當(dāng)磁場(chǎng)不存在時(shí)，干簧管處于斷開狀態(tài)，與其連接對(duì)應(yīng)的IO口電平回復(fù)為高電平狀態(tài)。4. 結(jié)果分析 Wi-Fi模塊使用串口調(diào)試助手檢測(cè)Wi-fi模塊是否把數(shù)據(jù)傳送給了單片機(jī)，相應(yīng)的串口發(fā)送給了單片機(jī)，說明Wi-fi模塊正常工作。 紅外循跡處理模塊把經(jīng)過處理電路處理后的信號(hào)輸出引腳接一個(gè)LED燈，檢測(cè)不同環(huán)境時(shí)，LED燈的亮滅情況。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當(dāng)射到黑膠布表面，紅外線被吸收，LED燈滅。相反，白色的賽道對(duì)紅外線有發(fā)射作用；紅外線射到白色跑道表面時(shí)，紅外線被反射回來。當(dāng)接收管接收到紅外線時(shí)，LED燈亮。說明紅外循跡模塊正