基于单片机的停车场车位管理系统设计

1.简介

  停车场车位管理系统是日常中随处可见的一种智能化车位管理技术，使用该技术可以提高车位管理效率，从而减轻人员车位管理工作负荷。本系统集成车牌识别、自动放行、自助缴费等技术，并且具备车位占用状态实时监测与车位数量实时统计、查询等功能，相比与传统停车场车位管理，本系统提高了车位管理效率，并且资源得以充分利用。
  本系统使用车牌号识别技术，自动识别进出场车辆的车牌号信息，能够有效的提高车辆进程效率。同时，本系统支持车位信息监测，可以及时的为车主搜寻空闲车位，避免了车主盲目寻找车位的烦恼。在计费功能上，本系统在车辆入场时开始自动计费，采用不同停车时长动态收费规则。本停车场车位管理系统是一种高效、智能、便捷的停车场管理方式，能够有效提高停车场的运行效率和服务质量，为车主和管理员带来更好的停车体验。
  本次停车场车位管理系统以ST公司的STM32F103C8单片机作为主控MCU。车辆停车采用车牌号识别方式绑定车主信息，系统实时监测当前车位情况，当车位未满则可抬杆停入，若车位已满则提醒车位已满。通过红外传感器检测车位占用情况，车辆停入后开始实时计费。

2.现状与发展趋势

  随着信息化技术与物联网技术的高速发展，智能化停车场车位管理系统也逐渐走向人们生活之中，为人们日常自驾出行停车提供了极大的便利。在智能化城市建设中，智能化、自动化的停车场管理系统也是不可或缺的一环。
  国内停车场车位管理系统的研究与应用虽然起步较晚，但发展迅速。目前，国内已经有许多公司和研究机构投入到这一领域的研究中，并取得了一定的成果。例如，通过车牌识别、无线通信技术、数据库管理等技术手段，实现了停车场的自动化管理。
  随着全球人民环保意识的提高，可持续性发展战略也是当前智能化停车场建设的部分，如建设绿色停车场、推广电动汽车充电桩等措施，减少停车场对环境的影响。车场车位管理系统的发展趋势都将更加智能化、自动化、无人化和环保化。同时，随着技术的不断进步和应用场景的不断拓展，停车场车位管理系统将为城市停车管理提供更加高效、便捷和可持续的解决方案。

  本次基于单片机的停车场车位管理系统设计目的主要是为了提升停车场的管理效率、优化用户体验以及实现资源的有效利用。使用停车场车位管理系统可以实时监控车位占用占用情况，实时更新车位状态，从而减轻人工管理的负担；通过记录车辆的进出情况，统计车流量和车位使用率，为停车场管理提供数据支持。本次系统设计采用模块化集成，能够便于后续的功能扩展和硬件升级。

3.系统设计

  本次基于单片机的停车场车位管理系统主要有车牌识别和车位管理两部分组成。车牌识别部分通过调用百度智能云车牌识别接口，采用Qt5加摄像头编程，驱动摄像头采集车牌图像，通过图像识别技术获取车牌号，然后通过串口通讯方式将车牌号信息发送至单片机方。车位管理采用STM32系列单片机，通过红外对射传感器检测车位占用情况，当车位充足时则自动抬杆放行车辆驶入，并同时可是停车计费。若车位已满则提示当前停车场车位已满。本系统支持手动模式，在智能车牌识别失败时，支持手动模式放行车辆进场和出库。系统总体框图如图所示：

4.硬件设计

  根据方案选型，本次停车场管理系统设计硬件组成有核心控制器STM32F103C8、显示设备OLED屏幕、程序状态指示LED灯、车位监测红外传感器以及3个按钮。硬件原理图如所示：

5.系统程序设计

  根据本次停车场车位管理系统设计功能要求，整体分为软件和硬件两个部分。软件部分采用Qt+摄像头编程。在Windows下搭建Qt环境，编写摄像头模组驱动，采集车牌图像数据，然后调用百度智能云车牌识别接口，将图像上传至云端进行车牌数据分析，最后将解析的车牌信息通过串口协议传输至单片机方。软件部分系统运行流程如图所示：

6.系统调试与分析

  在本次设计中，需要用到Qt软件实现车牌识别技术，使用Keil5完成对STM32F103C8T6单片机编程，完成车牌识别和实时显示当前停车车辆车牌信息和计费信息。
  本次设计采用了PCB电路板作为载体，PCB板即印刷电路板，按照系统功能需求设计原理图，选择需要的元器件和功能模块，完成相关模块的封装库绘制，接着将原理图生成PCB，进行PCB元器件布局，再到最后的投板制作，元器件焊接，软件编程，硬件调试。通过PCB布局可以很好的保证硬件的设备的稳定性。整体硬件实物如图所示：

  硬件组成部分有3个红外车位监测模块，OLED屏幕用于显示车牌信息和缴费信息，主控制器STM32F103C8T6最小系统板用于驱动各个外围设备，设备上电完成各个硬件初始化，LCD屏幕显示系统实时时间，支持串口时间校准，时间显示如图所示：

  系统进入主循环后，将通过串口通讯方式获取上位机车牌识别app识别的车牌信息。车牌识别软件采用Qt5开发，驱动摄像头采集车牌信息，将采集的车牌图片信息进行Base64编码，再调用百度AI车牌识别接口，解析车牌号信息，获取车牌号。最终将得到的车牌号通过串口协议传输至硬件开发板平台，车牌识别app如图所示：

  车牌识别APP识别效果如图所示：

  APP程序识别到车牌信息后将会通过串口协议将识别的车牌信息发送至单片机上，单片机获取到将会实时显示到OLED屏幕，车牌识别成功显示效果如图所示：

  车辆入场后即开始记费，通过开启定时器进行计时，根据停车时长进行收费。车牌出场缴费如图所示：

  此外，本次硬件设计还支持一键放行模式，按下SW3按键，即可实现一键放行。车位占用和剩余车位查询可按下SW2进行查询，剩余车位查询如图所示：