基于單片機的立體旋轉停車場車位引導系統設計目錄TOC\o"1-3"\h\u149561緒論 2225741.1立體旋轉停車場研究背景和意義 2190601.2國內外關于立體旋轉停車場的研究現狀 345931.2.1國外研究現狀 376151.2.2國內研究現狀以及立體旋轉停車場應用現狀 4235352立體旋轉停車場的總體設計 4194363硬件設計 5128933.1單片機最小系統設計 5213253.3顯示模塊的設計 1094364.2車輛的取車過程 1334654.4路徑引導優化計算的選擇 14164224.5Dijkstra時間最短的路徑優化算法 1552045系統調試 15102156系統設計總結和展望 175296.1總結 17104856.2展望未來 1718576參考文獻 19摘要本設計針對傳統停車場的缺點不足，研究了一種以AT89C52單片機為主控器的立體旋轉停車場車位引導系統設計，通過接收上位機傳來的操作數據，然后對步進電機進行控制，通過RFID-RC522非接觸式讀卡器IC芯片的檢測對數據庫發出信號，根據Djkstra算法選出最優路徑停車，此外根據傳感器檢測裝置發出的信息來判斷車輛是否安全停入車位，通過“滴滴滴”的聲音傳遞給操作人員，使工作人員及時了解運行狀態做出及時行動，當車輛安全到達車位之后,經檢測處于安全狀態的話，此時數據庫接收單片機傳送過來的車位信息,以LCD5110顯示屏顯示出來。本設計的立體旋轉停車場車位引導系統設計通過將RFID射頻識別技術、單片機技術以及Djkstra算法應用到系統中，能夠完成很好的計算出最優路徑進行停車，實現智能化停車，改變了以往停車場停車的方式，實用價值很強。關鍵詞AT89C52RFID-RC522Djkstra算法LCD5110車位引導系統設計1緒論1.1立體旋轉停車場研究背景和意義隨著近幾十年來我國的數字化以及信息化在飛速發展，同時經濟以及汽車工業的發展也很迅速，人們的經濟水平也在不斷地提高，私家車也是越來越普及，以前那種單層的平面車庫現在不能滿足逐漸提高的停車需求。人們已經開始不斷的嘗試將土地的利用率達到最高，得到更多的停車位，此時未來解決這個問題，我們研究發現立體車庫是適應時代發展的一個產物，可以很大程度的解決停車困難的現狀，之后研究表明升降橫移式是立體車庫應用最廣泛的。車位數（個）占地面積（平方米）工程造價（萬元）傳統停車場501650750立體旋轉停車場5050400立體旋轉停車場不僅能對土地的利用率和大眾空間的利用率會有極大的提高，另一還極大的方便了人們的日常出行以及平常生活，在某一個程度來講，它對于社會積極發展有著很大的作用。它的最大的優勢就是可以很好地利用土地資源和空間，因此被稱為空間“節能者”。通過查找資料分析可得，我們可以了解到一些比較重要的參數對比：如下表1.1所示表1.1兩種車庫占地面積和工程造價統計表通過研究數據和資料發現，以前的停車場，需要車主開著車到處尋找車位，而本次設計的立體車庫是智能化和自動化的，車主只需把車開到載車板上，系統會發送信息給操作機械設備，以此自動把車輛放進選好的車位，通過減少車輛的行駛路程來減少尾氣的排放量，非常的節能環保。一套機械式自動升降的存取車停取的自動化設備被應用于立體旋轉停車場，它有很多智能化和自動化的結合，它的主要工作過程就是車主把車輛停放在載車板上，然后載車板在其他設備的輔助下，把車輛通過平移旋轉放到指定的車位上。而且本次設計的停車場配有IC卡以方便存取車，把IC卡交給車庫的工作人員，通過將本車輛的卡放到芯片感應地方，系統會自動顯示本車輛的信息，之后機器工作，車通過載車板的作用回到地面。

其次，為了安全起見，為了保證機器設備在啟動操作時，不會產生意外傷害，在車庫的出入以及各個地方都設置了紅外警告線，假如有別的車輛或者人進入工作設備范圍之內，這個時候安全報警裝置便會發出滴滴聲的警告，與此同時機器設備自動停止運行，有很大的安全性。而且最重要的是本次設計中采用了機械化的存取車，所以停車場的防盜性很強，因為人不能在一個立體車庫里實現對車輛的行駛和存取。根據數據分析，現在不僅國內是寸土成金的現象，停車困難，在國際上這都是一個非常大的現象，停車難，土地不夠用已經是一個很普遍的現象，以至于每一個地方的交通壓力正逐漸地由動態向靜態轉化，“泊車難”更是成為了阻礙城市的發展一個大眾化問題。根據歷年來的分析計算，2010年，對車位的需求量預測會多480萬個，更是注意到平均下來，每一年就需求車位數量96萬個。但是目前我國能用的立體旋轉停車場明顯不夠，全國能使用的才三萬多個。因此總結來說，立體旋轉停車場不僅可以節省用地面積，并且還可在有限的空間，通過對上層空間的利用來增加停放車輛的數量，因此可以提高空間的利用率。本次設計立體車庫帶有獨立的車位系統，因此能獨立的控制每一個停車位，假如在運行過程中發生故障或者停電等意外，都可以使用手動釋放，實現安全存取車，有很大的安全可靠性，應用前景十分廣闊。1.2國內外關于立體旋轉停車場的研究現狀1.2.1國外研究現狀國外開始機械式立體車庫的生產和研發比我國早，所以在立體車庫的方面的研究也比較早，第一座立體車庫在1920年被美國建成，到50年代，美國以及西歐等國家開始慢慢的建立了不同形式的機械化立體車庫，雙層停車設備更是在20世紀中期出現，但是由于土地面積大，他們使用最多的是巷道堆垛式和多層升降橫移式。日本因為土地資源十分緊缺，所以他們對于立體車庫的需求量更多、更大，因此日本是亞洲國家里最早開始對機械化車庫進行了研究、生產，更是在70年代成功建造出兩千五百多座不同形式的機械化立體車庫。1.2.2國內研究現狀以及立體旋轉停車場應用現狀我國關于立體車庫的研究生產跟國外相比，時間比較晚，直到80年代中期，立體停車設備的研究開發工作在我國才正式開始，在90年代才得到了不錯的發展，隨著經濟和生活質量的提高，我國對機械化立體車庫有了很大的需求量，現如今的車庫類型主要簡易升降類、升降橫移類、巷道堆垛式等等。不過從當前國內對于立體車庫的研究看，立體車庫從各方面來看，并不是太智能化，還有很大的發展空間。總結國外和國內的立體車庫的研究和應用現狀，本次設計設計了一款立體旋轉停車場車位引導系統，它的系統軟件部分分為車位查詢、路徑優化兩部分，硬件部分完成停車場本體設計，實現人機交互設計，它實現了以往立體車庫不能實現的高智能化和自動化功能，此外占地面積小，提高了空間的利用率；其而且存取車非常便捷,存取車一次花費的時間超不過兩分鐘。2立體旋轉停車場的總體設計本次設計是由AT89S52單片機，安全監測模塊，LCD顯示模塊，數據庫系統，驅動模塊組成，共同完成這項工作。而運行過程中主控制器是通過單片機對每一個部分的控制來實現各個功能，它能夠實時通過顯示屏來顯示出剩余的車位數量，以便于客戶了解最及時的停車位信息，這次設計選擇的是AT89S52單片機的控制模塊，它的主要功能是接收上位機傳來的操作數據，然后對步進電機進行控制，同時對數據庫發出信號，根據程序設置通過最優路徑的引導停車，另外判斷車輛經過時是否處于安全狀態，我們是根據紅外線和傳感器檢測裝置發出的信息來判斷的，“滴滴滴”的聲音傳遞給操作人員，使工作人員及時了解外部狀態做出及時行動；車輛安全到達車位之后,經過檢測處于安全狀態的話，此時數據庫接收單片機傳送過來的車位信息,以LCD顯示屏顯示出來,以便接下來的車主知道剩余的車位數量。總體框圖1.2如下：圖1.2總體框圖由總體框圖我們可知整個設計是在AT89S52單片機的控制下實現運行，首先安全檢測模塊檢測出來往車輛的信息，把車輛的具體信息通過和數據庫系統的對比實現更新，同時驅動模塊運行把車輛通過載車板等器件把車輛送到指定車位上，顯示模塊在車輛來之前顯示歡迎語以及剩余的車位信息和時間等，在取完車之后顯示此時的車位剩余信息等。本設計主要設計的是車位引導系統設計部分，通過狄克斯特拉算法計算出最優路徑并實現以下幾個功能：通過算法把存取車輛的最優路徑計算出來，把車輛送到指定車位；刷卡存車時候，通過IC卡存取車時候把剩余車位數顯示出來；（3）取車時通過射頻模塊和IC卡的共同作用計算停車具體時間及收費情況。3硬件設計3.1單片機最小系統設計單片機最小系統是能讓單片機運行起來，且需要最少器件構成的一個電路系統，它起著至關重要的電路鋪墊作用，本設計的單片機需要5780的字節數以及156的內部存儲，因為本設計主要針對的是車位引導系統設計，對于編程算法和運行速度夠快，以及本設計要求實現高智能化所以對單片機能提供更多的功能，對比發現52系列定時器多了一個T2，RAM也多128B，ROM多了4K，中斷比51系列多了2個，最重要是多了一個看門狗，看門狗可以實現復位電路的自動復位，符合設計中智能化的需求，所以針對需要的功能對以下三種單片機做了對比。如表1.3三種單片機特點對比；表1.3三種單片機特點對比統計表單片機種類程序存儲器可編程的I/O線全靜態操作內部數據存儲器運行速度看門狗AT89C514K320Hz-24KHz128過慢無AT89S528k320Hz～33Hz256快有STC89C514k35/390Hz～40Hz512快有經過對比這次設計的立體車庫系統選擇用AT89S52為控制的核心，它的功能更加齊全，又是一種低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，它有8K的字節系統可以編程的Flash存儲器，而且在使用經典的MCS-51內核的基礎上，做出了很大的創新以及改進，使芯片功能更加的完善和齊全，AT89S52單片機的引腳圖如圖1.4所示：圖1.4AT89S52單片機引腳圖3.1.1復位電路復位電路有手動復位和自動復位兩種復位方式，但是本次設計目的就是為了實現立體車庫的高智能化和自動化，減少人工干預的情況下實現停車過程，經過對比選中了52系列的單片機，它比51系列的單片機多加了一個看門狗，看門狗定時器的CPU內部系統是一個自振式的RC振蕩定時器，它與外圍電路沒有關系，與CPU主時鐘也沒有關系，只要開啟看門狗功能就可以保持計時，該溢出時候就會溢出，并且產生復位。復位電路原理圖如圖1.5所示：圖1.5復位電路圖電路圖中的R12是輸入端的一個10KΩ的下拉電阻，它的時間常數是10×10-6×10×103=100ms，這個時候只要VCC上升的時間不到1ms，那么振蕩器建立的時間不會超過10ms，此時RST引腳變為高電平，開始復位，而這個時間常數也可以保證完成復位操作。3.1.2晶振電路晶振的用處是為單片機系統提供最基本的時鐘信號，并且與單片機內部的電路結合，產生所需的時鐘頻率，而且單片機的所有指令的執行，是建立在晶振電基礎上的，晶振提供的時鐘頻率越高，單片機的運行速度就會更快，晶振電路圖如圖1.6所示：圖1.6晶振電路圖晶振負載的電容一般是15uF或者12.5uF，不過在考慮元件的引腳等效輸入電容時，兩個22uF電容構成的晶振振蕩電路是相比來說一個好的選擇。3.1.3USB下載電路及電源模塊電源模塊是能直接貼裝在印刷電路板上的一種電源供應器，它的特點是可以為專用的集成電路、數字信號處理器、微處理器、存儲器等等其他數字或模擬負載提供供電的作用，52系列單片機中還增加了一個USB輔助電源，它串聯在USB傳輸線上，同時連接在供電電源上，當它檢測到來自PC或者集線器5V的直流電源時候，其開關電源會從接口處通過一個內建5V穩壓器，為此次設計的新的周邊設備提供其5V的電壓以及高達500mA的電流。USB下載電路及電源模塊圖如圖1.7所示：圖1.7USB下載電路及電源模塊圖3.1.4單片機最小系統單片機最小系統是可以利用最少的電子元器件建立的一個可以運行的電路系統，本次設計利用的是AT89S52單片機，包括晶振電路、復位電路和電源模塊。它的原理圖如圖1.8所示圖1.8單片機最小系統設計圖3.3顯示模塊的設計我們的顯示模塊需要顯示出現剩余車位的數量、歡迎語、時間顯示以及，本次設計共47個車位，故顯示屏車位剩余數量顯示（11/47）需要2個漢字5個字符，顯示需要“歡迎您的到來”6個漢字以及北京時間（比如11:45）4個漢字5個字符，根據對比，本設計中我們的顯示模塊使用LCD5110的顯示屏來顯示信息，5100顯示屏是NOKIA公司生產的一種可以應用于本公司生產的5110，6150,和6100等這系列移動電話的液晶顯示模塊，它能顯示30個字符和15個漢字，而且接口簡單、速度快以及價格便宜，非常適用于此次設計的需要，電路圖如圖1.9所示：圖1.9顯示電路原理圖4軟件設計本設計的研究課題是立體旋轉停車場的車位引導系統設計，所以軟件部分是這次設計的重點，軟件部分需要實現存取車和車位引導，還有收費功能，其中包括路程最優時間最短，最方便的停車等幾方面。4.1車輛的存車過程行駛的車輛在車庫存車的時候，司機僅需要把車輛駕駛到設置好的升降臺上就可以，等數據庫系統里的程序識別出車輛后，通過升降臺經旋轉平移之后放到指定的車位上，具體的過程如下圖我們的流程圖2.0所示;圖2.0停車流程圖圖2.1取車流程圖4.2車輛的取車過程車主取車的時候只需要把自己的IC卡放到我們的指定位置掃描，數據庫可以根據IC卡里的車輛信息啟動取車裝置，然后在機械手上的配合下，把車輛放到載車板上，之后通過平移旋轉到地面上，具體流程圖如圖2.1所示：4.3存取車輛的收費過程為了智能化、自動化，本設計通過對比選擇比較流行的非接觸式讀卡器IC芯片RFID-RC522。此芯片不但能支持兼容應答器信號，還可以支持ISO14443A數字部分的處理以及檢測錯誤，更是可以支持快速的CRYPTO1加密算法，用語驗證MIFARE系列的產品。先進的調制和解調概念是MFRC522的基礎，更是集成了在13.56MHz下所有類型的被動非接觸式通信方式和協議。此芯片還支持MIFARE系列更高速的非接觸式通信，雙向數據傳輸速率高達424kbit/s。射頻識別是該芯片成功結合射頻技術和IC技術的一種無線數據通信技術，此芯片有著接收FIFO和64字節的發送的緩沖區，這些優點足以滿足我們的使用需求。RFID射頻電路模塊的簡介：它是采用的Philips

MFRC522原裝芯片設計的一種讀卡電路，使用起來非常方便，而且成本也很低廉，非常適合于設備開發、讀卡器開發以及其他的高級應用用戶。此模塊使用起來很方便，能夠直接裝入各種的讀卡器的模具，而且我們采用的此模塊的電壓為3.3V,它既可以通過SPI接口簡單的幾條線可以直接與用戶的任意CPU主板相連接并且實現通信,還能保證模塊可以穩定可靠的工作，最后就是它的讀卡距離遠，足以滿足此次本設計的需求。圖2.2RFID射頻模塊電路原理圖在存取車的過程中可以看到當車輛進入立體車庫時,主控制器是通過控制RFID模塊來讀取IC卡中的車輛信息，然后智能的為車輛分配到最優車位,并將停車位的位置以及存、取車的時間等信息錄入IC卡芯片中的對應區域,在車輛被放到指定的車位時,系統檢測到入庫正確后,開始計算時間和收費，用戶取車時，可通過刷卡查詢車輛停放位置,所停時間和具體費用都通過數據庫和IC卡的計算顯示出來，很大程度方便了汽車用戶，減少了工作人員的工作力度，流程圖如圖2.3所示：圖2.3收費流程圖4.4路徑引導優化計算的選擇在停車過程中，尋找到最合適的路徑通過載車板把車輛放到車位上，即省時省力又方便，而且通過討論發現立體車庫的車位引導路徑，其實就是圖論里經典的尋找最短、最優路徑的問題，其中最經典的算法是Djkstra算法。而我們需要提高停取車的效率,關鍵就是每一輛車都以最短時間完成停車、取車。且對于載車板和驅動模塊來說，在運行時的方向、路徑的選擇和平移旋轉次數不僅會增加停車、取車的時間，而且可能會產生不必要的零件和機器之間的摩擦，導致零件的壽命和使用效率的降低，還會加大資金的投入和人員的維修，所以我們在考慮之后，路徑優選這一塊十分必須且十分重要。因此本設計經過重重篩選之后，我們利用Dijkstra優化算法實現時間最短路徑的停車場車位引導系統，減少尋找車位時間，提高停車位利用效率。4.5Dijkstra時間最短的路徑優化算法為了方便存車取車以及便利，不耽誤過程中浪費時間，經考慮設計采用時間最短的算法來實現路徑優化；立體車庫對于任任何一個車位都是可以計算出來它的時間，假設停車位的地址是為(a,b)，其中a是停車場的層號(a=1,2,3,4)，b是車位號(b=1,247)，然后我們設停車場入口的車位地址為(1,1)，載車板的起始地址位置為(a,b)，停車位的目標地址為(a1,b2)，那么車輛從進入車庫再到指定停車位的位移路徑是(a1,b1)到(1,1)再到(a2,b2)。用算式來表示存車耗時為：t=(a1-1)t1+f(b,1)t2十(a2-1)t1十f(1,b2)t2+2t3=(a1+a2-2)t1十[f(b,1)+f(1,b2)]t2十2t3算式中：單層的升降時間長短用t1表示；同層相鄰車位間的旋轉時間用t2表示；平移每輛車輛長度所需的時間用t表示。把各個變量的值代到算式當中，就能計算出每輛車停到指定的空余車位時所消耗的時間，進而選擇出時間最少路徑（算法如附錄所見）5系統調試5.1硬件調試為了保證設計出來的立體車庫可以正運行且可以達到所需要的功能需求，需要對做出的實物進行調試，調試實物整體部分和各個部分的功能是否可以實現。如圖2.4所示。圖2.4系統實物調試展示圖2.5刷卡存車調試圖圖2.6取車調試圖圖2.7程序調試圖在存取車的過程中需要實現IC卡存車和取車并且計算出具體時間進行此次停車的收費，實物調試圖如2.5、2.6所示：5.2軟件調試本設計主要是為了實現車位引導系統設計，采用了Dijkstra算法來計算最優路徑，利用算法中對于無向圖的應用，在算法程序中設置本次設計一共建立的47個車位坐標，之后根據無向圖的算法計算出來并把車送到指定的車位上，程序調試圖如圖2.7所示;圖2.8調試圖在KEIL4軟件中進行子程序的調試，點擊“output”之后勾選HEX文件，點擊“Debug”位置選擇下載器驅動進行在線調試，調試成功向單片機燒錄程序，調試圖如圖2.8所示：6系統設計總結和展望6.1總結本文研究的是基于單片機的立體旋轉停車場車位引導系統設計的設計與探究，之前普通的單層平面車庫已經不能夠滿足現在越來越多的停車需求，為使土地的利用率得到最大的開發，因此在立體車庫這方面加大了研究的腳步。本次設計主要完成了以下五個方面的內容：首先了解了近年來我們國家的經濟狀況的上升導致停車困難的趨勢，然后了解了國內外對于立體車庫方面的發展，以及根據我們國內的發展狀況作出的關于建造立體車庫的可行性分析，對整個立體車庫的設計方案的選擇和硬件、軟件方面的器件的選擇，以及我們想要得到什么樣的需求，提出了初步的想法和有關設計；其次就是對此次設計的立體車庫進行了整體部分的規劃。從立體旋轉停車場的每一個機械設備、監測安全裝置設備以及顯示設備等等的對比選擇，再到車庫路徑優化算法設計方案的提出，最后到整個車庫工作的運行設備和數據的選擇成型，直接讓整個土地上建立立體旋轉車庫的空間得到充分的利用，使存取車更加的可靠、方便，效率得到更大的提升，人們的生活質量得到提升。然后對整個立體車庫進行是否安全的測試工作，以保證此車庫的安全性。之后就是通過和老師們一起努力做出了立體旋轉停車場的模型，模擬了車庫在進行工作時運行裝備和數據運行的工作特性，驗證個整個立體旋轉停車場車庫是否可以實施，并且經過建模，我們可以很清楚的了解到此車庫的運行功率、各種機器的電壓等工作都在合理的范圍內。在最后我們對于立體旋轉車庫的系統設計進行了優劣分析，并且提出了改良的措施，還對與未來車庫的建設和發展提出了見解。6.2展望未來立體旋轉停車場車位引導系統設計，不僅實現了停取車的效率提高土地資源的利用率，還極大地方便了人們的生活便利，而且還提高了土地資源的利用率。社會經濟飛速的發展，人平均擁有汽車的量也在逐漸上升，特別是在繁華的城市和中心商業地區，最優的解決方案是建造立體車庫。這種建筑起先在外國發展起來，而且已出現了雙層、多次設計等，我國在1990-1999這十年已經認識到了這種車庫的優點,然后對此進行了系統的調查、研究和實踐，目前我們國家的車庫還是以平面停車場為主，此類停車場的主要缺點就是占地面積大，還不可以很好的利用空間上面部分，然而立體車庫，能夠更好的適應我國城市中心土地資源越來越稀缺的狀況，同樣面積的土地可以容納更多的汽車，因此立體車庫是未來車庫發展的潮流。就現在對立體車庫的發展來看，我國現在已經建成的立體車庫中的停車位數量還不到30000個，還都主要集中在沿海以及發達的大城市里，內陸和中小城市就很少建立體車庫；從技術層面上來講，中國與國外等發達國家在智能化、自動化等方面還有著較大的距離。對于中國來說，立體車庫的建設和發展還處于起步階段，在未來還有很大進步發展的空間，需要我們這一代人努力。系統的優缺點分析：立體旋轉車庫的建設，不僅滿足了近年來停車困難，急需大量車位的需求，更是提高了對土地資源的利用率。立體旋轉車庫不僅打破了傳統平面化存取車的思維，還有效地利用了車庫上面的空間資源，立體車庫最大的優點是它的占地面積很小,而且對于空間利用率非常高。使用便捷，存取車的效率提高了。相比較于傳統的停車，立體旋轉車庫更依賴于使用先進的信息技術以及計算機軟件的控制而不是依賴于人工進行的現場管理，立體車庫對于機械化和智能化的使用，使存取車的操作變得簡便，不但減輕了現場停車管理工作人員的壓力以及工作強度，還降低了對于車庫工作人員的管理成本，與此同時立體式旋轉車庫的設計不用配備傳統式的坡路，立體車庫將會通過數據庫的傳送、運輸進而選擇出一條最優路徑以及最短的時間，進而利用自動化、智能化的裝置來存取車輛，使得縮短停車及取車時間，可以達到“立等可取”或者“快速停車”的效果。安全可靠。立體旋轉車庫中會配備相關的安全鎖裝置和車輛控制裝置，這樣可以有效避免汽車不必要的刮傷甚至車輛的丟失，以此大大提高了停車和取車的安全系數，而且車主還可以通過智能的操縱來完成存車、取車，不用親自駕車到停車庫手動泊車，有效降低了車主會意外傷害的發生率。性能良好，附加設備比較少。一般情況下，車庫在建設完成以及配備好相關的設施設備之后，它的其設備損壞率是比較低的，而且也不需要大規模的夜間照明設備，除了必須對其進行檢修以及維護保養，由于智能化、機械化的使用，一般時間車庫里邊是沒有其他人員的來回走動的，因此對于車庫里邊的通風、供暖和換氣孔等附加設備的要求很低，這在很大程度上節約了經濟成本。而且它很大程度上節約了平面的占地面積，進而提高了空間的利用率，非常有利于設計者們對不同建筑的實際情況來進行科學的規劃，以達到優化各中資源配比的目的，來使得立體旋轉車庫的綜合性能達到最優。缺點:立體車庫的一次建設投資大，而且機械組件費用高。立體車庫的維修比較復雜。