一、引言（一）研究背景現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展背景下，汽車工業(yè)也同時跟隨腳步，人們擁有汽車總量迅速增加。商業(yè)區(qū)，機場，住宅小區(qū)，酒店，辦公區(qū)等有著大大小小的公共車庫，停車需要占用不小的區(qū)域，對停車位需求大的區(qū)域，其土地收益要求也越高，因此停車場在停車位的擴(kuò)展上十分困難，需要付出很高的成本。停車場作為交通設(shè)施要跟隨交通運輸一同發(fā)展，人們對停車場的管理要求也越來越高。在不同場合下的停車場需要管理者在有車庫的條件下選擇合適的管理系統(tǒng)。根據(jù)不同的需求，在停車場的方案設(shè)計，產(chǎn)品的配置等方面都要作出相應(yīng)的調(diào)整。停車場管理系統(tǒng)能夠以科學(xué)技術(shù)精準(zhǔn)的得出車輛的進(jìn)出時間，并且能夠合理安排車位，緩解停車?yán)щy。根據(jù)公安部交通管理局的數(shù)據(jù)，2021年全國汽車數(shù)量已達(dá)3.72億輛，比上年增加114萬輛，增長3.56%。在全國汽車數(shù)量不斷增加的前提下，城市交通負(fù)擔(dān)不斷增加，那么在停車場的管理上面的市場份額也會穩(wěn)步增加。國內(nèi)的停車場管理系統(tǒng)在2001年起步，較國外時間上較晚，停車場數(shù)量較少。供少于求的停車場的現(xiàn)狀會使得公共車庫管理系統(tǒng)的發(fā)展十分迅速。在目前公共車庫管理系統(tǒng)還處于發(fā)展初級階段，市場上的各種各樣的系統(tǒng)十分繁多。公共車位由于國內(nèi)規(guī)劃與車輛發(fā)展失衡，車輛與車位的比例差距大，現(xiàn)在要解決當(dāng)前車位失衡的問題，就需要引入良好合適的停車場系統(tǒng)。在接下來的停車場的管理系統(tǒng)市場中，因為市場發(fā)展不成熟，沒有主流的管理系統(tǒng)，停車場管理系統(tǒng)整體可靠性不高。停車場成套的設(shè)備多由商家組裝而成，而控制系統(tǒng)和其他設(shè)備沒有充分調(diào)試，在后期使用過程中容易出現(xiàn)問題，且商家會存在聯(lián)系不到位，售后服務(wù)不及時等問題。（二）研究目的和意義停車場作為交通設(shè)施的一部分，人們管理停車場的需求希望能達(dá)到方便快捷。停車場區(qū)域的擁堵常常是因為汽車不按規(guī)則的隨意停放造成的，降低了停車場干道上的通行能力，也降低了停車場的停車效率。停車場管理系統(tǒng)通過基于對車庫內(nèi)的停車車位和時間信息做出判斷，引導(dǎo)入庫車輛停車。該系統(tǒng)第一可以解決停車場目前管理不當(dāng)?shù)膯栴}，引導(dǎo)停車時找不到車位的問題，減少停車時在尋找車位所浪費的時間，降低在此期間的尾氣排放。第二，系統(tǒng)的引導(dǎo)，減少車輛亂停亂放的問題，使道路保持通暢。停車場管理系統(tǒng)的建設(shè)，在滿足感應(yīng)各個車位下，也緩解了管理困難和停車?yán)щy，停車場管理能力得到提升，提高了空閑車位的使用率，既滿足了個人的使用需求，又體現(xiàn)個該系統(tǒng)的適用價值。停車場管理系統(tǒng)既向管理者提供停車信息和價格信息，又向停車者提供信息服務(wù)。以信息技術(shù)為支撐，給使用者提供空車位查詢功能，可以指導(dǎo)車主停車。該系統(tǒng)可以根據(jù)使用者的實際情況，配置系統(tǒng)軟件適合使用者使用，實現(xiàn)空車位的高效利用，不但提高了管理者的工作效率，且節(jié)省了需要投入的人力，降低了物業(yè)的運營成本，且提高了停車場安全性，該停車場管理系統(tǒng)值得推廣。一個使用簡單、運行可靠的停車場管理系統(tǒng)需要如下幾個條件：第一要以人為本，做好駕駛員的停車服務(wù)。第二保證停車不出現(xiàn)亂收費，漏收費的現(xiàn)象。第三提升工作效率，節(jié)省人力成本。（三）國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)的停車場管理系統(tǒng)市場發(fā)展了20來年，在發(fā)展早期，停車場管理系統(tǒng)的起步因為需要保證車輛的安全，主要考慮的是車輛的防盜問題，而且城市車輛較現(xiàn)在少了很多，停車位與車輛數(shù)量相匹配，所以停車場的管理主要是安防的管理之下。在現(xiàn)在大部分停車場的現(xiàn)有的系統(tǒng)中，在入口收費及管理做的相當(dāng)完善了，但是在停車場內(nèi)部的車位引導(dǎo)和空位尋找中，相關(guān)系統(tǒng)仍不完善。在目前的國內(nèi)外市場下看，幾乎所有的停車場的空閑的車位引導(dǎo)都處在同一處于逐漸普及的時期。國內(nèi)外的引導(dǎo)技術(shù)發(fā)展的時間都不久，且國內(nèi)外的停車場管理系統(tǒng)的引導(dǎo)部分沒有太大區(qū)別。所以在市場上無需擔(dān)心國外的競爭壓力。美國的大部分情況下，都非常重視停車場安排和管理，在設(shè)計之前就評估過停車的數(shù)量，還考慮了最大的車流量以及緊急時刻的疏散空間，但是在國內(nèi)大部分老舊小區(qū)在新買入汽車后的停車問題卻不能解決。日本則鼓勵停車場的經(jīng)營者建立立體的停車場。且法律規(guī)定在購入汽車時要有距離住處或公司較近的固定車位的證明。新加坡則政府主導(dǎo)建立全自動化的停車場，只需將車停在汽車電梯內(nèi)，系統(tǒng)會自動尋找空閑車位把車停入，但是在國內(nèi)的大部分情況下這樣做的成本過高，不適合國內(nèi)使用。在國外，發(fā)達(dá)國家比較注重停車位的管理，因為發(fā)達(dá)國家的車輛保有量相對大，很早就面臨著停車位困擾問題，為提升停車位的管理，這些國家都采用先進(jìn)的信息技術(shù)用于停車基礎(chǔ)配套設(shè)施，從而讓城市交通更為順暢，人們出行更加便捷，提升了城市整體形象。20世紀(jì)末期，美國成為最早使用智能停車位管理系統(tǒng)。相繼德國成為世界上最早使用停車位引導(dǎo)系統(tǒng)的國家，乃至至今對全國有深遠(yuǎn)的影響。智能停車場系統(tǒng)，通過有線網(wǎng)絡(luò)傳輸控制命令、車輛信息、繳費金額及車位狀態(tài)等實時信息的準(zhǔn)確、高效獲取，也可以通過線下和線上預(yù)約定位，經(jīng)常后通過各種誘導(dǎo)設(shè)施讓車主迅速找到車位。該系統(tǒng)的應(yīng)用能夠大大節(jié)省人力和物力，實現(xiàn)多個停車場的信息資源共享。在國內(nèi)，停車場車位管理系統(tǒng)的應(yīng)用還是很缺乏，大部分的地區(qū)的停車場的車位管理還是以人工導(dǎo)引為主，通過人工手勢引導(dǎo)車輛進(jìn)入車位停放，這種人工停車位管理在小地區(qū)商業(yè)性地下室停車場多見，且一般都是不收費的，導(dǎo)致長時間亂停亂放。也有在大門口統(tǒng)一設(shè)立人工控制欄桿，相對限制外來車輛進(jìn)入停車場。而在一些大中城市里，停車場一般實現(xiàn)收費管理進(jìn)出的車輛，通過在車入口設(shè)立崗?fù)ぬ帲肦FID卡或攝像頭來識別出入停車場的車輛，從而對這些車輛進(jìn)行停車?yán)U費信息。收費停車場往往會有剩余的車位。二、系統(tǒng)硬件系統(tǒng)分析設(shè)計（一）整體設(shè)計思路智能停車場管理主要由單片機及其外圍電路、紅外傳感器模塊、舵機控制模塊、OLED顯示模塊、到位開關(guān)檢測電路、語音模塊、電源模塊等組成。系統(tǒng)整體框圖如圖2-1所示。圖2-1系統(tǒng)硬件框圖（二）STC89C52單片機核心系統(tǒng)電路設(shè)計單片機的迅速發(fā)展，需要的場景越來越多，使得學(xué)習(xí)單片機的人也增多。為了使得跟多的人能繼續(xù)研究這一課題，故選擇51單片機來開發(fā)。51系列單片機基本滿足了開發(fā)板的要求，它還有兼容性強，參考資料豐富等使開發(fā)更加容易的優(yōu)點。而且在高校學(xué)習(xí)中，單片機的課程主要都是采用51系列單片機。所以在這次設(shè)計中主要采用的是由宏晶科技的STC89C52單片機。一、STC89C52主要特性如下：1.8位CPU和在可重復(fù)編程存儲器。2.256Byte內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（RAM），4KByte內(nèi)部程序存儲器（ROM）。3.工作電壓3.3-5V。4.通用I/O口32個。5.2個16位定時器，也可做外部信號計數(shù)器。6.2個外部中斷,下降沿或低電平觸發(fā)。二、STC89C52單片機引腳圖如下圖2-2所示：圖2-2STC89C52單片機引腳圖三、STC89C52單片機最小系統(tǒng)說明：STC89C52單片機最小系統(tǒng)電路由復(fù)位電路、時鐘電路和電源電路。擁有這三部分電路后，單片機即可正常工作。單片機最小系統(tǒng)原理圖如下圖2-3所示。圖2-3單片機最小系統(tǒng)原理圖（三）5V電源電路設(shè)計本系統(tǒng)選擇5V直流電源作為系統(tǒng)總電源，為整個系統(tǒng)供電，電路簡單、穩(wěn)定。紅色LED作為系統(tǒng)是否正常上電的指示燈。其中和LED并聯(lián)的電阻為1K電阻，對LED之路電流起到限制作用，以防LED支路電流過大燒壞LED燈。圖2-45V電源電路原理圖（四）LCD1602顯示模塊電路設(shè)計當(dāng)下的LCD顯示器很多，選擇厚度薄、性價比高的顯示屏LCD1602。下面是顯示屏LCD1602的實物圖如圖2-5所示。圖2-5液晶顯示屏實物圖（五）HW紅外對管避障模塊電路設(shè)計一、模塊說明（1）電路板尺寸：通過開有的螺絲孔，便于電路板的固定、安裝；（2）這個模塊設(shè)有紅外光發(fā)射管和紅外光接收管,當(dāng)系統(tǒng)通上電以后,模塊內(nèi)的紅外發(fā)射管就可以發(fā)射出紅外光,而接收管是負(fù)責(zé)接收由發(fā)射管發(fā)出的紅外光被反射后的光線,如果接收到紅外光,就會有電信號產(chǎn)生。該模塊內(nèi)還設(shè)置了電位器,可以通過它調(diào)控接收管對紅外光的吸收距離,這也改變了可檢測到的紅外光的遠(yuǎn)近。（3）傳感器模塊輸出端口可以和單片機的端口連接。二、模塊接口說明（1）VCC外接3.3V-5V電壓（可以直接與5v單片機和3.3v單片機相連（2）GND外接GND（3）OUT小板數(shù)字量輸出接口（0和1）紅外避障模塊接口原理圖如下圖2-6所示。圖2-6紅外避障模塊原理圖紅外避障模塊實物圖如下圖2-7所示。圖2-7紅外避障模塊實物圖

三、51單片機系統(tǒng)軟件設(shè)計（一）軟件設(shè)計思路（1）在軟件設(shè)計中，也需要合理的軟件框架設(shè)計作為基礎(chǔ)。軟件設(shè)計框架分為2種，一種是層次設(shè)計，另一種是模塊化設(shè)計。模塊化軟件設(shè)計主要根據(jù)各個不同的功能需求，把這個程序開發(fā)劃分為多個模塊。然后把模塊軟件的寫成接口的形式，使編寫好的模塊程序封裝成一個可以調(diào)用的方法類函數(shù)。這樣的模塊軟件開發(fā)的好處可以實現(xiàn)快速排除軟件的漏洞問題。也可以為后續(xù)的軟件開發(fā)留下接口，能更好的實現(xiàn)功能拓展，這使得軟件的更新更易于開發(fā)。層次化程序設(shè)計同時也可以把整個程序逐層分解，可以規(guī)劃成從整體到部分的思路。這樣進(jìn)行程序設(shè)計后，從最低層往整體的大框架逐層排查問題，這樣就可以快速解決在整體調(diào)試出現(xiàn)的問題。（2）程序設(shè)計在編寫程序前，首先要對整個系統(tǒng)的流程加以熟息，并繪制流程圖。流程圖畫完后，可以開始編寫程序了。編寫程序時要注意，單片機的內(nèi)存使用是否合理。編寫程序時是否符合編碼規(guī)范。并適當(dāng)添加注釋，增強代碼的可讀性。（3）程序調(diào)試程序的各模塊編寫完成，需要對各個模塊進(jìn)行調(diào)試。各個模塊調(diào)試完成后，需要整個程序聯(lián)合調(diào)試。（二）液晶顯示器程序分析停車場自動車位鎖系統(tǒng)的停車位采集端上電開始后，串口初始化使用紅外光電模塊探測停車位是否有車輛駛?cè)搿Ｅ袛喑鲕囄?的光電傳感器模塊探測到有車輛駛?cè)胪＼囄唬瑔纹瑱C通過串口發(fā)送車位1有車輛停放信息。判斷出車位2的光電傳感器模塊探測到有車輛駛?cè)胪＼囄唬瑔纹瑱C通過串口發(fā)送車位2有車輛停放信息。監(jiān)控端的主程序首先在主程序中調(diào)用LCD1602液晶顯示屏的初始化程序，該程序的功能主要是能夠?qū)崿F(xiàn)把要顯示的車位狀態(tài)、總車位、剩余車位等信息寫入到LCD1602顯示器的字符顯示的RAM地址，并在系統(tǒng)開機后顯示相關(guān)數(shù)值。主程序流程圖如圖3-1所示：圖3-1主程序流程圖（三）液晶顯示器程序分析基于單片機的停車場車位管理系統(tǒng)的監(jiān)控端要顯示出機停車位是否有車狀態(tài)顯示和停車位總數(shù)和剩余停車位，使用顯示器LCD1602來直觀顯示這些數(shù)據(jù)。使用到顯示器LCD1602，液晶顯示器在這里液晶屏將是顯示英文字母和數(shù)字。首先需要調(diào)用函數(shù)Lcd1602ShowStr（）并初始化，將屏幕上的數(shù)據(jù)清零，內(nèi)部的存儲也清零。然后液晶顯示器與單片機進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信。單片機將液晶顯示器亮度和顯示內(nèi)容進(jìn)行控制，延時時間后即可寫入操作，實現(xiàn)車位狀態(tài)、總車位、剩余車位的顯示。液晶顯示器的控制通過IIC接口實現(xiàn)，下面是IIC接口控制關(guān)鍵部分程序：液晶顯示器的控制軟件操作流程圖如圖3-2所示：圖3-2液晶顯示器的控制軟件操作流程圖

實物制作與調(diào)試（一）實物制作（1）總體思路。設(shè)計硬件電路，首先對框架和架構(gòu)要條理清晰，好的開頭是成功的一半，這樣在接下來的設(shè)計中能夠朝向總體的方向去思考。確定電路中的需要的芯片，找到關(guān)鍵參數(shù)符合設(shè)計要求的芯片。

（2）理解電路。要在所有原理知識都清楚明了的情況下,對整個系統(tǒng)進(jìn)行清晰的了解,尤其是電路部分,因為電路部分影響了整個系統(tǒng)的實現(xiàn)行問題,方便了前期的設(shè)計和后期的調(diào)試,也方便了及時排查出系統(tǒng)電路的錯誤,節(jié)省了時間。（3）原理圖庫建立。在原理圖放置元件，必須得建立電路元件的圖形庫。并且以電路元件的圖形形式來代表，需要畫出所有器件的原理圖，保存在原理圖庫中，可以根據(jù)實際的元件的模樣畫出每個器件的原理圖庫。所有需要的元件都有原理圖后，就可以放在在原理圖上了。（4）把已經(jīng)購買的元件量出尺寸大小和引腳的位置，根據(jù)這些數(shù)據(jù)畫出該元件的PCB封裝。做完這一步，我們就可以對原理圖的相應(yīng)器件的對應(yīng)PCB封裝。

（5）用原理圖生成PCB，進(jìn)行DRC檢查，檢查錯誤的引腳就要修改該元件的PCB庫或原理圖庫的引腳，檢查通過后會直接切換到PCB界面，并且所有的器件PCB都會出現(xiàn)，引腳間有對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的飛線。

（6）接下來進(jìn)行元件布局。電路的布局是十分重要的一環(huán),首先要對整個電路非常熟悉,包括每個模塊的功能,其次在設(shè)計電路布局時,不僅要考慮系統(tǒng)功能的可實現(xiàn)性問題也要考慮好電路板的美觀問題,并且要在不影響系統(tǒng)功能的前提下盡可能的簡單,不要設(shè)計的太復(fù)雜影響布線的難度,每個元件的位置都要規(guī)劃好。（7）接下來就是布線。布線問題涉及的因素很多，但是這里沒有涉及高壓電路或高頻電路，所以只要導(dǎo)線布通就可以了。由于打印電路板的技術(shù)限制，線寬和線間距都要保持在0.3mm以上，而且大多數(shù)的線要盡量布寬，特別是電源線。根據(jù)已有的元件，按照順序進(jìn)行焊接測試。在整個電路板焊接完成后,接下來的一步就是調(diào)試。首先要對整個電路板上的電器元件進(jìn)行排查,以避免有壞的元件導(dǎo)致后期不必要的調(diào)試時間浪費,其次要注意是否有焊接不牢或未焊接等問題,這些工作都是調(diào)試最開始需要做的。接下來利用燒錄軟件，選擇好芯片，波特率，程序，然后用燒錄器插入電源模塊的排針母座燒寫芯片程序。（二）實物調(diào)試基于單片機的停車場車位管理系統(tǒng)采集端和監(jiān)控端通過需要分別把硬件調(diào)試和軟件調(diào)試一起聯(lián)合起來，從而實現(xiàn)停車場車位管理系統(tǒng)的控制功能。把程序文件和整體實物融合一起，讓程序文件驅(qū)動51單片機芯片工作，實現(xiàn)本設(shè)計的停車場車位管理系統(tǒng)相關(guān)功能。本設(shè)計的停車場車位管理系統(tǒng)的實物效果圖4-1如下：圖4-1實物效果圖基于單片機的停車場車位管理系統(tǒng)的停車位開機后的功能測試如下：上電初始化。液晶顯示相應(yīng)標(biāo)題“Welcome！PleaseBushCard”。刷有權(quán)限的卡后，將一個物體靠近光電傳感器，模擬車位1有車駛?cè)胪７牛洳杉撕捅O(jiān)控端控制效果如圖4-2所示。圖4-2采模擬停車效果圖當(dāng)光電傳感器檢測到有物體，傳感器的指示燈會被點亮。LCD的第二行會顯示“Open02”，其中02表示車位2沒有車停放，而01沒有顯示，表示停車位1有車輛停放。第一行顯示“IC-ID：”，顯示卡號。刷沒有權(quán)限的卡后界面上會顯示無權(quán)限的警告，其樣式如圖4-3所示。圖4-3無權(quán)限警告圖

總結(jié)與展望（一）工作總結(jié)本文設(shè)計了一款智能停車場系統(tǒng)，其中在系統(tǒng)中用單片機控制整個系統(tǒng)，需要通過紅外模塊檢測停車位是否有車，當(dāng)檢測到停車位有車后，單片機進(jìn)行處理，并顯示在顯示器上。文章開篇論述了智能停車場的背景，目標(biāo)和意義。然后介紹了系統(tǒng)設(shè)計，還有硬件設(shè)計，軟件設(shè)計。硬件中主要涉及紅外傳感器模塊、舵機控制模塊、OLED顯示模塊、到位開關(guān)檢測電路、語音模塊、電源模塊等，而在軟件則是包括系統(tǒng)總設(shè)計結(jié)構(gòu)、定時器程序設(shè)計，OLED顯示子程序等設(shè)計開發(fā)，然后將所有程序結(jié)合在一起，將這些程序燒錄到單片機中，通過單片機軟件控制實現(xiàn)停車場計費。但是由于本人的知識不夠全面，很多和智能停車場系統(tǒng)的功能有待提升，希望在今后的學(xué)習(xí)工作中，結(jié)合生活實際，不斷學(xué)習(xí)和完善這款智能停車場系統(tǒng)。（二）未來展望在論文設(shè)計中基本達(dá)到了原先的要求，但是在一些細(xì)節(jié)上并沒有做好處理。電路板完成后，根據(jù)發(fā)光二極管的參數(shù)特性發(fā)現(xiàn)發(fā)光二極管需要較大電流驅(qū)動，直接用單片機引腳驅(qū)動會使單片機引腳故障。電源設(shè)計時沒有考慮到電路的不穩(wěn)定，應(yīng)當(dāng)添加濾波電容。（3）在電位器模塊沒有查清楚使用方法及電路，測試時因為電位器引腳接錯未達(dá)到想要的結(jié)果。最后上網(wǎng)查找了相關(guān)資料改變電位器引腳電路接線。（4）由于程序燒錄模塊開始時并未加入設(shè)計，在后期設(shè)計中也沒有考慮，但是在測試時發(fā)現(xiàn)加入燒錄模塊能極大方便使用者，但是電路已經(jīng)成型且自己并沒有對這方面進(jìn)行查找資料，故無法加入這一模塊。（5）在整體設(shè)計上結(jié)構(gòu)還是比較簡單，只能適合初學(xué)者的前期使用，較為高級的設(shè)計在已經(jīng)設(shè)計的系統(tǒng)中無法實現(xiàn)，只能靠排線拉到另外建立的電路中。

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