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正文內(nèi)容

智能停車場管理系統(tǒng)的研究和設(shè)計(編輯修改稿)

2025-01-08 21:47 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 LED 顯示屏顯示車位: (1).在入口的通道間安裝進(jìn)入地感和外出地感 (進(jìn)和出必須嚴(yán)格分開 ),為了說明方便暫設(shè)大門進(jìn)的地感線圈為 1(道閘下的地感 ),大門出的地感線圈為 2(道閘下的地感 );車位顯示屏設(shè)為 3。 (2).軟件對地感線圈的識別與動作: 工作流程:當(dāng)車經(jīng)過 2 地感時地感將發(fā)出一個信號給控制器,控制器將相應(yīng)的信號傳送給停車場軟件,停車場軟件將相應(yīng)的信息發(fā)送給顯示屏。 進(jìn):軟件識別規(guī)則與動作,當(dāng)有車進(jìn)入時 1 號地感線圈發(fā)送一個信號給控器后軟件將車位自動遞減 1 并將信號傳給 3 號顯示屏; 出:當(dāng)車出去時如果控制器收到 2 號地感的信號則車位自動加 1 并將信息傳送給 3 號顯示屏。 漢字同步 (用于使用出入口票箱,帶吐卡的情況 ): 假設(shè) LED 顯示器默認(rèn)顯示為“日期、時間加其它’’,并能顯示“請取卡,讀卡’’“請通過”、“無效卡”三種狀態(tài),此三種狀態(tài)由控 制器控制觸發(fā)。 13 控制器與顯示器連接的方法: 假設(shè)用戶要求顯示器在平時顯示“日期,時間或其它”當(dāng)吐卡機(jī)地感感應(yīng)到 有車時,通過吐卡機(jī)的內(nèi)部繼電開關(guān)使吐卡機(jī)吐卡設(shè)備與讀卡機(jī)讀卡變?yōu)橛行?,LED 顯示屏顯示“請取卡,讀卡’’具體接線端由吐卡機(jī)提供;當(dāng)讀卡頭感應(yīng)到有效 卡時,道閘升起并且顯示器顯示“請通過”。當(dāng)感應(yīng)到為無效卡時,顯示屏顯示“無效卡 ,具體的接法是,顯示器的地線與控制器的 D0 輸出點 1 的 COM 點相連,常開點 (No)與請通過相連,無效卡則與控制器的 Do 輸出點 2 的 NO 聯(lián)接(在控制器中設(shè)置無效卡產(chǎn)生的動作為 Do 輸出點動作 )。 圖像對比: A.月租車:進(jìn)入時對其月租車進(jìn)行拍照,在其外出時對其拍照并調(diào)出此車的資料庫及進(jìn)入時的圖片通過人工進(jìn)行識別。 B.臨時車:進(jìn)入時對其臨時車進(jìn)行拍照,在其外出時對其拍照并調(diào)出此車的資料庫及進(jìn)入時的圖片通過人工進(jìn)行識別。 收費顯示及語音提示: (1).收費顯示:停車場軟件對外出車輛時間進(jìn)行計算,根據(jù)收費標(biāo)準(zhǔn)計算出停車費用,并將其傳輸?shù)?LED 收費顯示屏,控制方式為電腦軟件直接控制。 (2).語音提示:通過語音編碼器對語音進(jìn)行編碼,如: “謝謝,你的停車收費為, IC 元 ,對語音提示金額與顯示 屏顯示一致的問題: A.在停車場軟件中規(guī)定時間收費標(biāo)準(zhǔn); B.在語音編碼器中編碼為:時段收費為 5 元,時段為 10 元; C.根據(jù)以上約定,以后通過傳輸停車時間段就可以報出收費情況。 系統(tǒng)設(shè)備選取與組成 如上述方案所述,全套系統(tǒng)由如圖 2. 6 所示的部件組成 14 圖 系統(tǒng)部件框圖 主控部分: (1)自主開發(fā)主控制器,具有獨存儲數(shù)據(jù)和工作的能力,在沒有與上位機(jī)通訊的情況下不影響車輛的進(jìn)出; (2)讀卡頭采用與控制器配套 125Khz無線射頻讀卡器系列讀頭或其它 (跟據(jù)用戶要求距離而定 ); (3)ID 卡片采用射頻卡, EM 只讀卡。 (4)道閘選用智能防砸車道閘。 (5)整個停車場軟件采用自由開發(fā)的停車場管理軟件,實現(xiàn)管理中心與出口收費電腦數(shù)據(jù)共享。 出入口設(shè)備組成: 入口部分主要由吐卡機(jī)一個 (內(nèi)含 ID 卡讀卡器、 ID 卡出卡機(jī)、車輛感應(yīng)器、對講分機(jī) )、控制器一個、自動路閘一個、車輛檢測線圈二個、 LED 顯示屏一個自動攝像機(jī)一個等組成。 收費管理處: ○ 1 收費管理處內(nèi)設(shè)備由收費管理電腦、 ID 卡控制器、報表打印機(jī)、對講主控制中心系統(tǒng) 管理 PC及軟件 發(fā)卡器 入口控制器 車輛圖像識別 出口控制器 自 動 發(fā) 卡 機(jī) 電 子 顯示屏 自動擋車閘 語音提示機(jī) 智能卡讀寫機(jī) 智 能 卡 及輛 智能卡讀寫機(jī) 數(shù)字車輛檢測器 自動擋車閘 電子顯示屏 臨時卡發(fā)行器 15 機(jī)系統(tǒng)、收費顯示屏、語音系統(tǒng)、操作臺、月租卡發(fā)卡設(shè)備一套組成。 ○ 2 收費管理電腦除負(fù)責(zé)與出入口票箱讀卡器、發(fā)卡器通信外,還負(fù)責(zé)對報表打印機(jī)和收費顯示屏發(fā)出相應(yīng)控制信號,同時完成車場數(shù)據(jù)采集下載、讀用戶 ID卡、查詢打印報表、統(tǒng)計分析、系統(tǒng)維護(hù)和月租卡發(fā)售功能。 小結(jié) 本章通過了解與分析用戶的需求,按總體設(shè)計的原則要求,理清了停車場系 統(tǒng)的工作流程,確定了系統(tǒng)的整體方案,對全套系統(tǒng)進(jìn)行了總體規(guī)劃設(shè)計,并列 出系統(tǒng)所需設(shè)備,明確了系統(tǒng)開發(fā)目標(biāo):自主開發(fā)的控制器與上位機(jī)軟件管理系 統(tǒng),在接下來的章節(jié)中將對本文自主開發(fā)的部分進(jìn)行詳細(xì)介紹。 16 第 3 章 控制器的硬件設(shè)計 本系統(tǒng)控制器以單片機(jī)為核心,硬件結(jié)構(gòu)如下圖所示??刂破饔布到y(tǒng)包括: 電源部分、輸出指示部分、實時時鐘部分、存儲部分、上位機(jī)通訊部分、 RS 一485 通訊接口部分。設(shè)計過程采用 Protel99se 繪制電路原理圖及 PCB 布線圖。 圖 控制器硬件結(jié)構(gòu)圖 微控制器的選擇 STC 系列單片機(jī)是由 STMicroelectronics 公司生產(chǎn),并由宏晶公司做大陸代理的。 STMicroelectronics 即意法半導(dǎo)體公司是 1987 年 6 月在意大利的 SGS 微電子公司和法國的湯姆遜微電子公司合并后產(chǎn)生的。 1998 年 5 月,公司由原來的SGS 湯姆遜 (SGSTHOMSON) 微 電 子 公 司 改 名 為 意 法 半 導(dǎo) 體 公 司(STMicroelectronics),簡稱 ST 公司。 STC 單片機(jī)的具有如下優(yōu)點使它成為本文首選: (1)、加密性強(qiáng),很難解密或破解,解密費用很高、國內(nèi)能解密的人少,一般的仿制者望而退步; (2)、超強(qiáng)抗干擾: 高抗靜電 (ESD 保護(hù) ) 上位機(jī) DS1302 實時時鐘 ISP 接口 非易失性存儲器 STC 微控制器 電源模塊 工作指示燈電路 模擬串行接口 RS485 通信電路 17 輕松過 2KV/ 4KV 快速脈沖干擾 (EFT 測試 ) 寬電壓,不怕電源抖動 寬溫度范圍, 40℃ 一 85℃ I/ O 口經(jīng)過特殊處理 單片機(jī)內(nèi)部的電源供電系統(tǒng)、時鐘電路經(jīng)過特殊處理 單片機(jī)內(nèi)部的復(fù)位電路、看門狗電路經(jīng)過特殊處理 (3)、具有降低單片機(jī)時鐘對外部電磁輻射的措施: 禁止 ALE 輸出; 時鐘/機(jī)器周期,外部時鐘頻率可降一半; 單片機(jī)時鐘振蕩器增益可設(shè)為 1/ 2Gain。 (4)、超低功耗: 掉電模式:典型功耗 0. 1 UA 空閑模式:典型功耗 2mA 正常工作模式:典型功耗 4mA. 7mA 掉電模式可由外部中斷喚醒,適用于電池供電系統(tǒng),如水表、氣表、便攜設(shè)備等 在系統(tǒng)可編程,無需編程器,可遠(yuǎn)程升級 (5)、可送 STCISP 下載編程器, 1 萬片/人/天。 (6)、可供應(yīng)內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路的單片機(jī)只有 D 版本才有內(nèi)部集成 專用復(fù)位電路,原復(fù)位電路可以保留,可以不用;若不用,將 RESET 腳直接 短接到地即可。 (7)、 STC 單片機(jī)直接替換 ATMEL, PHILIPS, Winbond 產(chǎn)品,管腳與流行的 8051 兼容。 時鐘電路設(shè)計 時鐘電路主要給系統(tǒng)提供時間,當(dāng)有操作發(fā)生時可記錄系統(tǒng)時間,以便日后操作查詢。本課題選用的時鐘芯片是 DSl302, 該芯片采用串行接口協(xié)議,它是 18 DALLAS 公司推出的涓流充電時鐘芯片內(nèi)含有一個實時時鐘/日歷和 31 字節(jié)靜態(tài) RAM。通過簡單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信,實時時鐘/日歷電路提供秒、分、時、日、月、年、星期、每月的天數(shù)和閏年的天數(shù),可自動調(diào)整時鐘操作,可通過 AM/ PM 指示決定采用 24 或 12d,時格式。 DSl302 與單片機(jī)之間能簡單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信,僅需用到三個口線: @RES 復(fù)位、 ② I/ O 數(shù)據(jù)線 @SCLK 串行時鐘;時鐘/ RAM 的讀/寫數(shù)據(jù)以一個字節(jié)或多達(dá) 31 個字節(jié)的字符組方式通信。 DSl302 工作時功耗很低,保持?jǐn)?shù)據(jù)和時鐘信息時功率小于lmW。 DSl302 有主電源和備用電源的雙電源引腳,可編程的 Vccl 慢速充電器及7 個附加字節(jié)的高速暫存存儲器??赏ㄟ^外 部電池加電以長時期保存數(shù)據(jù),并能慢速為電池充電。 Ycc2 在電源系統(tǒng)中提供主電源,由 Vccl 和 Vcc2 兩者中較大者供電。在正常工作時,由 Vcc2 供電, Vccl 處于充電狀態(tài)。這非常有手于系統(tǒng)在斷電以后,能過備用電源維持時鐘 內(nèi)的實時時間信息以及數(shù)據(jù)。通過簡單的 3線串行方式接口,能在 2. 55. 5V電源下可靠工作,在 2. 5V 時耗電小于 300nA。 管腳描述 晶體的選擇:任何實時時鐘的核心都是晶振,它為分頻計數(shù)器提供精確的與低功耗的時基信號,它可以用于產(chǎn)生秒、分、時、日等信息。為了確保時鐘長期的準(zhǔn)確性,晶振必須工作正常,不能受到干擾。除了晶體之外,所有必須的元件都被集成在器件之內(nèi)。如果有額外的諸如電容和電阻等元件被連接到 Xl 和 X2 引腳,晶振將不能正常 工作。這種情況下,直流工作點將發(fā)生偏移,晶振頻率也會偏移,甚至在上電時,晶振不能正常起振。具有 lOpF 電容和 IOM 阻抗的被動示波器探針也會影響晶振正常工作。所有的 32. 768KHZ 晶體都有等效電容。市場上最為普遍的 32KHZ 晶體有兩種類型: 6pF 和 12. 5pF。在操作時,晶體必須符合推薦的容性特性,也就是說, X1/ X2 引腳的容性負(fù)載必須為 6pF。在進(jìn)行晶振的PCB 布局時, X1 和 X2 晶體引腳均為高阻引腳,必須小心處理。需確保晶體與X X2 引腳之間的連線距離最短,必須小于 5ms。 自動對時:如前述,由于控制器 時鐘的精度有限 (出于成本考慮 ),在每過幾 天可能就會產(chǎn)生幾秒的時間誤差,這方面的缺陷將采用軟件方式來彌補,本課題 中在控制器與上位機(jī)通訊程序中加入自動對時功能代碼來實現(xiàn)。 19 圖 定時時鐘電路圖 其他部分設(shè)計 蜂鳴器電路:主要是為用戶同時也是為停車系統(tǒng)起報警作用。 圖 蜂鳴器電路 20 小結(jié) 本章詳細(xì)介紹了控制器的硬件設(shè)計,包含器件的選擇、關(guān)鍵元器件的性能參數(shù)及實現(xiàn)電路原理圖等 。同時也了解到 IC 卡讀寫電路,通信端口電路,蜂鳴電路的工作原理,同時也查看如定時器電路,計時器電路的設(shè)計原理,從元器件的選擇,到參數(shù)的選擇,再到自己的整體布局,設(shè)計以上電路圖,能讓學(xué)生更好的理解這些原理與運用。 21 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 控制器操作系統(tǒng) 在嵌入式系統(tǒng)中,使用 RTOS(Real Time Operating System,實時操作系統(tǒng) )是大勢所趨,因為在大多數(shù)情況下編程效率比執(zhí)行效率重要。利用 Small RTOS多任務(wù)系統(tǒng)設(shè)計,可以使 51 單片機(jī)發(fā)揮的更有效,并且今后的軟件維護(hù)和改進(jìn)更方便,更可靠?,F(xiàn)在基于單片機(jī)軟件的發(fā)展已經(jīng)從單一的線程結(jié)構(gòu)方式逐漸變?yōu)槎嗳蝿?wù)的設(shè)計思想,和其他的 RTOS 一樣,單片機(jī) OS 也是采用了微內(nèi)核的結(jié)構(gòu),內(nèi)核提供的功能有:任務(wù)的調(diào)度、任務(wù)之間的通信與同步、內(nèi)存管理、時鐘管理、中斷管理等。其他的應(yīng)用組件可由用戶自己添加,以系統(tǒng)進(jìn)程或函數(shù)的方式工作,因而系統(tǒng)是可以裁減的。 目前在嵌入式系統(tǒng)中, 8 位單片機(jī)應(yīng)用還是較為廣泛的。在 51 多任務(wù)操作系統(tǒng)中, Keil C51 所帶的 RTX51 Full 太大 (6KB 多 ),且需要外部 RAM,又無源 代碼,很多時候不實用。 RTX51 Tiny 雖然小 (900 多字節(jié) ),但是任務(wù)沒有優(yōu)先級 和中斷管理,也無源代碼,也不太實用。而 uC/ OS II 雖有源代碼,但是它太大,又需要外部 RAM,所有函數(shù)又必須是重入函數(shù),用在 51 這類小片內(nèi) RAM 的單 片機(jī)上有點勉強(qiáng)。 Small RTOS51 為小 RAM 系統(tǒng)設(shè)計, RAM 需求小,比較適合 51 這種資源比較少的系統(tǒng)上嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核。 Small RTOS51 多任務(wù)操作系統(tǒng): Small RTOS 是一個源代碼公開的多任務(wù)實時操作系統(tǒng), Small RTOS 51 是其在8051 系列處理器上的移植 (使用 Keil C51)。 Small RTOS 可以簡化那些復(fù)雜而 且時間要求嚴(yán)格的工程的軟件設(shè)計工作。 Small RTOS 有以下的特點: ① 公開源代碼。只要遵循許可協(xié)議,任何人可以免費獲得源代碼。 ② 可移植。盡量把與 CPU 相關(guān)部分壓縮到最小,與 CPU 無關(guān)部分用 ANSI C編寫。 ③ 可固化。 Small RTOS 為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計,如果有固化手段,它可以嵌入到產(chǎn)品中成為產(chǎn)品的一部分。 22 ④ 占先式。 Small RTOS 可以管理 1
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