基于单片机的智能停车场管理系统毕业论文设计.doc

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停车场智能化管理系统设计

摘要

本设计基于RFID智能识别和高速的视频图像和存储比较相结合，通过计算机的图像处理和自动识别，对车辆进出停车场的收费、车牌识别和车位诱导等，以实现停车场全方位智能管理。

本设计是以AT89C51型单片机为主控芯片的智能停车场系统，主要是针对车辆诱导和车辆检测系统的设计。

系统利用地感线圈对进出停车场的车辆进行检测，控制闸杆机的自动起落，并具备车位显示以及语音提示功能。

该系统配合IC卡和图像监测处理装置构成一套完整的智能停车系统，从而实现大型停车场的智能化管理。

总体说该系统主要有以下特点：

远距离感应读卡，无需停车，速度快，效率高；电脑管理，科学高效；简化车辆进出管理手续，而且安全可靠。

关键词：

智能管理，车牌识别，车位诱导，车辆检测

目　录

前言3

第1章绪论3

1.1课题设计目的和发展趋势3

1.1.1课题研究目的及实际意义3

1.1.2智能停车场管理系统发展概况及趋势3

1.2课题设计思想3

第2章智能停车场管理系统概述3

2.1射频技术（RFID）概述3

2.1.1射频识别系统的构成3

2.1.2射频系统基本工作流程图3

2.2车牌识别技术3

2.2.1车牌自动识别系统原理3

2.2.2牌照、颜色识别3

2.3车位诱导和车辆检测系统概述3

2.3.1车位诱导和车位显示3

2.3.2超声波测距原理3

2.3.3车辆检测3

2.4小区停车计费系统概述3

2.4.1计费系统概述3

2.4.2计费系统的工作原理及特点3

2.5进出口识别系统概述3

第3章车位诱导车辆检测系统硬件设计3

3.1停车场系统3

3.2系统总体原理3

3.2.1车辆检测3

3.2.2车位诱导和车位显示3

3.2.3其他控制部分3

3.3车辆检测系统硬件设计3

3.3.1锁相环路工作原理3

3.3.2信号输入电路的设计3

3.3.3复位电路的设计3

第4章系统软件设计3

4.1程序流程图3

4.2设计要点3

4.3编制软件程序3

结　论3

辞3

参考文献3

外文资料翻译错误！

未定义书签。

--可修编-

前言

在现代化的大型停车场中，智能停车管理系统使得车辆进出手续简单，安全性高，实现了对车辆的自动检测、计费、统计、显示等功能，大大节省了人力资源，提高了工作效率。

整个停车管理系统中，车辆检测部分是系统的关键。

本设计主要是一种停车场车辆检测系统，通过分布在进出口的车辆检测器，实现对闸杆机的控制和车位提示等功能。

智能停车场管理系统是基于射频识别系统以车辆图像对比管理为核心的多媒体综合车辆收费管理系统，用以对停车场车道入口及出口管理设备实行自动控制，对停车场中的车辆按预先设定的收费标准实行自动收费。

该系统将先进的射频识别技术和高速的视频图像存储比较相结合，通过计算机的图像处理和自动识别，对车辆进出停车场的收费、保安和管理进行全方位的控制、管理。

通过埋设于停车场入口道路地下的地感线圈感应到有车经过后，启动射频识别系统，辨别出是否是小区用户，并分别采取不停车进场和启动收费管理系统发放临时IC卡两种措施，进入停车场。

位于停车场出口上方的摄像头捕获车辆信息，通过车牌识别系统采样出车牌等信息，并将该信息保存入停车场临时数据库。

通过位于车库上方的超声波探头，用超声波测距的原理，得到车位信息，并将车位信息发送到主控计算机，经过处理后得到整个车库的车位分布信息，并将该信息发送到停车场入口处，通过大屏幕显示屏显示出来。

进入停车场的用户通过浏览屏幕上的信息，就知道哪里有空车位，从而直接找到空车位停车，避免了普通停车场中找车的麻烦，从而大大的提高了停车效率。

车辆出场时，再次通过埋设于停车场的地感线圈感应到车辆的到来，并启动车辆识别系统，辨别出用户类，小区用户直接出场，非小区用户归还IC卡并缴费后离场。

在车辆出场时，感应到车辆过来，启动射频识别系统的同时，也启动车牌识别系统，通过停车场出口处的摄像头捕获的车辆图像，采样出车牌信息，并同数据库息进行对比，符合信息的车辆直接放行，对出现问题的车辆禁止出行，并启动报警系统通知相关安全人员前来处理。

第1章绪论

1.1课题设计目的和发展趋势

1.1.1课题研究目的及实际意义

随着汽车工业的迅猛发展，我国汽车拥有量急剧增加。

停车场作为交通设施的组成部分，随着交通运输的繁忙和不断发展，人们对其管理的要求也不断提高，都希望管理能够达到方便、快捷以及安全的效果。

停车场的规模各不相同，对其进行管理的模式也有不同之处，管理者需要根据自身的条件，选择应用经济、稳定的管理程序，以免选择了高成本的管理系统。

本设计旨在设计一个简洁、稳定、实用的停车场管理信息系统，希望在容错性、实用性、易操作性等方面具有自己的特色，并且保持一定的可扩展性，以满足不同停车场的信息管理需求。

1.1.2智能停车场管理系统发展概况及趋势

停车场管理系统是利用高度自动化的机电设备对停车场进行安全、有效的管理。

由于尽量减少人工的参与，从而最大限度的减少人员费用和人为失误造成的损失，大大提高整个停车场的安全性与使用效率。

中国的智能停车场管理系统市场兴起在2001年，目前还处于初级发展阶段，各种品牌不断涌现，市场比较混乱，归结起来其现状主要表现为以下几点：

市场发展空间很大。

停车场管理由于前期中国车辆增长情况与停车场规划间差距较大，全国车辆与停车位之比高达5:

1，为解决停车问题，未来停车场智能管理系统市场发展空间很大；由于中国智能停车场管理系统市场还处于初级发展阶段，市场上品牌繁杂，没有形成主流品牌，这也是市场发展不成熟的表现；产品可靠性较低，技术含量不高；成套设备的系统多由集成商提供，能提供成套设备的生产厂家不多，系统稳定性、可靠性不易控制；部分商家售后服务不到位；国系统、组装系统与国外系统的市场占有率之比约为2:

1:

1。

由于价格因素影响，国产品主要用于一般小区与中低档写字楼，国外产品则用于比较知名的高档智能建筑；系统智能化程度较低，如车位引导系统应用不多；从趋势上看，智能停车场管理系统应向更高程度的智能化、合理化、人性化方向发展。

我国智能停车场市场需求剧增，2011年1月27日，工业化和信息部党组织成员、总工程师朱宏任提出，2010年全国共生产1826万辆，销售1806万辆汽车。

俨然我国已经成为一个汽车消费大国。

但随之而来的就是各大城市令人诟病的马路拥堵，乱停乱放等问题。

马路拥堵，等一线城市已经出台了相关的汽车限购政策和国家公务用车使用政策，但车辆乱停乱放除了国家完善相关法律之外，停车场的配套也必须一并跟上。

由于土地容量有限，车位的数量也僧多粥少，停车所引发的社会问题日趋严重。

停车所涉及的社会问题是多方面的，涉及城市规划、汽车保有量的增长与停车资源配套的失衡、轨道交通停车配套等诸多问题。

所有这些数据表明,智能化停车场的春天才刚开始[1]。

1.2课题设计思想

随着社会经济的发展，人们生活水平的提高，汽车已越来越多的进入家庭，汽车消费时代已悄然来临，停车场的建设也是方兴未艾，停车场智能管理系统也已经在大部分停车场发挥着重要作用，在为人们停车带来方便的同时也具有良好的社会效益和经济效益。

为了满足小区停车场智能化管理的要求，设计编写了本方案，主要包括停车场出入口智能管理系统和停车场智能车位引导系统，侧重点在于车位诱导和车辆检测。

第2章智能停车场管理系统概述

2.1射频技术（RFID）概述

RFID技术是从20世纪80年代起走向成熟的一项自动识别技术。

它利用射频方式进行非接触式双向通信交换数据以达到识别目的。

和传统的磁卡、IC卡相比，射频卡最大的优点就在于非接触，因此，RFID技术在应用中研究的特点和难点是读写冲突、RFID安全和隐私保护、天线和RFID定位等问题[5]。

该技术的原理为：

车主将RFID卡安装在车，当车快行驶到停车场时，车速减慢，在有效的读卡围，卡/读卡器自动发送信号，待读卡器/卡接收到信息并作判别是否有效后，控制道闸升杆，从而实现不停车通行。

值得注意的是，安装在车的RFID卡还分为有源卡和无源卡。

两者最大的区别在于前者是置电池的2.4GHz有源RFID卡，由卡主动发送信号，通过无线电波将卡片信息传输至读卡器，现在大多应用的都是可读卡距离5～10m左右的有源卡，此类卡穿透力极强，即使对于贴有车膜的玻璃或者水泥墙，都可以穿透发送信号给读卡器；而后者是900MHz无电池RFID卡，该类卡工作用电依赖于读卡器发送的电磁波使无源卡线圈振荡产生工作电压、电流，之后RFID将本卡信息回发给读卡器，由读卡器对卡信息作出判断以确定卡的合法性，无源卡的读卡距离较短，一般1～2米。

当然，距离的长短还往往取决于无源卡放置的位置是否有屏蔽物及读卡器和卡的自身性能。

相对有源卡来说，无源卡成本较低，但穿透力不够。

RFID技术同其它技术比较而言，具有成本上的优势，而且RFID定位技术队环境的要求和受到的环境影响都很少，定位精度较高，传输围大；RFID技术在定位物体的同时还从定位目标中读取有关该对象的大量信息。

针对这种情况，本系统设计基于射频识别技术，采用计算机管理系统获得停车场停靠车辆的个体信息，包括空余停车位的数量与分布情况，方便车主顺利地找到停车位置；在停车场的入口处可以通过终端查询系统很方便地查询到自己的车辆在停车场的具体位置；在出口处，根据车载卡报告时记录的起始停靠时间，可以很方便地得出车辆停靠时间及应付费用。

本系统的特点是电子系统复杂性低，容易实现且成本；定位精度高，抗干扰能力强[2]。

2.1.1射频识别系统的构成

RFID的基本组成部分：

1.标签（Tag）：

由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象

2.阅读器（Reader）：

读取（有时还可以写入）标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；

3.天线（Antenna）：

在标签和读取器间传递射频信号。

如图2-1.

电源

射频模块

存

储

器

控制

模块

能量

天

线

天线

射频模块

能量，时钟，数据

数据

时钟

数据

读

写

模

块

数据输入入

数据据

电池池

计算机通信网

图2-1射频识别系统结构框图

2.1.2射频系统基本工作流程图

射频识别系统的基本工作流程如下：

1.读写器将无线电载波信号经过发射天线向外发射；

2.当电子标签进入发射天线的工作区时，电子标签被激活，将自身信息的代码经天线发射出去；

3.系统的接收天线接收电子标签发出的载波信号，经天线的调节器传输给读写器。

读写器对接收到的信号进行解调解码，送往后台的电脑控制器；

4.电脑控制器根据逻辑运算判断标签的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构的动作；

5.执行机构按照电脑的指令动作；

6.通过计算机通信网络将各个监控点连接起来，构成总控信息平台，可以根据不同的软件来完成要实现的功能[3]。

其射频识别模型如图2-2所示：

阅读器

天

线

天

线

电子标签

时序

计算机

数据

图2-2射频识别模型

2.2车牌识别技术

车牌识别技术（LicensePlateRecognition,LPR）以计算机技术、图像处理技术、模糊识别为基础，建立车辆的特征模型，识别车辆特征，如号牌、车型、颜色等。

它是一个以特定目标为对象的专用计算机视觉系统，能从一幅图像中自动提取车牌图像，自动分割字符，进而对字符进行识别，它运用先进的图像处理、模式识别和人工智能技术，对采集到的图像信息进行处理，能够实时准确地自动识别出车牌的数字、字母及汉字字符，并直接给出识别结果，使得车辆的电脑化监控和管理成为现实。

该技术的原理为：

车进车出停车场时各拍摄一幅车辆图片，值班人员对其进行人工车辆比对，以确定是否为车人同一或套牌车，诚然这种耗费人力的方法有相当得效果，但仍不能杜绝同类车型的套牌现象。

车牌识别技术是指能够检测到受监控路面的车辆并自动提取车辆牌照信息（含汉字字符、英文字母、阿拉伯数字及号牌颜色）进行处理的技术。

它以数字图像处理、模式识别、计算机视觉等技术为基础，对摄像机所拍摄的车辆图像或者视频序列进行分析，得到每一辆汽车唯一的车牌，从而完成识别过程。

通过一些后续处理手段可以实现停车场收费管理，交通流量控制指标测量，车辆定位，汽车防盗，高速公路超速自动化监管、闯红灯电子警察、公路收费站等等功能。

对于维护交通安全和城市治安，防止交通堵塞，实现交通自动化管理有着现实的意义[4]。

2.2.1车牌自动识别系统原理

牌照自动识别是一项利用车辆的动态视频或静态图像进行牌照、牌照颜色自动识别的模式识别技术。

其硬件基础一般包括触发设备（监测车辆是否进入视野）、摄像设备、照明设备、图像采集设备、识别车牌的处理机（如单片机）等，其软件核心包括车牌定位算法、车牌字符分割算法和光学字符识别算法等。

某些车牌识别系统还具有通过视频图像判断是否有车的功能称之为视频车辆检测。

一个完整的车牌识别系统应包括车辆检测、图像采集、车牌识别等几部分。

当车辆检测部分检测到车辆到达时触发图像采集单元，采集当前的视频图像。

车牌识别单元对图像进行处理，定位出牌照位置，再将牌照中的字符分割出来进行识别，然后组成牌照输出。

其流程图如图2-3：

图像采集

视频车辆检测

视频信号数字图像流

车牌定位

字符分割

字符识别

图片压缩信息包

结果输出

图2-3车牌识别流程示意图

2.2.2牌照、颜色识别

1.牌照定位

自然环境下，汽车图像背景复杂、光照不均匀，如何在自然背景中准确地确定牌照区域是整个识别过程的关键。

首先对采集到的视频图像进行大围相关搜索，找到符合汽车牌照特征的若干区域作为候选区，然后对这些侯选区域做进一步分析、评判，最后选定一个最佳的区域作为牌照区域，并将其从图象中分离出来。

2.牌照字符分割

完成牌照区域的定位后，再将牌照区域分割成单个字符，然后进行识别。

字符分割一般采用垂直投影法。

由于字符在垂直方向上的投影必然在字符间或字符的间隙处取得局部最小值的附近，并且这个位置应满足牌照的字符书写格式、字符、尺寸限制和一些其他条件。

利用垂直投影法对复杂环境下的汽车图像中的字符分割有较好的效果。

3.牌照字符识别

字符识别方法目前主要有基于模板匹配算法和基于人工神经网络算法。

基于模板匹配算法首先将分割后的字符二值化并将其尺寸大小缩放为字符数据库中模板的大小，然后与所有的模板进行匹配，选择最佳匹配作为结果。

基于人工神经网络的算法有两种：

一种是先对字符进行特征提取，然后用所获得特征来训练神经网络分配器；另一种方法是直接把图像输入网络，由网络自动实现特征提取直至识别出结果。

实际应用中，车牌识别系统的识别率还与牌照质量和拍摄质量密切相关。

牌照质量会受到各种因素的影响，如生锈、污损、油漆剥落、字体褪色、牌照被遮挡、牌照倾斜、高亮反光、多牌照、假牌照等等；实际拍摄过程也会受到环境亮度、拍摄方式、车辆速度等等因素的影响。

这些影响因素不同程度上降低了车牌识别的识别率，也正是车牌识别系统的困难和挑战所在。

为了提高识别率，除了不断地完善识别算法还应该想办法克服各种光照条件，使采集到的图像最利于识别[5]。

2.3车位诱导和车辆检测系统概述

该系统采用多媒体技术，通过联网的超声波感应器监控到停车位的使用状况，通过智能显示器显示方向和空位的数量及其他信息，以便驾驶者通过最短路径找到空车位。

车辆及车位信息采集、显示此环节采用动态模拟技术，由车位超声波探测器、供电器、控制器、智能方向指示器、金属模拟图板等组成。

探测器安装在车位上方，金属模拟图板安装在地下各层的停车入口处，图板上的LED用红绿二色表示由探测器传来的有车车位、空车车位的动态实时信息。

探测器通过信号线、电源线联结至控制器。

超声波传感器是停车引导系统的一个关键部件，它通过总线实现供电及联网。

其检测距离一般为0.6m～4.0m，可根据实际需求进行单个或调整。

传感器之间的超声波同步脉冲需避免相互干扰。

现场总线系统由多个子系统组成，每个子系统可以为125个传感器提供电源，可以配置多个方向指示器。

智能方向指示器通过总线实现联网及供电，根据用户需要自行配置用以监控一定围的传感器地址，通过连接隶属的显示器显示某车道、区域空闲车位方向及数量，也可通过上层的安装总线连接主显示器来统计和显示空位总数。

LED显示屏安装在地下各层的停车人口处金属模拟图板的上方，语音提示和中文滚动显示时间、停车方式及注意事项。

每个灯光引导指示牌由两组灯光组成，一组显示“有车位”，一组显示“请直行”。

它受车位超声波探测器控制，当一组车位停满时，它接收到控制器发出的信号，便熄灭“有车位”指示灯。

司机就可以根据灯光导引，沿着车位显示指示器“有车位”指示灯寻找车位[6]。

超声波传感器车辆检测，在一定的时间间隔，传感器发射超声波脉冲并测量脉冲返回的时间。

在测量过程中，如果脉冲返回时间短于作为校准基础的地面返回时间，传感器将判定车辆在场。

多个传感器可以通过网络发出的校准命令同步进行校准。

传感器可通过置LED来显示停车位占用、空闲状态。

在多数情况下，通过停车场车道安置的附属的LED指示灯能够方便地看到现场状态。

停车场管理系统运行过程是以顾客停车取车的过程为基础的,停车场的工作流程也始终以用户车辆进出停车场的流程为中心。

停车场用户一般分为临时用户和固定（小区）用户两大类。

当车辆驶入/出停车场天线通信区时,天线以微波通讯的方式与车载射频卡进行双向数据交换,从射频卡上读取车辆的相关信息,自动识别射频卡并判断车卡是否有效和合法性,车道控制电脑显示与该射频卡一一对应的车牌及驾驶员等资料信息;车道控制电脑自动将通过时间、车辆和驾驶员的有关信息存入数据库中,车道控制电脑根据独到的数据进行判断来做出放行或禁止的决策[7]。

2.3.1车位诱导和车位显示

现在的汽车大多数都装载了GPS导航，这为诱导系统提供了一个提示方法。

诱导系统通过车辆自带的GPS导航提示驾驶路线，到达申请的车位。

诱导系统可以分为车诱导系统和车外诱导系统。

在车诱导系统中，实时交通信息在车辆和信息中心之间传输。

这种诱导系统诱导对象是单个车辆，也称车辆个体诱导系统，这类系统的诱导机理比较明确，容易达到诱导的目的。

目前发达国家采用的是这种系统，但是这种系统对车设施和信息传输技术要求比较高，造价相对昂贵。

在车外诱导系统中，车位诱导信息在停车场LED显示屏上显示，诱导对象是所有用户。

这种系统价格相对比较便宜。

本设计基于单个车辆的诱导系统，诱导车辆到达指定的车位。

但车外诱导系统可以有效地辅助单个车辆。

诱导系统主要由显示驱动、数据接收和数据处理。

工作原理：

通过安装在每个车位上方的超声波车位探测器，实时采集停车场的各个车位的车辆信息。

连接探测器的节点控制器会按照轮询的方式，对所连接的各个探测器信息进行收集，并按照一定规则将数据压缩编码后反馈给中央控制器，由中央控制器完成数据处理，并将处理后的车位数据发送到停车场各个LED指示屏进行空车位信息的显示，从而实现引导车辆进入空余车位的功能。

系统同时将数据传送给计算机，由计算机将数据存放到数据库服务器，用户可通过计算机终端查询停车场的实时车位信息及车场的年、月、日统计数据。

本文采用的是车诱导系统为主，车外诱导系统为辅的综合诱导系统，终端显示驱动有数据反馈机制，驾驶者可以取消车位申请，重新选择停车位，查看个人信息和更新当前车库停车状况。

有效地停车用户停车时的效率[8]，如图2-4所示：

图2-4智能停车场诱导方案图

2.3.2超声波测距原理

超声波技术是一门以物理、电子、机械、机械、以及材料科学为基础的、各行各业都可使用的通用技术之一。

超声波是通过超声波的产生、传播以及接收的物理过程完成的。

超声波在介质中可以产生三种形式的振荡波：

横波，质点震动方向垂直于传播方向的波；纵波，质点振动方向与传播方向一致的波；表面波，质点振动介于纵波和横波之间，沿表面传播的波。

横波只能在固体中传播，纵波能在固体液体中和气体中传播，表面波随深度的增加其衰减很快。

为了测量各种状态下的物理量多采用纵波形式的超声波。

超声波的物理性质：

超声波的反射和折射，当超声波传播到两种特性阻抗不同介质的平面分界面上时，一部分超声波被反射，另一部分透射过界面，在相邻介质部继续传播，这样的两种情况称之为超声波的反射和折射；超声波的衰减，超声波在一种介质中传播，其声压和声强按指数函数规律衰减；超声波的干涉，如果在一种介质中传播几个声波，于是产生波的干涉现象，由于超声波的干涉，在辐射器的周围形成一个包括最大最小的扬声场。

超声波测距方法主要有三种：

相位检测法：

精度高，但检测围有限；声波幅值检测法：

易受反射波的影响；渡越时间法：

工作方式简单，直观，在硬件控制和软件设计上都容易实现，其原理为：

检测从发射传感器发射的超声波经气体介质传播到接收传感器的时间t，这个时间就是渡越时间，然后求出距离l。

设l为测量距离，t为往返时间差，超声波的传播速度为c，则有l=ct/2。

综合以上分析，本设计将采用渡越时间法[9]。

2.3.3车辆检测

本系统可以与停车场出入口管理系统配合使用，当停车场没有停车位时，即可与出入口管理系统联动，使停车场入口票箱控制器停止发放临时停车卡，避免车辆过多进入停车场而引起的场交通拥挤或堵塞。

对于普通平面车位，使用超声波探头是成熟可靠的技术。

而对于升降横移立体车位来说，普通的超声波探头没有安装位置，又不便拖一根随动电缆，所以我们采用了我公司的最新产品，无线超声波车位探测器，安装于载车板上。

而地上的平面车位，露天环境由于风雨影响不能用超声波探头，所以要用我们的最新产品地磁车位探测器，它埋在车位下，检测磁场变化，通过比较来判断车位上的有车无车状况。

对于1＃和2＃自动仓储式车库，要通过计算机接口和数据库接口，把自动库的空车位数据实时的传送到引导系统。

车位探测系统实时探测车位上是否有车辆停放，通过数据采集器和节点控制器将数据实时发送到主控器和管理电脑，由主控器及时更新各个交叉路口引导屏的空车位数，指引客户停车。

同时根据车位使用情况控制车位指示灯亮不同的颜色，红色为占用，绿色为空位，客户在50米外即可看到，根据车位指示灯的颜色客户可很快找到车位。

本系统由车位探测器、车位指示灯、数据采集器等组成，利用超声波反射回波检测反射物距检测器的距离，从而判断车位上是否有车辆停放，本系统具有车位探测、车位指示、车位预置等功能[10]。

本系统主要由以下几部分组成：

1.超声波车位探测系统

2.无线超声波车位探测系统

3.地磁车位探测系统（可选）

4.自动仓储式车库数据集成

5.信息显示系统

6.控制系统

7.引导系统管理软件

2.4小区停车计费系统概述

2.4.1计费系统概述

该系统基于小区停车计费系统中的数据信息，能够实现无人自动计费，只需要驾驶者在小区进出口停车计费系统中拥有一定量的资金，在驾驶者使用服务后，根据驾驶者的使用时间长短和使用的地