基于單片機(jī)的智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)畢業(yè)論文設(shè)計(jì).doc

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停車場(chǎng)智能化管理系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 本設(shè)計(jì)基于RFID智能識(shí)別和高速的視頻圖像和存儲(chǔ)比較相結(jié)合，通過計(jì)算機(jī)的圖像處理和自動(dòng)識(shí)別，對(duì)車輛進(jìn)出停車場(chǎng)的收費(fèi)、車牌識(shí)別和車位誘導(dǎo)等，以實(shí)現(xiàn)停車場(chǎng)全方位智能管理。 本設(shè)計(jì)是以AT89C51型單片機(jī)為主控芯片的智能停車場(chǎng)系統(tǒng)，主要是針對(duì)車輛誘導(dǎo)和車輛檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)利用地感線圈對(duì)進(jìn)出停車場(chǎng)的車輛進(jìn)行檢測(cè)，控制閘桿機(jī)的自動(dòng)起落，并具備車位顯示以及語(yǔ)音提示功能。該系統(tǒng)配合IC卡和圖像監(jiān)測(cè)處理裝置構(gòu)成一套完整的智能停車系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)大型停車場(chǎng)的智能化管理。 總體說該系統(tǒng)主要有以下特點(diǎn)：遠(yuǎn)距離感應(yīng)讀卡，無需停車，速度快，效率高；電腦管理，科學(xué)高效；簡(jiǎn)化車輛進(jìn)出管理手續(xù)，而且安全可靠。 關(guān)鍵詞：智能管理，車牌識(shí)別，車位誘導(dǎo)，車輛檢測(cè)  目　錄 前 言 1 第1章 緒論 3 1.1 課題設(shè)計(jì)目的和發(fā)展趨勢(shì) 3 1.1.1 課題研究目的及實(shí)際意義 3 1.1.2 智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)發(fā)展概況及趨勢(shì) 3 1.2 課題設(shè)計(jì)思想 4 第2章 智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)概述 5 2.1 射頻技術(shù)（RFID）概述 5 2.1.1 射頻識(shí)別系統(tǒng)的構(gòu)成 6 2.1.2 射頻系統(tǒng)基本工作流程圖 6 2.2 車牌識(shí)別技術(shù) 7 2.2.1 車牌自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)原理 8 2.2.2 牌照號(hào)碼、顏色識(shí)別 9 2.3 車位誘導(dǎo)和車輛檢測(cè)系統(tǒng)概述 10 2.3.1 車位誘導(dǎo)和車位顯示 11 2.3.2 超聲波測(cè)距原理 12 2.3.3 車輛檢測(cè) 13 2.4 小區(qū)停車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)概述 14 2.4.1 計(jì)費(fèi)系統(tǒng)概述 14 2.4.2 計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的工作原理及特點(diǎn) 14 2.5 進(jìn)出口識(shí)別系統(tǒng)概述 17 第3章 車位誘導(dǎo)車輛檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 19 3.1 停車場(chǎng)系統(tǒng) 19 3.2 系統(tǒng)總體原理 20 3.2.1 車輛檢測(cè) 20 3.2.2 車位誘導(dǎo)和車位顯示 21 3.2.3 其他控制部分 21 3.3 車輛檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 22 3.3.1 鎖相環(huán)路工作原理 22 3.3.2 信號(hào)輸入電路的設(shè)計(jì) 23 3.3.3 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 24 第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 25 4.1 程序流程圖 25 4.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn) 26 4.3 編制軟件程序 26 結(jié)　論 34 謝 辭 35 參考文獻(xiàn) 36 外文資料翻譯 38 前 言 在現(xiàn)代化的大型停車場(chǎng)中，智能停車管理系統(tǒng)使得車輛進(jìn)出手續(xù)簡(jiǎn)單，安全性高，實(shí)現(xiàn)了對(duì)車輛的自動(dòng)檢測(cè)、計(jì)費(fèi)、統(tǒng)計(jì)、顯示等功能，大大節(jié)省了人力資源，提高了工作效率。整個(gè)停車管理系統(tǒng)中，車輛檢測(cè)部分是系統(tǒng)的關(guān)鍵。本設(shè)計(jì)主要是一種停車場(chǎng)車輛檢測(cè)系統(tǒng)，通過分布在進(jìn)出口的車輛檢測(cè)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)閘桿機(jī)的控制和車位提示等功能。 智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)是基于射頻識(shí)別系統(tǒng)以車輛圖像對(duì)比管理為核心的多媒體綜合車輛收費(fèi)管理系統(tǒng)，用以對(duì)停車場(chǎng)車道入口及出口管理設(shè)備實(shí)行自動(dòng)控制，對(duì)停車場(chǎng)中的車輛按預(yù)先設(shè)定的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)行自動(dòng)收費(fèi)。該系統(tǒng)將先進(jìn)的射頻識(shí)別技術(shù)和高速的視頻圖像存儲(chǔ)比較相結(jié)合，通過計(jì)算機(jī)的圖像處理和自動(dòng)識(shí)別，對(duì)車輛進(jìn)出停車場(chǎng)的收費(fèi)、保安和管理進(jìn)行全方位的控制、管理。 通過埋設(shè)于停車場(chǎng)入口道路地下的地感線圈感應(yīng)到有車經(jīng)過后，啟動(dòng)射頻識(shí)別系統(tǒng)，辨別出是否是小區(qū)用戶，并分別采取不停車進(jìn)場(chǎng)和啟動(dòng)收費(fèi)管理系統(tǒng)發(fā)放臨時(shí)IC卡兩種措施，進(jìn)入停車場(chǎng)。位于停車場(chǎng)出口上方的攝像頭捕獲車輛信息，通過車牌識(shí)別系統(tǒng)采樣出車牌等信息，并將該信息保存入停車場(chǎng)臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。 通過位于車庫(kù)上方的超聲波探頭，用超聲波測(cè)距的原理，得到車位信息，并將車位信息發(fā)送到主控計(jì)算機(jī)，經(jīng)過處理后得到整個(gè)車庫(kù)的車位分布信息，并將該信息發(fā)送到停車場(chǎng)入口處，通過大屏幕顯示屏顯示出來。進(jìn)入停車場(chǎng)的用戶通過瀏覽屏幕上的信息，就知道哪里有空車位，從而直接找到空車位停車，避免了普通停車場(chǎng)中找車的麻煩，從而大大的提高了停車效率。 車輛出場(chǎng)時(shí)，再次通過埋設(shè)于停車場(chǎng)內(nèi)的地感線圈感應(yīng)到車輛的到來，并啟動(dòng)車輛識(shí)別系統(tǒng)，辨別出用戶類，小區(qū)用戶直接出場(chǎng)，非小區(qū)用戶歸還IC卡并繳費(fèi)后離場(chǎng)。 在車輛出場(chǎng)時(shí)，感應(yīng)到車輛過來，啟動(dòng)射頻識(shí)別系統(tǒng)的同時(shí)，也啟動(dòng)車牌識(shí)別系統(tǒng)，通過停車場(chǎng)出口處的攝像頭捕獲的車輛圖像，采樣出車牌信息，并同數(shù)據(jù)庫(kù)中信息進(jìn)行對(duì)比，符合信息的車輛直接放行，對(duì)出現(xiàn)問題的車輛禁止出行，并啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)通知相關(guān)安全人員前來處理。 第1章 緒論 1.1 課題設(shè)計(jì)目的和發(fā)展趨勢(shì) 1.1.1 課題研究目的及實(shí)際意義 隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，我國(guó)汽車擁有量急劇增加。停車場(chǎng)作為交通設(shè)施的組成部分，隨著交通運(yùn)輸?shù)姆泵筒粩喟l(fā)展，人們對(duì)其管理的要求也不斷提高，都希望管理能夠達(dá)到方便、快捷以及安全的效果。停車場(chǎng)的規(guī)模各不相同，對(duì)其進(jìn)行管理的模式也有不同之處，管理者需要根據(jù)自身的條件，選擇應(yīng)用經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的管理程序，以免選擇了高成本的管理系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)旨在設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)潔、穩(wěn)定、實(shí)用的停車場(chǎng)管理信息系統(tǒng)，希望在容錯(cuò)性、實(shí)用性、易操作性等方面具有自己的特色，并且保持一定的可擴(kuò)展性，以滿足不同停車場(chǎng)的信息管理需求。 1.1.2 智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)發(fā)展概況及趨勢(shì) 停車場(chǎng)管理系統(tǒng)是利用高度自動(dòng)化的機(jī)電設(shè)備對(duì)停車場(chǎng)進(jìn)行安全、有效的管理。由于盡量減少人工的參與，從而最大限度的減少人員費(fèi)用和人為失誤造成的損失，大大提高整個(gè)停車場(chǎng)的安全性與使用效率。 中國(guó)的智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)市場(chǎng)興起在2001年，目前還處于初級(jí)發(fā)展階段，各種品牌不斷涌現(xiàn)，市場(chǎng)比較混亂，歸結(jié)起來其現(xiàn)狀主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)： 市場(chǎng)發(fā)展空間很大。停車場(chǎng)管理由于前期中國(guó)車輛增長(zhǎng)情況與停車場(chǎng)規(guī)劃間差距較大，全國(guó)車輛與停車位之比高達(dá)5:1，為解決停車問題，未來停車場(chǎng)智能管理系統(tǒng)市場(chǎng)發(fā)展空間很大；由于中國(guó)智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)市場(chǎng)還處于初級(jí)發(fā)展階段，市場(chǎng)上品牌繁雜，沒有形成主流品牌，這也是市場(chǎng)發(fā)展不成熟的表現(xiàn)；產(chǎn)品可靠性較低，技術(shù)含量不高；成套設(shè)備的系統(tǒng)多由集成商提供，能提供成套設(shè)備的生產(chǎn)廠家不多，系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性不易控制；部分商家售后服務(wù)不到位；國(guó)內(nèi)系統(tǒng)、組裝系統(tǒng)與國(guó)外系統(tǒng)的市場(chǎng)占有率之比約為2:1:1。由于價(jià)格因素影響，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品主要用于一般小區(qū)與中低檔寫字樓，國(guó)外產(chǎn)品則用于比較知名的高檔智能建筑；系統(tǒng)智能化程度較低，如車位引導(dǎo)系統(tǒng)應(yīng)用不多；從趨勢(shì)上看，智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)應(yīng)向更高程度的智能化、合理化、人性化方向發(fā)展。 我國(guó)智能停車場(chǎng)市場(chǎng)需求劇增，2011年1月27日，工業(yè)化和信息部黨組織成員、總工程師朱宏任提出，2010年全國(guó)共生產(chǎn)1826萬(wàn)輛，銷售1806萬(wàn)輛汽車。儼然我國(guó)已經(jīng)成為一個(gè)汽車消費(fèi)大國(guó)。但隨之而來的就是各大城市令人詬病的馬路擁堵，亂停亂放等問題。馬路擁堵，北京等一線城市已經(jīng)出臺(tái)了相關(guān)的汽車限購(gòu)政策和國(guó)家公務(wù)用車使用政策，但車輛亂停亂放除了國(guó)家完善相關(guān)法律之外，停車場(chǎng)的配套也必須一并跟上。由于土地容量有限，車位的數(shù)量也僧多粥少，停車所引發(fā)的社會(huì)問題日趨嚴(yán)重。停車所涉及的社會(huì)問題是多方面的，涉及城市規(guī)劃、汽車保有量的增長(zhǎng)與停車資源配套的失衡、軌道交通停車配套等諸多問題。所有這些數(shù)據(jù)表明,智能化停車場(chǎng)的春天才剛開始[1]。 1.2 課題設(shè)計(jì)思想 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，汽車已越來越多的進(jìn)入家庭，汽車消費(fèi)時(shí)代已悄然來臨，停車場(chǎng)的建設(shè)也是方興未艾，停車場(chǎng)智能管理系統(tǒng)也已經(jīng)在大部分停車場(chǎng)發(fā)揮著重要作用，在為人們停車帶來方便的同時(shí)也具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。 為了滿足小區(qū)停車場(chǎng)智能化管理的要求，設(shè)計(jì)編寫了本方案，主要包括停車場(chǎng)出入口智能管理系統(tǒng)和停車場(chǎng)智能車位引導(dǎo)系統(tǒng)，側(cè)重點(diǎn)在于車位誘導(dǎo)和車輛檢測(cè)。 第2章 智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)概述 2.1 射頻技術(shù)（RFID）概述 RFID技術(shù)是從20世紀(jì)80年代起走向成熟的一項(xiàng)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。它利用射頻方式進(jìn)行非接觸式雙向通信交換數(shù)據(jù)以達(dá)到識(shí)別目的。和傳統(tǒng)的磁卡、IC卡相比，射頻卡最大的優(yōu)點(diǎn)就在于非接觸，因此，RFID技術(shù)在應(yīng)用中研究的特點(diǎn)和難點(diǎn)是讀寫沖突、RFID安全和隱私保護(hù)、天線和RFID定位等問題[5]。 該技術(shù)的原理為：車主將RFID卡安裝在車內(nèi)，當(dāng)車快行駛到停車場(chǎng)時(shí)，車速減慢，在有效的讀卡范圍內(nèi)，卡/讀卡器自動(dòng)發(fā)送信號(hào)，待讀卡器/卡接收到信息并作判別是否有效后，控制道閘升桿，從而實(shí)現(xiàn)不停車通行。 值得注意的是，安裝在車內(nèi)的RFID卡還分為有源卡和無源卡。兩者最大的區(qū)別在于前者是內(nèi)置電池的2.4GHz有源RFID卡，由卡主動(dòng)發(fā)送信號(hào)，通過無線電波將卡片信息傳輸至讀卡器，現(xiàn)在大多應(yīng)用的都是可讀卡距離5～10m左右的有源卡，此類卡穿透力極強(qiáng)，即使對(duì)于貼有車膜的玻璃或者水泥墻，都可以穿透發(fā)送信號(hào)給讀卡器；而后者是900MHz無電池RFID卡，該類卡工作用電依賴于讀卡器發(fā)送的電磁波使無源卡內(nèi)線圈振蕩產(chǎn)生工作電壓、電流，之后RFID將本卡信息回發(fā)給讀卡器，由讀卡器對(duì)卡信息作出判斷以確定卡的合法性，無源卡的讀卡距離較短，一般1～2米。當(dāng)然，距離的長(zhǎng)短還往往取決于無源卡放置的位置是否有屏蔽物及讀卡器和卡的自身性能。相對(duì)有源卡來說，無源卡成本較低，但穿透力不夠。 RFID技術(shù)同其它技術(shù)比較而言，具有成本上的優(yōu)勢(shì)，而且RFID定位技術(shù)隊(duì)環(huán)境的要求和受到的環(huán)境影響都很少，定位精度較高，傳輸范圍大；RFID技術(shù)在定位物體的同時(shí)還從定位目標(biāo)中讀取有關(guān)該對(duì)象的大量信息。針對(duì)這種情況，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于射頻識(shí)別技術(shù)，采用計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)獲得停車場(chǎng)停靠車輛的個(gè)體信息，包括空余停車位的數(shù)量與分布情況，方便車主順利地找到停車位置；在停車場(chǎng)的入口處可以通過終端查詢系統(tǒng)很方便地查詢到自己的車輛在停車場(chǎng)的具體位置；在出口處，根據(jù)車載卡報(bào)告時(shí)記錄的起始?？繒r(shí)間，可以很方便地得出車輛?？繒r(shí)間及應(yīng)付費(fèi)用。本系統(tǒng)的特點(diǎn)是電子系統(tǒng)復(fù)雜性低，容易實(shí)現(xiàn)且成本；定位精度高，抗干擾能力強(qiáng)[2]。 2.1.1 射頻識(shí)別系統(tǒng)的構(gòu)成 RFID的基本組成部分： 1. 標(biāo)簽（Tag）：由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象 2. 閱讀器（Reader）：讀?。ㄓ袝r(shí)還可以寫入）標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計(jì)為手持式或固定式； 3. 天線（Antenna）：在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號(hào)。 如圖2-1. 電源 射頻模塊 存 儲(chǔ) 器 控制 模塊 能量 天 線 天線 射頻模塊 能量，時(shí)鐘，數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 時(shí)鐘 數(shù)據(jù) 讀 寫 模 塊 數(shù)據(jù)輸入入 數(shù)據(jù)據(jù) 電池池 計(jì)算機(jī)通信網(wǎng) 圖2-1 射頻識(shí)別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 2.1.2 射頻系統(tǒng)基本工作流程圖 射頻識(shí)別系統(tǒng)的基本工作流程如下： 1. 讀寫器將無線電載波信號(hào)經(jīng)過發(fā)射天線向外發(fā)射； 2. 當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入發(fā)射天線的工作區(qū)時(shí)，電子標(biāo)簽被激活，將自身信息的代碼經(jīng)天線發(fā)射出去； 3. 系統(tǒng)的接收天線接收電子標(biāo)簽發(fā)出的載波信號(hào)，經(jīng)天線的調(diào)節(jié)器傳輸給讀寫器。讀寫器對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)解碼，送往后臺(tái)的電腦控制器； 4. 電腦控制器根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷標(biāo)簽的合法性，針對(duì)不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作； 5. 執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照電腦的指令動(dòng)作； 6. 通過計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)將各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)連接起來，構(gòu)成總控信息平臺(tái)，可以根據(jù)不同的軟件來完成要實(shí)現(xiàn)的功能[3]。 其射頻識(shí)別模型如圖2-2所示： 閱讀器 天 線 天 線 電子標(biāo)簽 時(shí)序 計(jì)算機(jī) 數(shù)據(jù) 圖2-2 射頻識(shí)別模型 2.2 車牌識(shí)別技術(shù) 車牌識(shí)別技術(shù)（License Plate Recognition, LPR）以計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)、模糊識(shí)別為基礎(chǔ)，建立車輛的特征模型，識(shí)別車輛特征，如號(hào)牌、車型、顏色等。它是一個(gè)以特定目標(biāo)為對(duì)象的專用計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)，能從一幅圖像中自動(dòng)提取車牌圖像，自動(dòng)分割字符，進(jìn)而對(duì)字符進(jìn)行識(shí)別，它運(yùn)用先進(jìn)的圖像處理、模式識(shí)別和人工智能技術(shù)，對(duì)采集到的圖像信息進(jìn)行處理，能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地自動(dòng)識(shí)別出車牌的數(shù)字、字母及漢字字符，并直接給出識(shí)別結(jié)果，使得車輛的電腦化監(jiān)控和管理成為現(xiàn)實(shí)。 該技術(shù)的原理為：車進(jìn)車出停車場(chǎng)時(shí)各拍攝一幅車輛圖片，值班人員對(duì)其進(jìn)行人工車輛比對(duì)，以確定是否為車人同一或套牌車，誠(chéng)然這種耗費(fèi)人力的方法有相當(dāng)?shù)眯Ч?，但仍不能杜絕同類車型的套牌現(xiàn)象。 車牌識(shí)別技術(shù)是指能夠檢測(cè)到受監(jiān)控路面的車輛并自動(dòng)提取車輛牌照信息（含漢字字符、英文字母、阿拉伯?dāng)?shù)字及號(hào)牌顏色）進(jìn)行處理的技術(shù)。它以數(shù)字圖像處理、模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺等技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)攝像機(jī)所拍攝的車輛圖像或者視頻序列進(jìn)行分析，得到每一輛汽車唯一的車牌號(hào)碼，從而完成識(shí)別過程。通過一些后續(xù)處理手段可以實(shí)現(xiàn)停車場(chǎng)收費(fèi)管理，交通流量控制指標(biāo)測(cè)量，車輛定位，汽車防盜，高速公路超速自動(dòng)化監(jiān)管、闖紅燈電子警察、公路收費(fèi)站等等功能。對(duì)于維護(hù)交通安全和城市治安，防止交通堵塞，實(shí)現(xiàn)交通自動(dòng)化管理有著現(xiàn)實(shí)的意義[4]。 2.2.1 車牌自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)原理 牌照自動(dòng)識(shí)別是一項(xiàng)利用車輛的動(dòng)態(tài)視頻或靜態(tài)圖像進(jìn)行牌照號(hào)碼、牌照顏色自動(dòng)識(shí)別的模式識(shí)別技術(shù)。其硬件基礎(chǔ)一般包括觸發(fā)設(shè)備（監(jiān)測(cè)車輛是否進(jìn)入視野）、攝像設(shè)備、照明設(shè)備、圖像采集設(shè)備、識(shí)別車牌號(hào)碼的處理機(jī)（如單片機(jī)）等，其軟件核心包括車牌定位算法、車牌字符分割算法和光學(xué)字符識(shí)別算法等。某些車牌識(shí)別系統(tǒng)還具有通過視頻圖像判斷是否有車的功能稱之為視頻車輛檢測(cè)。一個(gè)完整的車牌識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)包括車輛檢測(cè)、圖像采集、車牌識(shí)別等幾部分。當(dāng)車輛檢測(cè)部分檢測(cè)到車輛到達(dá)時(shí)觸發(fā)圖像采集單元，采集當(dāng)前的視頻圖像。車牌識(shí)別單元對(duì)圖像進(jìn)行處理，定位出牌照位置，再將牌照中的字符分割出來進(jìn)行識(shí)別，然后組成牌照號(hào)碼輸出。其流程圖如圖2-3： 圖像采集 視頻車輛檢測(cè) 視頻信號(hào) 數(shù)字圖像流 車牌定位 字符分割 字符識(shí)別 圖片壓縮信息包 結(jié)果輸出 圖2-3 車牌識(shí)別流程示意圖 2.2.2 牌照號(hào)碼、顏色識(shí)別 1. 牌照定位 自然環(huán)境下，汽車圖像背景復(fù)雜、光照不均勻，如何在自然背景中準(zhǔn)確地確定牌照區(qū)域是整個(gè)識(shí)別過程的關(guān)鍵。首先對(duì)采集到的視頻圖像進(jìn)行大范圍相關(guān)搜索，找到符合汽車牌照特征的若干區(qū)域作為候選區(qū)，然后對(duì)這些侯選區(qū)域做進(jìn)一步分析、評(píng)判，最后選定一個(gè)最佳的區(qū)域作為牌照區(qū)域，并將其從圖象中分離出來。 2. 牌照字符分割 完成牌照區(qū)域的定位后，再將牌照區(qū)域分割成單個(gè)字符，然后進(jìn)行識(shí)別。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間或字符內(nèi)的間隙處取得局部最小值的附近，并且這個(gè)位置應(yīng)滿足牌照的字符書寫格式、字符、尺寸限制和一些其他條件。利用垂直投影法對(duì)復(fù)雜環(huán)境下的汽車圖像中的字符分割有較好的效果。 3. 牌照字符識(shí)別 字符識(shí)別方法目前主要有基于模板匹配算法和基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。基于模板匹配算法首先將分割后的字符二值化并將其尺寸大小縮放為字符數(shù)據(jù)庫(kù)中模板的大小，然后與所有的模板進(jìn)行匹配，選擇最佳匹配作為結(jié)果?；谌斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法有兩種：一種是先對(duì)字符進(jìn)行特征提取，然后用所獲得特征來訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分配器；另一種方法是直接把圖像輸入網(wǎng)絡(luò)，由網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)特征提取直至識(shí)別出結(jié)果。 實(shí)際應(yīng)用中，車牌識(shí)別系統(tǒng)的識(shí)別率還與牌照質(zhì)量和拍攝質(zhì)量密切相關(guān)。牌照質(zhì)量會(huì)受到各種因素的影響，如生銹、污損、油漆剝落、字體褪色、牌照被遮擋、牌照傾斜、高亮反光、多牌照、假牌照等等；實(shí)際拍攝過程也會(huì)受到環(huán)境亮度、拍攝方式、車輛速度等等因素的影響。這些影響因素不同程度上降低了車牌識(shí)別的識(shí)別率，也正是車牌識(shí)別系統(tǒng)的困難和挑戰(zhàn)所在。為了提高識(shí)別率，除了不斷地完善識(shí)別算法還應(yīng)該想辦法克服各種光照條件，使采集到的圖像最利于識(shí)別[5]。 2.3 車位誘導(dǎo)和車輛檢測(cè)系統(tǒng)概述 該系統(tǒng)采用多媒體技術(shù)， 通過聯(lián)網(wǎng)的超聲波感應(yīng)器監(jiān)控到停車位的使用狀況，通過智能顯示器顯示方向和空位的數(shù)量及其他信息，以便駕駛者通過最短路徑找到空車位。 車輛及車位信息采集、顯示此環(huán)節(jié)采用動(dòng)態(tài)模擬技術(shù)， 由車位超聲波探測(cè)器、供電器、控制器、智能方向指示器、金屬模擬圖板等組成。探測(cè)器安裝在車位上方，金屬模擬圖板安裝在地下各層的停車入口處，圖板上的LED用紅綠二色表示由探測(cè)器傳來的有車車位、空車車位的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)信息。探測(cè)器通過信號(hào)線、電源線聯(lián)結(jié)至控制器。超聲波傳感器是停車引導(dǎo)系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵部件， 它通過總線實(shí)現(xiàn)供電及聯(lián)網(wǎng)。其檢測(cè)距離一般為0.6m～4.0m， 可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行單個(gè)或調(diào)整。傳感器之間的超聲波同步脈沖需避免相互干擾?，F(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)由多個(gè)子系統(tǒng)組成，每個(gè)子系統(tǒng)可以為125個(gè)傳感器提供電源，可以配置多個(gè)方向指示器。智能方向指示器通過總線實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)及供電，根據(jù)用戶需要自行配置用以監(jiān)控一定范圍的傳感器地址，通過連接隸屬的顯示器顯示某車道、區(qū)域空閑車位方向及數(shù)量， 也可通過上層的安裝總線連接主顯示器來統(tǒng)計(jì)和顯示空位總數(shù)。LED顯示屏安裝在地下各層的停車人口處金屬模擬圖板的上方， 語(yǔ)音提示和中文滾動(dòng)顯示時(shí)間、停車方式及注意事項(xiàng)。每個(gè)燈光引導(dǎo)指示牌由兩組燈光組成，一組顯示“有車位”，一組顯示“請(qǐng)直行”。它受車位超聲波探測(cè)器控制， 當(dāng)一組車位停滿時(shí)，它接收到控制器發(fā)出的信號(hào)，便熄滅“有車位” 指示燈。司機(jī)就可以根據(jù)燈光導(dǎo)引，沿著車位顯示指示器“有車位”指示燈尋找車位[6]。 超聲波傳感器車輛檢測(cè)，在一定的時(shí)間間隔內(nèi)， 傳感器發(fā)射超聲波脈沖并測(cè)量脈沖返回的時(shí)間。在測(cè)量過程中， 如果脈沖返回時(shí)間短于作為校準(zhǔn)基礎(chǔ)的地面返回時(shí)間， 傳感器將判定車輛在場(chǎng)。多個(gè)傳感器可以通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)出的校準(zhǔn)命令同步進(jìn)行校準(zhǔn)。傳感器可通過內(nèi)置LED來顯示停車位占用、空閑狀態(tài)。在多數(shù)情況下， 通過停車場(chǎng)車道安置的附屬的LED指示燈能夠方便地看到現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)。 停車場(chǎng)管理系統(tǒng)運(yùn)行過程是以顧客停車取車的過程為基礎(chǔ)的,停車場(chǎng)的工作流程也始終以用戶車輛進(jìn)出停車場(chǎng)的流程為中心。停車場(chǎng)用戶一般分為臨時(shí)用戶和固定（小區(qū)內(nèi)）用戶兩大類。當(dāng)車輛駛?cè)? 出停車場(chǎng)天線通信區(qū)時(shí),天線以微波通訊的方式與車載射頻卡進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換, 從射頻卡上讀取車輛的相關(guān)信息, 自動(dòng)識(shí)別射頻卡并判斷車卡是否有效和合法性,車道控制電腦顯示與該射頻卡一一對(duì)應(yīng)的車牌號(hào)碼及駕駛員等資料信息;車道控制電腦自動(dòng)將通過時(shí)間、車輛和駕駛員的有關(guān)信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)中,車道控制電腦根據(jù)獨(dú)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷來做出放行或禁止的決策[7]。 2.3.1 車位誘導(dǎo)和車位顯示 現(xiàn)在的汽車大多數(shù)都裝載了GPS導(dǎo)航，這為誘導(dǎo)系統(tǒng)提供了一個(gè)提示方法。誘導(dǎo)系統(tǒng)通過車輛自帶的GPS導(dǎo)航提示駕駛路線，到達(dá)申請(qǐng)的車位。 誘導(dǎo)系統(tǒng)可以分為車內(nèi)誘導(dǎo)系統(tǒng)和車外誘導(dǎo)系統(tǒng)。 在車內(nèi)誘導(dǎo)系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)交通信息在車輛和信息中心之間傳輸。這種誘導(dǎo)系統(tǒng)誘導(dǎo)對(duì)象是單個(gè)車輛，也稱車輛個(gè)體誘導(dǎo)系統(tǒng)，這類系統(tǒng)的誘導(dǎo)機(jī)理比較明確，容易達(dá)到誘導(dǎo)的目的。目前發(fā)達(dá)國(guó)家采用的是這種系統(tǒng)，但是這種系統(tǒng)對(duì)車內(nèi)設(shè)施和信息傳輸技術(shù)要求比較高，造價(jià)相對(duì)昂貴。 在車外誘導(dǎo)系統(tǒng)中，車位誘導(dǎo)信息在停車場(chǎng)內(nèi)LED顯示屏上顯示，誘導(dǎo)對(duì)象是所有用戶。這種系統(tǒng)價(jià)格相對(duì)比較便宜。 本設(shè)計(jì)基于單個(gè)車輛的誘導(dǎo)系統(tǒng)，誘導(dǎo)車輛到達(dá)指定的車位。但車外誘導(dǎo)系統(tǒng)可以有效地輔助單個(gè)車輛。 誘導(dǎo)系統(tǒng)主要由顯示驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)處理。工作原理：通過安裝在每個(gè)車位上方的超聲波車位探測(cè)器，實(shí)時(shí)采集停車場(chǎng)的各個(gè)車位的車輛信息。連接探測(cè)器的節(jié)點(diǎn)控制器會(huì)按照輪詢的方式，對(duì)所連接的各個(gè)探測(cè)器信息進(jìn)行收集，并按照一定規(guī)則將數(shù)據(jù)壓縮編碼后反饋給中央控制器，由中央控制器完成數(shù)據(jù)處理，并將處理后的車位數(shù)據(jù)發(fā)送到停車場(chǎng)各個(gè)LED指示屏進(jìn)行空車位信息的顯示，從而實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)車輛進(jìn)入空余車位的功能。系統(tǒng)同時(shí)將數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)存放到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，用戶可通過計(jì)算機(jī)終端查詢停車場(chǎng)的實(shí)時(shí)車位信息及車場(chǎng)的年、月、日統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。本文采用的是車內(nèi)誘導(dǎo)系統(tǒng)為主，車外誘導(dǎo)系統(tǒng)為輔的綜合誘導(dǎo)系統(tǒng)，終端顯示驅(qū)動(dòng)有數(shù)據(jù)反饋機(jī)制，駕駛者可以取消車位申請(qǐng)，重新選擇停車位，查看個(gè)人信息和更新當(dāng)前車庫(kù)停車狀況。有效地停車用戶停車時(shí)的效率[8]，如圖2-4所示： 圖2-4 智能停車場(chǎng)誘導(dǎo)方案圖 2.3.2 超聲波測(cè)距原理 超聲波技術(shù)是一門以物理、電子、機(jī)械、機(jī)械、以及材料科學(xué)為基礎(chǔ)的、各行各業(yè)都可使用的通用技術(shù)之一。超聲波是通過超聲波的產(chǎn)生、傳播以及接收的物理過程完成的。超聲波在介質(zhì)中可以產(chǎn)生三種形式的振蕩波：橫波，質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)方向垂直于傳播方向的波；縱波，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與傳播方向一致的波；表面波，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)介于縱波和橫波之間，沿表面?zhèn)鞑サ牟?。橫波只能在固體中傳播，縱波能在固體液體中和氣體中傳播，表面波隨深度的增加其衰減很快。為了測(cè)量各種狀態(tài)下的物理量多采用縱波形式的超聲波。 超聲波的物理性質(zhì)：超聲波的反射和折射，當(dāng)超聲波傳播到兩種特性阻抗不同介質(zhì)的平面分界面上時(shí)，一部分超聲波被反射，另一部分透射過界面，在相鄰介質(zhì)內(nèi)部繼續(xù)傳播，這樣的兩種情況稱之為超聲波的反射和折射；超聲波的衰減，超聲波在一種介質(zhì)中傳播，其聲壓和聲強(qiáng)按指數(shù)函數(shù)規(guī)律衰減；超聲波的干涉，如果在一種介質(zhì)中傳播幾個(gè)聲波，于是產(chǎn)生波的干涉現(xiàn)象，由于超聲波的干涉，在輻射器的周圍形成一個(gè)包括最大最小的揚(yáng)聲場(chǎng)。 超聲波測(cè)距方法主要有三種：相位檢測(cè)法：精度高，但檢測(cè)范圍有限；聲波幅值檢測(cè)法：易受反射波的影響；渡越時(shí)間法：工作方式簡(jiǎn)單，直觀，在硬件控制和軟件設(shè)計(jì)上都容易實(shí)現(xiàn)，其原理為：檢測(cè)從發(fā)射傳感器發(fā)射的超聲波經(jīng)氣體介質(zhì)傳播到接收傳感器的時(shí)間t，這個(gè)時(shí)間就是渡越時(shí)間，然后求出距離l。設(shè)l為測(cè)量距離，t為往返時(shí)間差，超聲波的傳播速度為c，則有l(wèi)=ct/2。綜合以上分析，本設(shè)計(jì)將采用渡越時(shí)間法[9]。 2.3.3 車輛檢測(cè) 本系統(tǒng)可以與停車場(chǎng)出入口管理系統(tǒng)配合使用，當(dāng)停車場(chǎng)內(nèi)沒有停車位時(shí)，即可與出入口管理系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，使停車場(chǎng)入口票箱控制器停止發(fā)放臨時(shí)停車卡，避免車輛過多進(jìn)入停車場(chǎng)而引起的場(chǎng)內(nèi)交通擁擠或堵塞。 對(duì)于普通平面車位，使用超聲波探頭是成熟可靠的技術(shù)。而對(duì)于升降橫移立體車位來說，普通的超聲波探頭沒有安裝位置，又不便拖一根隨動(dòng)電纜，所以我們采用了我公司的最新產(chǎn)品，無線超聲波車位探測(cè)器，安裝于載車板上。 而地上的平面車位，露天環(huán)境由于風(fēng)雨影響不能用超聲波探頭，所以要用我們的最新產(chǎn)品地磁車位探測(cè)器，它埋在車位下，檢測(cè)大地磁場(chǎng)變化，通過比較來判斷車位上的有車無車狀況。 對(duì)于1＃和2＃自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)式車庫(kù)，要通過計(jì)算機(jī)接口和數(shù)據(jù)庫(kù)接口，把自動(dòng)庫(kù)的空車位數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的傳送到引導(dǎo)系統(tǒng)。 車位探測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)探測(cè)車位上是否有車輛停放，通過數(shù)據(jù)采集器和節(jié)點(diǎn)控制器將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到主控器和管理電腦，由主控器及時(shí)更新各個(gè)交叉路口引導(dǎo)屏的空車位數(shù)，指引客戶停車。同時(shí)根據(jù)車位使用情況控制車位指示燈亮不同的顏色，紅色為占用，綠色為空位，客戶在50米外即可看到，根據(jù)車位指示燈的顏色客戶可很快找到車位。本系統(tǒng)由車位探測(cè)器、車位指示燈、數(shù)據(jù)采集器等組成，利用超聲波反射回波檢測(cè)反射物距檢測(cè)器的距離，從而判斷車位上是否有車輛停放，本系統(tǒng)具有車位探測(cè)、車位指示、車位預(yù)置等功能[10]。本系統(tǒng)主要由以下幾部分組成： 1. 超聲波車位探測(cè)系統(tǒng) 2. 無線超聲波車位探測(cè)系統(tǒng) 3. 地磁車位探測(cè)系統(tǒng)（可選） 4. 自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)式車庫(kù)數(shù)據(jù)集成 5. 信息顯示系統(tǒng) 6. 控制系統(tǒng) 7. 引導(dǎo)系統(tǒng)管理軟件 2.4 小區(qū)停車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)概述 2.4.1 計(jì)費(fèi)系統(tǒng)概述 該系統(tǒng)基于小區(qū)停車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息，能夠?qū)崿F(xiàn)無人自動(dòng)計(jì)費(fèi)，只需要駕駛者在小區(qū)進(jìn)出口停車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)中擁有一定量的資金，在駕駛者使用服務(wù)后，根據(jù)駕駛者的使用時(shí)間長(zhǎng)短和使用的地點(diǎn)來計(jì)算?？梢赃_(dá)到規(guī)范小區(qū)停車狀況，改善小區(qū)安全交通。系統(tǒng)目的：提升用戶現(xiàn)代化管理水平和服務(wù)質(zhì)量；創(chuàng)造安全、可靠、高效、便捷、管理環(huán)境；最大限度降低中間流動(dòng)管理運(yùn)營(yíng)成本；適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)需求，提高工作效率，推廣電子化進(jìn)程。 2.4.2 計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的工作原理及特點(diǎn) 計(jì)費(fèi)系統(tǒng)是小區(qū)停車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，沒有車輛在停車位上，計(jì)費(fèi)系統(tǒng)處于待機(jī)狀況。一旦檢測(cè)到有車輛占用該車位，計(jì)費(fèi)系統(tǒng)立刻檢測(cè)出車輛信息，發(fā)送給小區(qū)停車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，小區(qū)停車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)確認(rèn)車輛信息后，回傳一個(gè)信息。所停的車輛是申請(qǐng)?jiān)撥囄坏能囕v，則計(jì)費(fèi)開始。所停的車不是申請(qǐng)的車輛，則計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)構(gòu)開始發(fā)出報(bào)警提示，提示駕駛者違規(guī)停車。如果該車位未被申請(qǐng)，檢測(cè)結(jié)構(gòu)提示駕駛者是否申請(qǐng)?jiān)撥囄唬{駛者申請(qǐng)了該車位則開始計(jì)費(fèi)，駕駛者沒有申請(qǐng)?jiān)撥囄?，則視違規(guī)停車。 計(jì)費(fèi)系統(tǒng)中包括制定不同的計(jì)費(fèi)策略，計(jì)費(fèi)策略制定的幾個(gè)因素：時(shí)間長(zhǎng)短、車位位置、停車時(shí)間點(diǎn)和不同駕駛者優(yōu)惠政策。計(jì)費(fèi)策略是計(jì)費(fèi)系統(tǒng)中心部件，沒有計(jì)費(fèi)策略就無法有效地計(jì)算出停車消費(fèi)的費(fèi)用。計(jì)費(fèi)車輛主要根據(jù)停車時(shí)間段來制定的，停車位、停車時(shí)間點(diǎn)和駕駛者的優(yōu)惠政策綜合制定出計(jì)費(fèi)策略[11]。 計(jì)費(fèi)系統(tǒng) 車輛信息 檢測(cè)結(jié)構(gòu) 時(shí)間長(zhǎng)短 車輛位置 到底是否 計(jì)費(fèi)策略 圖2-5 計(jì)費(fèi)策略 如圖2-5 所示，檢測(cè)結(jié)構(gòu)包含了自動(dòng)記錄時(shí)間功能，在車輛離開車位后，自動(dòng)的把起始時(shí)間和離開時(shí)間發(fā)給計(jì)費(fèi)系統(tǒng)。 計(jì)費(fèi)系統(tǒng)根據(jù)某車位使用時(shí)間的長(zhǎng)短來計(jì)費(fèi)，并自動(dòng)從駕駛者在城市路邊停車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的賬戶里扣除。無需任何人、也無需駕駛者的任何工具全自動(dòng)的計(jì)費(fèi)系統(tǒng)。車位的使用與未使用是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)車位傳感器的測(cè)量，傳送給小區(qū)停車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，并更新城市車位信息庫(kù)。 車輛占用車位 檢測(cè)結(jié)構(gòu) 計(jì)費(fèi)系統(tǒng) 否 小區(qū)停車計(jì)費(fèi)系統(tǒng) 車輛信息核對(duì) 是 計(jì)費(fèi)開始 否 檢測(cè)離開 是 計(jì)費(fèi)結(jié)束 時(shí)間 圖2-6 計(jì)費(fèi)流程 計(jì)費(fèi)系統(tǒng)能夠提供有效地信息給小區(qū)停車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，更新車位數(shù)據(jù)庫(kù)。計(jì)費(fèi)系統(tǒng)根據(jù)某車位使用時(shí)間的長(zhǎng)短來計(jì)費(fèi)，并自動(dòng)從駕駛者在小區(qū)停車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的賬戶里扣除。無需任何人、也無需駕駛者的任何工具全自動(dòng)的計(jì)費(fèi)系統(tǒng)。車位的使用與未使用是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)車位傳感器的測(cè)量，傳送給小區(qū)停車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，并更新小區(qū)車位信息庫(kù)。 2.5 進(jìn)出口識(shí)別系統(tǒng)概述 入出口 固定用戶 車輛檢測(cè)到有車來 允許讀卡 讀卡機(jī)讀卡 自動(dòng) 取卡 數(shù)據(jù)庫(kù)備份 是否合法 控制器記錄信息 卡操作、授權(quán)登記 防砸檢測(cè) 車輛通過， 關(guān)道閘 開啟道閘 車輛進(jìn)場(chǎng) 圖2-7 車輛入場(chǎng)流程圖 停車場(chǎng)管理系統(tǒng)運(yùn)行過程是以顧客停車取車的過程為基礎(chǔ)的,停車場(chǎng)的工作流程也始終以用戶車輛進(jìn)出停車場(chǎng)的流程為中心。停車場(chǎng)用戶一般分為臨時(shí)用戶和固定（小區(qū)內(nèi)）用戶兩大類。當(dāng)車輛駛?cè)? 出停車場(chǎng)天線通信區(qū)時(shí),天線以微波通訊的方式與車載射頻卡進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換, 從射頻卡上讀取車輛的相關(guān)信息, 自動(dòng)識(shí)別射頻卡并判斷車卡是否有效和合法性,車道控制電腦顯示與該射頻卡一一對(duì)應(yīng)的車牌號(hào)碼及駕駛員等資料信息;車道控制電腦自動(dòng)將通過時(shí)間、車輛和駕駛員的有關(guān)信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)中,車道控制電腦根據(jù)獨(dú)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷來做出放行或禁止的決策[12]。 第3章 車位誘導(dǎo)車輛檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.1 停車場(chǎng)系統(tǒng) 整個(gè)停車管理系統(tǒng)示意圖如圖3-1所示，信息顯示牌為L(zhǎng)ED顯示屏，顯示當(dāng)前時(shí)間及車位信息。當(dāng)有車進(jìn)入時(shí)，司機(jī)進(jìn)行刷卡，刷卡信號(hào)由控制器讀入，控制閘桿機(jī)抬起，語(yǔ)音提示“歡迎光臨 ”，當(dāng)?shù)馗芯€圈檢測(cè)到車輛進(jìn)入時(shí)，更新車位信息，抓拍車輛圖片，閘桿機(jī)下落；同樣，當(dāng)車輛駛出，司機(jī)刷卡，控制閘桿機(jī)抬起，語(yǔ)音提示“謝謝光臨 ，當(dāng)?shù)馗芯€圈檢測(cè)到車輛離開，抓拍車輛信息，閘桿機(jī)下落并更新車位信息。而車輛的圖像信息、IC卡數(shù)據(jù)信息的處理都將由值班室的上位機(jī)完成。 停車場(chǎng)數(shù)據(jù)中心 入口控制 出口控制 車牌識(shí)別 計(jì)費(fèi)管理 安全系統(tǒng) 停車誘導(dǎo) 計(jì) 時(shí) 收 費(fèi) 收 卡 收 費(fèi) 系 統(tǒng) 車 輛 檢 測(cè) 系 統(tǒng) 出 口 控 制 信 息 提 示 車 牌 檢 測(cè) 識(shí) 別 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 報(bào)警系 統(tǒng) 監(jiān)控系 統(tǒng) 入 口 控 制 發(fā) 卡 讀 卡 系統(tǒng) 車輛 檢測(cè) 系 統(tǒng) L E D 顯 示 超 聲 波 車 位 檢測(cè) 圖3-1 智能停車場(chǎng)整體框圖 智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)是現(xiàn)代化停車場(chǎng)車輛收費(fèi)及設(shè)備自動(dòng)化管理的統(tǒng)稱。本系統(tǒng)是集射頻識(shí)別、車輛檢測(cè)、超聲波車位檢測(cè)、顯示技術(shù)、智能計(jì)時(shí)收費(fèi)管理技術(shù)以及車牌識(shí)別技術(shù)等現(xiàn)代智能化管理技術(shù)的統(tǒng)一綜合。通過這些技術(shù)數(shù)據(jù)處理，從而實(shí)現(xiàn)停車場(chǎng)收費(fèi)、管理等目的。根據(jù)設(shè)計(jì)原理智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)可分為三大部分，信息的采集與傳輸、信息的處理與人機(jī)交互、信息的存儲(chǔ)與查詢。 控制器設(shè)計(jì)框圖如圖3-1-2所示，系統(tǒng)選用SPCE061A型單片機(jī)作為主控芯片，單片機(jī)通過讀卡信號(hào)和鎖相環(huán)電路的電平變化檢測(cè)車輛的到來。DS1302時(shí)鐘電路為系統(tǒng)提供精確的時(shí)間信息，通過驅(qū)動(dòng)LED顯示牌實(shí)時(shí)顯示車位及時(shí)間信息，系統(tǒng)具備與上位機(jī)的串行通信通信接口[13]。 3.2 系統(tǒng)總體原理 3.2.1 車輛檢測(cè) 通過各種方案比較，本設(shè)計(jì)的車輛檢測(cè)器采用地感線圈檢測(cè)方案。地感線圈車輛檢測(cè)器是一種基于電磁感應(yīng)原理的車輛檢測(cè)器。地感線圈Ll埋在路面下，通有一定工作電流的環(huán)形線圈，由多匝導(dǎo)線繞制而成，埋設(shè)在道路中。地感線圈構(gòu)成的耦合電路如圖3-2-1所示T為隔離變壓器，匝數(shù)比為1:1，三極管Ul和U2組成共射極振蕩器，電阻R3是兩只三極管的公共射極電阻，并構(gòu)成正反饋。地感線圈作為檢測(cè)器諧振電路中的一個(gè)電感元件，與車輛檢測(cè)器的振蕩回路一起形成LC諧振。當(dāng)有車輛通過時(shí)，將會(huì)使線圈中單位電流產(chǎn)生的磁通量增加，從而導(dǎo)致線圈電感值發(fā)生微小變化，進(jìn)而改變LC諧振的頻率，這個(gè)頻率的變化就作為有汽車經(jīng)過地感線圈的輸入信號(hào)。為了檢測(cè)這個(gè)變化，常用的辦法是通過單片機(jī)計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)的振蕩脈沖個(gè)數(shù)來確定車是否到來。在本設(shè)計(jì)中，需要檢測(cè)兩個(gè)地感線圈的頻率變化，如果利用單片機(jī)同時(shí)對(duì)兩路信號(hào)頻率的變化量進(jìn)行測(cè)量，則系統(tǒng)相對(duì)較大，程序比較復(fù)雜，使得單片機(jī)負(fù)擔(dān)較重。這里介紹一種新的檢測(cè)方法：利用鎖相環(huán)音頻譯碼器LM567檢測(cè)頻率的變化。 LM567的第5和6腳外接的電阻、電容決定了IC內(nèi)部壓控振蕩器的中心頻率，fo=1/1.1RC。第1和2腳通常是分別對(duì)地接電容，形成輸出濾波網(wǎng)絡(luò)和環(huán)路低通濾波網(wǎng)絡(luò)[14]。 音頻譯碼器LM567工作時(shí)，若輸入的信號(hào)頻率落在給定的通頻帶時(shí)，鎖相環(huán)即將這個(gè)信號(hào)鎖定，同時(shí)LM567的內(nèi)部晶體管受控導(dǎo)通，8腳輸出低電平，否則輸出高電平。當(dāng)輸入信號(hào)頻率處于通頻帶內(nèi)，LM567鎖定，輸出低電平。通常在無車情況下，耦合電路的振蕩頻率會(huì)在一定的范圍內(nèi)保持不變，當(dāng)車經(jīng)過地感線圈時(shí)，使得耦合電路震蕩頻率發(fā)生變化，并且，隨著車型的不同以及車本身的鐵質(zhì)不均勻，使這個(gè)頻率的變化也在一定的范圍內(nèi)浮動(dòng)。因此，通過實(shí)驗(yàn)，選擇合適的LM567捕獲帶寬值，使得當(dāng)無車時(shí)，輸入信號(hào)頻率雖有微小變化，但使這個(gè)浮動(dòng)的頻率都處于通頻帶內(nèi)，LM567鎖定，8腳輸出低電平；有車到來時(shí)，頻率發(fā)生劇烈的變化已不在通頻帶內(nèi)，8腳就會(huì)輸出高電平。這時(shí)，對(duì)車輛是否到來的檢測(cè)轉(zhuǎn)化為對(duì)電平高低的檢測(cè)，通過觸發(fā)單片機(jī)的外部中斷即可感知車輛的到來，而無需通過復(fù)雜的程序來區(qū)分此時(shí)的頻率變化是否由車輛的到來所引起，大大降低了編程的難度。 3.2.2 車位誘導(dǎo)和車位顯示 超聲波傳感器車輛檢測(cè)，在一定的時(shí)間間隔內(nèi)， 傳感器發(fā)射超聲波脈沖并測(cè)量脈沖返回的時(shí)間。在測(cè)量過程中， 如果脈沖返回時(shí)間短于作為校準(zhǔn)基礎(chǔ)的地面返回時(shí)間， 傳感器將判定車輛在場(chǎng)。多個(gè)傳感器可以通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)出的校準(zhǔn)命令同步進(jìn)行校準(zhǔn)。傳感器可通過內(nèi)置LED 來顯示停車位占用、空閑狀態(tài)。在多數(shù)情況下， 通過停車場(chǎng)車道安置的附屬的LED 指示燈能夠方便地看到現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)[15]。 3.2.3 其他控制部分 控制閘桿機(jī)的起落即是控制閘桿機(jī)的直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，通過單片機(jī)控制口輸出高低電平配合繼電器工作，直流電機(jī)電機(jī)兩端加正反電壓可以實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。對(duì)于時(shí)間的記錄，這里選用DS1302日歷芯片，DS1302可以對(duì)年、月、日、周、時(shí)、分、秒進(jìn)行記錄．可接入后備電源，在主電源關(guān)閉的情況下也能始終保持連續(xù)工作，單片機(jī)SPCE061A可以隨時(shí)讀取當(dāng)前的時(shí)間。與上位機(jī)的通信利用SPCE061A的通用異步串行通信模塊(UART)，它提供了一個(gè)全雙工標(biāo)準(zhǔn)接口，借助于IOB口的特殊功能和UARTIRQ中斷實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)配置的RS-232串行通信接口COM鏈接，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的及時(shí)傳輸。另外，語(yǔ)音提示部分利用SPCE061A的語(yǔ)音處理優(yōu)勢(shì)。利用SPCE061A的語(yǔ)音壓縮算法庫(kù)和內(nèi)置的DAC等，即可實(shí)現(xiàn)清晰的語(yǔ)音播報(bào)功能，無需外加語(yǔ)音芯片。 3.3 車輛檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 在本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，選用Atmel的8位單片機(jī)AT89C51作為環(huán)形線圈檢測(cè)器的硬件控制核心，其片含有2K字節(jié)的Flaash程序存儲(chǔ)器，128字節(jié)的片內(nèi)RAM，2路定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。豐富的片內(nèi)結(jié)構(gòu)，可以同時(shí)滿足車輛檢測(cè)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?，保證了系統(tǒng)的可靠性，其總體結(jié)構(gòu)圖如圖3-2所示[16]： 單片機(jī)AT89C51 計(jì)數(shù)電路 復(fù)位電路 信號(hào)整形電路 晶振電路 耦合振蕩電路 地感線圈 輸出顯示器 圖3-2 車輛檢測(cè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 3.3.1 鎖相環(huán)路工作原理 鎖相環(huán)主要由相位比較器、壓控振蕩器、低通濾波器3部分組成，它的基本構(gòu)成如下圖3-3所示： 壓控振蕩器 相位比較器 低通濾波器 輸入信號(hào)Ui 誤差電壓Uo 控制電壓Ud 輸出信號(hào)Uo f1 f3 比較信號(hào) f2 圖3-3 鎖相環(huán)原理圖 當(dāng)輸入信號(hào)與壓控振蕩器的輸入信號(hào)頻率不同時(shí)，相位比較器比較著兩個(gè)信號(hào)的振蕩相位，輸出它們的相位差，經(jīng)低通濾波器加到壓控振蕩器上，使壓控振蕩器的頻率跟著變化，其輸入信號(hào)的頻率接近，最后等于輸入信號(hào)的頻標(biāo)值，當(dāng)兩者的輸出便不再變化。 壓控振蕩器的輸出Uo接至相位比較器的期中一個(gè)輸入端，施加于相位比較器靈一個(gè)輸入端的外部輸入信號(hào)Ui與來自壓控器的輸出信號(hào)Uo相比較，比較結(jié)果產(chǎn)生的誤差輸出電壓Ud正比于Uo兩個(gè)信號(hào)的相位差，經(jīng)過低通濾波器濾除高頻分量后，得到一個(gè)平均電壓Ud。這個(gè)平均值電壓Ud朝著減少VC0輸出頻率和輸入頻率之差的方向變化，直至VC0輸出平和輸入信號(hào)頻率獲得一致。這時(shí)兩個(gè)信號(hào)的頻率相同，兩相位差保持恒定稱作相位鎖定[17]。 3.3.2 信號(hào)輸入電路的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的信號(hào)輸入電流時(shí)產(chǎn)生正弦波的振蕩器電流，容三式振蕩器是因?yàn)殡娙莸娜齻€(gè)端子和器件的三個(gè)電極相連接而得名。 R1 R4 VT1 C4 C2 C1 R3 R2 C3 C4 圖3-4 振蕩電路圖模塊 3.3.3 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) AT89C51 Vcc R1 C R2 REST Vcc 圖3-5 復(fù)位電路圖模塊 復(fù)位電路圖如圖3-5所示:雙線圈的檢測(cè)系統(tǒng)所才用的結(jié)束檢測(cè)的方式給予相同，即在啟動(dòng)時(shí)，并確認(rèn)車輛到達(dá)之后，通過判斷線圈頻率與基頻的差值是否小于一定閾值來判斷車輛是否離開線圈。 第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.1 程序流程圖 初始化 蕩脈沖電路單片機(jī)產(chǎn)生激起震 檢測(cè)中心頻率 是否修正f 是 調(diào)用檢測(cè)程序 否 判斷是否有車 F偏移量是否大于閾值 是 否 修正f 延時(shí)處理 否 是 有車 調(diào)用通訊程序 返回 圖4-1 程序流程圖 4.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn) 1. 振蕩電路是由電感和電容組成的，在每次檢測(cè)完畢后，由于振蕩頻率的變化，在電容上可能有多余的電荷存在，經(jīng)過若干次檢測(cè)后，積累的電荷將擊穿電容，使設(shè)備不能正常工作。所以在設(shè)計(jì)電路時(shí)應(yīng)該考慮振蕩電路的保護(hù)電路。 2. 上述設(shè)計(jì)思想只是就一個(gè)檢測(cè)器連接一個(gè)地感線的情形。而在實(shí)際應(yīng)用中，一般檢測(cè)要連接2~4個(gè)地感線圈，可以同時(shí)檢測(cè)多個(gè)車道。這些線圈分別埋在相鄰車道下。因此，振蕩電路起振后，線圈之間可能會(huì)引入干擾，另外，電感或電容元件老化也會(huì)引起工作誤差。 3. 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，各種干擾和有車通過時(shí)都會(huì)引起中心頻率的偏移。為了保證系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)楦蓴_而發(fā)生誤操作，據(jù)干擾和鎖引起中心頻率偏移的程度不同，預(yù)先設(shè)定一個(gè)閾值，作為判斷有車無車的界限，當(dāng)中心頻率f偏移大于該閾值時(shí)，為有車通過，反之認(rèn)為無車通過[18]。 4.3 編制軟件程序 車位誘導(dǎo)程序： 系統(tǒng)初始化： 一般情況，直接調(diào)用此函數(shù)將單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)置在72MHz SystemInit(); 程序中經(jīng)常要用到延時(shí)函數(shù)，在這里為了提高CPU工作效率，不再使用死等待的演示方式，而是采用定時(shí)器作延時(shí)。 void Delay_Configuration(u8 SYSCLK) { RCC_APB1PeriphClockCmd(Delay_RCC_APB1Periph_TIMx, ENABLE); TIM_PrescalerConfig(Delay_TIMx, SYSCLK, TIM_PSCReloadMode_Update); } 超聲波檢測(cè)模塊初始化 //超聲波軟件系統(tǒng)初始化 void Sonic_Init(void) { Sonic_RCC_Configuration(); Sonic_GPIO_Configuration(); Sonic_NVIC_Configuration(); Sonic_TIM_Configuration(); }： //打開超聲波需要使用的系統(tǒng)資源的時(shí)鐘 void Sonic_RCC_Configuration(void) { RCC_APB2PeriphClockCmd(SONIC_RCC_APB2Periph_GPIOx_OUT|SONIC_RCC_APB2Periph_GPIOx_IN,ENABLE);//打開時(shí)鐘 RCC_APB1PeriphClockCmd(SONIC_RCC_APB1Periph_TIMx,ENABLE); } //這里設(shè)置超聲波檢測(cè)所需要的引腳的相應(yīng)功能 void Sonic_GPIO_Configuration(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; /*波形輸出 驅(qū)動(dòng)超聲波*/ GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=SONIC_GPIO_Pinx_OUT; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;//!!!!!!!!!! GPIO_Init(SONIC_GPIOx_OUT,&GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SONIC_GPIO_Pinx_IN; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(SONIC_GPIOx_IN, &GPIO_InitStructure); } //打開中斷，設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí) void Sonic_NVIC_Configuration(void) { NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_0); //設(shè)置優(yōu)先級(jí) NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=SONIC_TIMx_IRQn;//使能外部中斷線1(IRQ通道) NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0; //先占優(yōu)先級(jí) NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0; //從優(yōu)先級(jí) NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); } //定時(shí)器的初始化配置 void Sonic_TIM_Configuration(void) { TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure; /*通用定時(shí)器配置*/ TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period =65535; //TIMx->ARR 設(shè)置自動(dòng)裝載值 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =72; //TIMx->PSC 設(shè)置預(yù)分頻器值 TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision =TIM_CKD_DIV1;//設(shè)置時(shí)鐘頻率 TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; /選擇計(jì)數(shù)器模式 TIM_TimeBaseInit(SONIC_TIMx, & TIM_TimeBaseStructure); TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure); //默認(rèn)參數(shù) TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM1;//模式1設(shè)置輸出比較3模式 TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //設(shè)置為輸出 TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse =21; //設(shè)置捕獲比較寄存器4值即占空長(zhǎng)度 TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_High;//設(shè)置輸出極性-高電平 TIM_OC4Init(SONIC_TIMx, &TIM_OCInitStructure); //初始化TIMx通道4. TIM_OC4PreloadConfig(SONIC_TIMx, TIM_OCPreload_Enable); //TIMx->CCMR2 OC4PE 輸出比較4的預(yù)加載使能位 TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_2; TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising; TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1; TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x0; TIM_PWMIConfig(SONIC_TIMx, &TIM_ICInitStructure); /* Select the TIM3 Input Trigger: TI2FP2 */ TIM_SelectInputTrigger(SONIC_TIMx, TIM_TS_TI2FP2); /* Select the slave Mode: Reset Mode */ TIM_SelectSlaveMode(SONIC_TIMx, TIM_SlaveMode_Reset); /* Enable the Master/Slave Mode */ TIM_SelectMasterSlaveMode(SONIC_TIMx, TIM_MasterSlaveMode_Enable); /* TIM enable counter */ TIM_Cmd(SONIC