智能停車場車輛檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

摘   要：本文介紹了一種以SPCE061A型單片機(jī)為主控芯片的停車場車輛檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)利用地感線圈對進(jìn)出停車場的車輛進(jìn)行檢測，控制閘桿機(jī)的自動起落，并具備車位顯示以及語音提示功能。該系統(tǒng)配合IC卡和圖像監(jiān)測處理裝置可以構(gòu)成一套完整的智能停車系統(tǒng)，從而實現(xiàn)大型停車場的智能化管理。文中重點介紹了車輛檢測部分的設(shè)計原理，并給出了相應(yīng)的硬件接口電路及軟件編程要點。

1引言

    在現(xiàn)代化的大型停車場中，智能停車管理系統(tǒng)使得車輛進(jìn)出手續(xù)簡單，安全性高，實現(xiàn)了對車輛的自動檢測、計費、統(tǒng)計、顯示等功能，大大節(jié)省了人力資源，提高了工作效率。整個停車管理系統(tǒng)中，車輛檢測部分是系統(tǒng)的關(guān)鍵。本設(shè)計介紹了一種停車場車輛檢測系統(tǒng)，通過分布在進(jìn)出口的車輛檢測器，實現(xiàn)對閘桿機(jī)的控制和車位提示等功能。

2系統(tǒng)總體介紹

    整個停車管理系統(tǒng)示意圖如圖1所示，信息顯示牌為LED顯示屏，顯示當(dāng)前時間及車位信息。當(dāng)有車進(jìn)入時，司機(jī)進(jìn)行刷卡，刷卡信號由控制器讀入，控制閘桿機(jī)抬起，語音提示“歡迎光臨 ”，當(dāng)?shù)馗芯€圈檢測到車輛進(jìn)入時，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，語音提示“謝謝光臨 ，當(dāng)?shù)馗芯€圈檢測到車輛離開，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。

圖1停車管理系統(tǒng)示意圖

    控制器設(shè)計框圖如圖2所示，系統(tǒng)選用SPCE061A型單片機(jī)作為主控芯片，單片機(jī)通過讀卡信號和鎖相環(huán)電路的電平變化檢測車輛的到來。DS1302時鐘電路為系統(tǒng)提供精確的時間信息，通過驅(qū)動LED顯示牌實時顯示車位及時間信息，系統(tǒng)具備與上位機(jī)的串行通信通信接口。

圖2智能停車場車輛檢測系統(tǒng)總體設(shè)計框圖

3系統(tǒng)原理介紹

3．1車輛檢測部分

    準(zhǔn)確無誤地檢測車輛是系統(tǒng)正常工作的前提。通過各種方案比較，本設(shè)計的車輛檢測器采用地感線圈檢測方案。地感線圈車輛檢測器是一種基于電磁感應(yīng)原理的車輛檢測器。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所示：
 

圖3 耦合振蕩電路

    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。地感線圈作為檢測器諧振電路中的一個電感元件，與車輛檢測器的振蕩回路一起形成L C諧振。當(dāng)有車輛通過時，將會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，這個頻率的變化就作為有汽車經(jīng)過地感線圈的輸入信號。為了檢測這個變化，常用的辦法是通過單片機(jī)計算單位時間內(nèi)的振蕩脈沖個數(shù)來確定車是否到來。在本設(shè)計中，需要檢測兩個地感線圈的頻率變化，如果利用單片機(jī)同時對兩路信號頻率的變化量進(jìn)行測量，則系統(tǒng)相對較大，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方法：利用鎖相環(huán)音頻譯碼器LM567檢測頻率的變化，應(yīng)用電路圖如圖4所示：

圖4鎖相環(huán)電路

    LM567的第5、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、2腳通常圖4鎖相環(huán)電路 是分別對地接電容，形成輸出濾波網(wǎng)絡(luò)和環(huán)路低通濾波網(wǎng)絡(luò)，其中第2腳所接電容決定鎖相環(huán)電路的捕捉帶寬，帶寬的理論值可用此公式計算：

    當(dāng)音頻譯碼器LM567工作時，若輸入的信號頻率落在給定的通頻帶時，鎖相環(huán)即將這個信號鎖定，同時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在一定的范圍內(nèi)保持不變，當(dāng)車經(jīng)過地感線圈時，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，使這個頻率的變化也在一定的范圍內(nèi)浮動。因此，通過實驗，選擇合適的LM567捕獲帶寬值，使得當(dāng)無車時，輸入信號頻率雖有微小變化，但使這個浮動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，頻率發(fā)生劇烈的變化已不在通頻帶內(nèi)，8腳就會輸出高電平。這時，對車輛是否到來的檢測轉(zhuǎn)化為對電平高低的檢測，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現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。對于時間的記錄，這里選用DS1302日歷芯片，DS1302可以對年、月、日、周、時、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可以隨時讀取當(dāng)前的時間。與上位機(jī)的通信利用SPCE061A的通用異步串行通信模塊(UART)，它提供了一個全雙工標(biāo)準(zhǔn)接口，借助于IOB口的特殊功能和UART IRQ中斷實現(xiàn)與上位機(jī)配置的RS一232串行通信接口COM鏈接，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的及時傳輸。另外，語音提示部分利用SPCE061A的語音處理優(yōu)勢。利用SPCE061A的語音壓縮算法庫和內(nèi)置的DAC等，即可實現(xiàn)清晰的語音播報功能，無需外加語音芯片。

4系統(tǒng)主要軟件設(shè)計

    系統(tǒng)的主程序主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)初始化(包括各IO口的初始化、中斷初始化及DS1302的初始化等)，及LED顯示牌的時間顯示，利用SPCE061A的0．5s時基中斷，每0．5s讀取一次DS1302的時間信息，并刷新LED顯示。而讀卡信息和地感線圈有車信息的檢測采用外部中斷觸發(fā)形式，在中斷服務(wù)程序中實現(xiàn)各種自動控制。主要中斷服務(wù)程序的程序流程如圖5、6所示：

圖5讀卡中斷服務(wù)程序流程圖

圖6地感線圈中斷服務(wù)程序

5結(jié)束語

    本設(shè)計利用SPCE061A實現(xiàn)了停車場進(jìn)出車輛的自動檢測，閘桿機(jī)的自動起落及車位信息的實時顯示，配合IC卡信息處理及圖像處理系統(tǒng)即可實現(xiàn)智能停車場的自動化管理。地感線圈的應(yīng)用使得對車輛的檢測準(zhǔn)確無誤，保證了系統(tǒng)的可靠性。