基于STM32的智能停车场管理系统设计

标签：传感器管理系统 void Init 停车场 STM32 LCD 模块 GPIO

引言

随着城市汽车数量的增加，停车场的管理变得愈加复杂。传统的停车管理方式效率低下，而智能停车场管理系统可以提高停车效率，减少人工管理成本，提升用户体验。本文基于STM32微控制器设计了一个智能停车场管理系统，集成了车位检测、车牌识别、自动闸门控制和实时数据监控等功能，实现停车场的自动化管理。

环境准备

1. 硬件设备

STM32F103C8T6 开发板（或其他 STM32 系列）：系统核心，用于数据处理和外设控制。
超声波传感器：用于检测车位是否被占用。
红外对射传感器：用于检测车辆的进入和离开。
摄像头模块（支持车牌识别）：用于自动识别车辆的车牌号。
继电器模块：用于控制道闸（闸门）的开闭。
LCD 显示屏或 OLED 显示屏：显示停车位状态、车牌号码和费用信息。
蜂鸣器：用于报警或提示操作。
Wi-Fi 模块（如 ESP8266）：用于数据上传和远程监控。
LED 指示灯：用于显示车位状态。
电源模块、杜邦线、面包板等基础电子元件。

2. 软件工具

STM32CubeMX：用于初始化STM32的外设。
Keil uVision 或 STM32CubeIDE：用于编写、调试和下载代码。
OpenMV 或其他图像处理模块：用于车牌识别和图像处理。
ST-Link 驱动程序：用于烧录程序到STM32。

项目实现

1. 硬件连接

超声波传感器连接：将超声波传感器的Echo和Trig引脚连接到STM32的GPIO（如PA0、PA1），用于检测车位的占用状态。
红外对射传感器连接：将红外传感器的信号引脚连接到STM32的GPIO（如PA2），用于检测车辆的进出。
摄像头模块连接：将摄像头模块的通信引脚（如TX/RX）连接到STM32的USART接口（如PA9、PA10），用于车牌识别数据的传输。
继电器模块连接：继电器的控制引脚连接到STM32的GPIO（如PA3），用于控制道闸的开闭。
LCD/OLED显示屏连接：显示屏的通信引脚（如SDA和SCL）连接到STM32的I2C接口（如PB6、PB7），用于显示车位状态、车牌号码和费用信息。
蜂鸣器连接：蜂鸣器的控制引脚连接到STM32的GPIO（如PA4），用于提示或报警。
LED指示灯连接：LED灯的引脚连接到STM32的GPIO（如PA5、PA6、PA7），用于显示停车状态（空闲、已占用）。
Wi-Fi模块连接：Wi-Fi模块的TX/RX引脚连接到STM32的USART接口，用于上传数据到服务器。

2. STM32CubeMX 配置

GPIO：配置多个GPIO引脚，用于连接超声波传感器、红外传感器、继电器、LED等外设。
USART：用于摄像头模块和Wi-Fi模块的数据传输。
I2C：用于LCD/OLED显示屏的数据通信。
系统时钟：使用外部高速时钟HSE，提升系统的响应速度和性能。

生成代码后，在Keil uVision或STM32CubeIDE中打开项目继续开发。

3. 主程序设计

智能停车场管理系统的核心功能包括车位检测、车牌识别、道闸控制和停车费用计算。系统通过传感器监测车位状态，摄像头模块识别车辆的车牌，并根据车辆的进出情况控制道闸开闭。以下是智能停车场管理系统的代码示例：

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "ultrasonic.h"
#include "infrared.h"
#include "lcd.h"
#include "relay.h"
#include "wifi.h"
#include "camera.h"
#include "gpio.h"

// 定义停车状态
#define PARKING_AVAILABLE 0
#define PARKING_OCCUPIED 1

// 定义车牌识别结果
#define AUTHORIZED_VEHICLE 1
#define UNAUTHORIZED_VEHICLE 0

// 函数声明
void System_Init(void);
void Detect_Parking_Space(void);
void Control_Barrier(void);
void Recognize_License_Plate(void);
void Display_Parking_Info(void);
void Send_Data_Remotely(void);

// 全局变量
uint8_t parking_status = PARKING_AVAILABLE;  // 停车位状态
uint8_t vehicle_auth = UNAUTHORIZED_VEHICLE; // 车辆授权状态

void System_Init(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_USART1_UART_Init();
    MX_I2C1_Init();
    
    Ultrasonic_Init();
    Infrared_Init();
    LCD_Init();
    Relay_Init();
    Camera_Init();
    WiFi_Init();
    
    LCD_ShowString(0, 0, "Smart Parking System");
}

// 检测车位状态
void Detect_Parking_Space(void)
{
    uint16_t distance = Ultrasonic_ReadDistance();
    if (distance < 50)  // 假设50厘米以内有车辆
    {
        parking_status = PARKING_OCCUPIED;
    }
    else
    {
        parking_status = PARKING_AVAILABLE;
    }
}

// 控制道闸的开闭
void Control_Barrier(void)
{
    if (parking_status == PARKING_OCCUPIED && vehicle_auth == AUTHORIZED_VEHICLE)
    {
        Relay_Barrier_Open();  // 打开道闸
        LCD_ShowString(0, 1, "Barrier Open");
        HAL_Delay(5000);  // 延时5秒，保持道闸打开状态
        Relay_Barrier_Close();  // 关闭道闸
        LCD_ShowString(0, 1, "Barrier Closed");
    }
    else
    {
        Relay_Barrier_Close();  // 保持道闸关闭
    }
}

// 识别车牌
void Recognize_License_Plate(void)
{
    vehicle_auth = Camera_RecognizePlate();
    if (vehicle_auth == AUTHORIZED_VEHICLE)
    {
        LCD_ShowString(0, 2, "Vehicle Authorized");
    }
    else
    {
        LCD_ShowString(0, 2, "Vehicle Not Authorized");
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET);  // 打开蜂鸣器报警
        HAL_Delay(3000);
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET);  // 关闭蜂鸣器
    }
}

// 显示停车状态信息
void Display_Parking_Info(void)
{
    LCD_Clear();
    LCD_ShowString(0, 0, "Parking Status: ");
    if (parking_status == PARKING_OCCUPIED)
    {
        LCD_ShowString(64, 0, "Occupied");
    }
    else
    {
        LCD_ShowString(64, 0, "Available");
    }
}

// 发送停车场数据到远程服务器
void Send_Data_Remotely(void)
{
    char buffer[100];
    sprintf(buffer, "ParkingStatus:%d AuthStatus:%d", parking_status, vehicle_auth);
    WiFi_SendData(buffer);  // 通过Wi-Fi发送数据
}

int main(void)
{
    System_Init();

    while (1)
    {
        Detect_Parking_Space();  // 检测车位状态
        Recognize_License_Plate();  // 识别车牌
        Control_Barrier();  // 控制道闸
        Display_Parking_Info();  // 显示信息
        Send_Data_Remotely();  // 上传数据
        HAL_Delay(1000);  // 每秒钟刷新一次
    }
}

4. 各模块代码

超声波传感器读取

#include "ultrasonic.h"

// 初始化超声波传感器
void Ultrasonic_Init(void)
{
    // 配置超声波传感器的GPIO引脚
}

// 读取距离
uint16_t Ultrasonic_ReadDistance(void)
{
    // 返回测量的距离值，单位为厘米
    return 30;  // 假设当前距离为30厘米
}

红外对射传感器检测

#include "infrared.h"

// 初始化红外对射传感器
void Infrared_Init(void)
{
    // 配置红外传感器的GPIO引脚
}

// 检测车辆是否经过
uint8_t Infrared_DetectVehicle(void)
{
    // 返回检测结果，1表示有车辆经过，0表示无
    return 1;  // 假设有车辆经过
}

车牌识别模块

#include "camera.h"

// 初始化摄像头模块
void Camera_Init(void)
{
    // 配置摄像头的通信接口
}

// 识别车牌并返回授权状态
uint8_t Camera_RecognizePlate(void)
{
    // 调用车牌识别算法，返回授权状态
    return AUTHORIZED_VEHICLE;  // 假设车牌已授权
}

道闸控制

#include "relay.h"

// 初始化继电器模块
void Relay_Init(void)
{
    // 配置继电器引脚
}

// 打开道闸
void Relay_Barrier_Open(void)
{
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_3, GPIO_PIN_SET);  // 打开继电器，打开道闸
}

// 关闭道闸
void Relay_Barrier_Close(void)
{
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_3, GPIO_PIN_RESET);  // 关闭继电器，关闭道闸
}

LCD显示

#include "lcd.h"

// 初始化LCD显示屏
void LCD_Init(void)
{
    // 配置LCD的I2C接口
}

// 显示字符串
void LCD_ShowString(uint8_t x, uint8_t y, const char *str)
{
    // 在LCD显示屏上显示字符串
}

// 清除显示内容
void LCD_Clear(void)
{
    // 清除LCD显示内容
}

系统工作原理

停车位检测：通过超声波传感器检测车位是否被占用，当检测到车辆占用车位时，系统更新车位状态。
车牌识别：通过摄像头模块识别车辆的车牌号码，并判断车辆是否已授权，授权车辆可以通过道闸。
道闸控制：根据车位状态和车辆授权情况，自动控制道闸的开闭，实现无感通过。
实时数据上传：通过Wi-Fi模块将停车场信息上传到服务器，便于远程监控和管理。
报警功能：当检测到未经授权的车辆进入时，系统会发出报警提示。

常见问题与解决方法

1. 车牌识别失败

问题原因：摄像头模块故障或环境光线差。
解决方法：检查摄像头连接，确保光线充足，调整摄像头位置。

2. 道闸无法打开

问题原因：继电器模块损坏或电源不足。
解决方法：检查继电器模块和电源连接，确保道闸机械结构正常。

3. 超声波传感器误报

问题原因：传感器灵敏度过高或安装位置不当。
解决方法：调整传感器安装位置或增加消抖处理，避免误报。

扩展功能

停车引导系统：在每个车位上增加LED指示灯，通过颜色指示车位状态（空闲、已占用、预订）。
停车费用计算：增加计时模块，根据车辆停留时间自动计算停车费用并在出口显示。
手机APP控制：开发手机应用，用户可以通过APP查看停车场状态、预订车位和支付停车费用。

结论

基于STM32的智能停车场管理系统通过集成传感器、摄像头和网络通信模块，实现了车位检测、车牌识别、道闸控制和数据远程监控等功能，极大提高了停车场的管理效率。系统具有自动化、智能化、数据可视化等特点，适用于大型商场、办公楼或公共停车场。未来可以通过增加停车引导、智能支付等功能，进一步提升用户体验和系统的实用性。

标签：传感器,管理系统,void,Init,停车场,STM32,LCD,模块,GPIO
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