基于STM32的智能停车场管理系统设计

引言

本项目旨在基于STM32微控制器设计一个智能停车场管理系统。该系统集成了多种传感器和控制模块，以实现停车位实时检测、车辆识别、自动控制栏杆、车位信息显示和云端数据管理等功能。智能停车场管理系统可以有效提升停车场的运转效率，改善车主的停车体验，减少人工管理成本，并且能够根据停车位的使用情况和车辆进出数据，提供多维度的统计和分析支持。本文将详细介绍项目的设计方案、硬件和软件实现过程、系统功能和常见问题的解决方法。

环境准备

1. 硬件设备

• STM32F103C8T6 开发板（或其他 STM32 系列）：用于数据处理、传感器控制和通信。
• 超声波传感器：用于停车位占用检测。
• RFID模块：用于车辆识别和授权管理。
• 红外对射模块：用于入口和出口车辆检测。
• 继电器模块：用于控制入口和出口的闸杆。
• 显示屏（如OLED屏幕）：用于显示停车场剩余车位数和车辆状态。
• Wi-Fi或蓝牙模块（如ESP8266）：用于上传数据至云端或控制中心。
• 面包板和杜邦线：用于硬件连接和调试。

2. 软件工具

• STM32CubeMX：用于初始化STM32外设并生成代码。
• Keil uVision 或 STM32CubeIDE：用于编写、调试和下载代码。
• ST-Link驱动程序：用于将程序下载至STM32开发板。
• 串口调试工具：用于查看数据输出及调试。

项目实现

1. 硬件连接

1. 超声波传感器：用于检测每个车位是否有车辆停放。将超声波传感器的触发引脚连接至STM32的GPIO引脚（如PA0），回声引脚连接至另一个GPIO引脚（如PA1），读取车位的距离数据。

2. RFID模块：用于记录每辆车的出入信息和权限验证。将RFID模块的数据引脚连接到STM32的UART端口（如USART1）。

3. 红外对射模块：用于入口和出口车辆的检测。连接红外模块的输出引脚至STM32的GPIO引脚（如PA2和PA3），分别检测车辆进入和离开。

4. 继电器模块：通过STM32的GPIO引脚（如PA4）控制闸杆的开关。

5. 显示屏：连接至STM32的I2C引脚（如PB6和PB7），用于显示停车场的剩余车位数和车辆状态信息。

6. Wi-Fi或蓝牙模块：连接至STM32的UART接口（如USART2），用于将车位数据上传至云端。

2. STM32CubeMX 配置

1. 选择开发板型号：在STM32CubeMX中选择所使用的STM32型号。
2. 配置系统时钟：设置系统时钟为HSI，以保证系统稳定。
3. 配置GPIO引脚：分别用于控制超声波传感器的触发和回声引脚、红外对射模块、RFID模块、显示屏和Wi-Fi模块。
4. 配置外设：启用I2C用于显示屏，UART用于RFID和Wi-Fi模块的通信。
5. 生成代码：选择Keil或STM32CubeIDE作为编译环境，生成基础代码框架。

3. 编写主程序

基于生成的代码框架，编写停车位检测、车辆识别、入口闸杆控制和数据上传的代码。以下为实现智能停车场管理系统的核心代码示例：

#include "stm32f1xx_hal.h"

// 定义引脚
#define ULTRASONIC_TRIG_PIN GPIO_PIN_0
#define ULTRASONIC_ECHO_PIN GPIO_PIN_1
#define RFID_UART &huart1
#define INFRARED_ENTRY_PIN GPIO_PIN_2
#define INFRARED_EXIT_PIN GPIO_PIN_3
#define RELAY_PIN GPIO_PIN_4
#define I2C_DISPLAY hi2c1

// 函数声明
void Ultrasonic_Trigger(void);
uint32_t Ultrasonic_ReadDistance(void);
uint8_t Check_CarPresence(void);
void Relay_Control(uint8_t state);
void Display_ParkingStatus(uint8_t availableSlots);

// 入口检测
uint8_t Detect_Entry(void) {
    return (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, INFRARED_ENTRY_PIN) == GPIO_PIN_SET);
}

// 出口检测
uint8_t Detect_Exit(void) {
    return (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, INFRARED_EXIT_PIN) == GPIO_PIN_SET);
}

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    
    MX_GPIO_Init();
    MX_I2C1_Init();
    MX_USART1_UART_Init();

    uint8_t availableSlots = TOTAL_SLOTS;
    
    while (1) {
        if (Detect_Entry() && availableSlots > 0) {
            // 车辆进入时减少车位数
            availableSlots--;
            Relay_Control(1);  // 打开闸杆
            HAL_Delay(3000);   // 延迟模拟闸杆开启时间
            Relay_Control(0);  // 关闭闸杆
            Display_ParkingStatus(availableSlots);  // 更新显示车位
        }
        
        if (Detect_Exit()) {
            // 车辆离开时增加车位数
            availableSlots++;
            Relay_Control(1);  // 打开闸杆
            HAL_Delay(3000);   // 延迟模拟闸杆开启时间
            Relay_Control(0);  // 关闭闸杆
            Display_ParkingStatus(availableSlots);  // 更新显示车位
        }

 

4. 超声波传感器检测

#include "stm32f1xx_hal.h"

void Ultrasonic_Trigger(void) {
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, ULTRASONIC_TRIG_PIN, GPIO_PIN_SET);
    HAL_Delay(10);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, ULTRASONIC_TRIG_PIN, GPIO_PIN_RESET);
}

uint32_t Ultrasonic_ReadDistance(void) {
    Ultrasonic_Trigger();
    uint32_t time = HAL_GetTick();
    
    while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, ULTRASONIC_ECHO_PIN) == GPIO_PIN_RESET) {}
    uint32_t start = HAL_GetTick();
    
    while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, ULTRASONIC_ECHO_PIN) == GPIO_PIN_SET) {}
    uint32_t end = HAL_GetTick();
    
    return (end - start) * 0.034 / 2;
}

5. 显示屏控制

#include "i2c_display.h"

// 更新显示停车位状态
void Display_ParkingStatus(uint8_t availableSlots) {
    char buffer[16];
    sprintf(buffer, "Available: %d", availableSlots);
    I2C_Display_WriteString(buffer);
}

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6. 智能控制原理

• 车位检测：使用超声波传感器实时检测车位占用情况，每个传感器固定于车位上方，通过测量距离来判断车位是否已被占用。
• 入口控制：通过RFID和红外对射模块检测车辆进入，并控制闸杆的开关，实现车辆授权管理。
• 数据上传：通过Wi-Fi模块将停车位的占用信息上传至服务器，实现远程监控和信息发布。
• 显示系统：通过I2C显示屏实时更新剩余车位数量，为用户提供停车场状态信息。

常见问题与解决方法

• 超声波传感器检测异常：

  • 检查传感器的连接是否正确，确保引脚配置和代码匹配。
  • 如果检测到的距离不准确，调整传感器的安装角度，并确保没有障碍物干扰。

• RFID识别失败：

  • 检查RFID模块和STM32的串口连接是否正常。
  • 检查串口波特率配置是否与RFID模块匹配。

• 显示屏无显示：

  • 检查I2C连接和显示屏的I2C地址是否正确。
  • 确保I2C初始化成功，并正确调用显示屏驱动库。

结论

该智能停车场管理系统基于STM32开发，通过超声波、RFID、红外传感器等多种传感器模块实现了自动化停车位检测、车辆识别和闸杆控制。系统还利用无线模块将数据实时上传，具备智能化、便捷性和可靠性的特点。