停車場實時語音導(dǎo)航及控制系統(tǒng)設(shè)計

阜陽師范學(xué)院計算機(jī)與信息工程學(xué)院 劉飛彪 馬鑫康 劉夢會 王中心

0 引言

停車場管理系統(tǒng)是由微機(jī)、管控設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備搭建的一套對出入停車場車輛、引導(dǎo)車輛停車、計時收取停車費(fèi)等進(jìn)行管理的綜合系統(tǒng)。近年來，我國已成為世界最大汽車生產(chǎn)國與消費(fèi)國，據(jù)權(quán)威部門數(shù)據(jù)顯示，截至2017年底，我國機(jī)動車總保有量達(dá)3.10億輛。停車場管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對停車場內(nèi)秩序的維持，極大的提高了停車場內(nèi)車位的利用率，緩解當(dāng)前停車?yán)щy的社會問題，因此其需求正在不斷地上升。本文重點(diǎn)探討了一種結(jié)合實時語音導(dǎo)航等功能的停車場管理系統(tǒng)的系統(tǒng)與軟硬件設(shè)計。

1 停車場實時語音導(dǎo)航及控制系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)功能設(shè)計

本系統(tǒng)采用MCS-51單片機(jī)為主控制器，車輛進(jìn)入停車場時，主控制器控制RFID模塊讀取IC卡中的信息后智能為車輛分配最優(yōu)車位，并將分配的車位和停車時間等信息寫入IC卡芯片的對應(yīng)區(qū)塊；同時控制顯示屏顯示相關(guān)信息（歡迎語、剩余車位信息、相關(guān)費(fèi)用等），隨后語音模塊播放到達(dá)分配車位的導(dǎo)航信息。在車輛尋找車位的過程中，關(guān)鍵道口放置的實時導(dǎo)航模塊通過RFID技術(shù)檢測到持有IC卡的車輛經(jīng)過時，自動讀取IC卡中存儲的車位信息并通過語音模塊播放對應(yīng)的實時語音導(dǎo)航信息（例：前行、轉(zhuǎn)彎等）,當(dāng)車輛到達(dá)指定車位時，系統(tǒng)檢測到入庫正確后舵機(jī)控制升降桿，允許車輛進(jìn)入；用戶取車時，可通過查詢模塊刷卡查詢車輛停放位置，方便用戶尋找車位。

1.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖（見圖1、圖2、圖3）

圖1 主控模塊

2 停車場系統(tǒng)的硬件設(shè)計

2.1 RFID模塊

本系統(tǒng)的RFID模塊采用RFID-RC522非接觸式讀卡器IC芯片。該芯片的射頻識別是一種無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)，它成功地結(jié)合射頻技術(shù)和IC卡技術(shù)。該芯片具有64字節(jié)的發(fā)送和接收FIFO緩沖區(qū)，ISO14443 212kbit/s和424kbit/s的更高傳輸速度的通信，足以滿足系統(tǒng)對于檢測讀寫模塊的需求。

圖2 導(dǎo)航模塊

圖3 查詢模塊

2.1.1 主要特征

該模塊能可靠的識別高速移動或靜態(tài)目標(biāo)；識別區(qū)域廣，無方向性，同時具有無盲區(qū)的特性。具有強(qiáng)信號穿透力與高度的安全性與保密性；便于安裝和維護(hù)。數(shù)據(jù)保存期長，存儲信息可改寫10萬次，無限次讀。

2.1.2 防沖突措施

當(dāng)RFID模塊識別范圍同時出現(xiàn)多張IC卡時，防沖突措施會從這些IC卡中選擇一張進(jìn)行操作，其余IC卡則處于空閑模式并等待在下次選卡過程被選中，同時被選中IC卡的序列號將被返回；該機(jī)制可有效解決多輛車同時出現(xiàn)在RFID模塊識別范圍的情況。

2.2 顯示模塊

系統(tǒng)的顯示模塊采用LCD12864液晶顯示屏，此顯示屏分辨率為128*64，內(nèi)置中文字庫，可滿足系統(tǒng)顯示的基本需求。顯示屏由三個引腳RS、RW和EN控制基本命令的發(fā)送與八個數(shù)據(jù)引腳實現(xiàn)三態(tài)數(shù)據(jù)線功能，另外LCD12864液晶顯示屏還可以調(diào)節(jié)對比度，背光亮度。

2.3 語音模塊

系統(tǒng)語音模塊采用JQ8900芯片。該芯片支持SPIFLASH 模擬成U 盤，直接像操作U 盤一樣更新SPIFLASH 里的語音；并支持MP3 WAV 硬件解碼，指定曲目序號播放，以及音量設(shè)置等功能；此模塊使用方便，可以滿足系統(tǒng)對語音導(dǎo)航的需求。

2.4 舵機(jī)管控模塊

系統(tǒng)舵機(jī)管控模塊采用Futaba S3010舵機(jī)實現(xiàn)相關(guān)功能，此型號舵機(jī)具有扭矩高，成本低的特點(diǎn)，其工作電壓為6v，通過單片機(jī)控制高電平脈寬即可實現(xiàn)對舵機(jī)的控制。舵機(jī)旋轉(zhuǎn)位置與高電平脈沖時間的關(guān)系如表1所示：

表1 舵機(jī)旋轉(zhuǎn)位置與高電平脈沖時間的關(guān)系

2.5 主控模塊

主控模塊以STC11系列的51單片機(jī)為核心。其可在3.3V-5.5V的電壓下工作，內(nèi)置的掩模ROM程序存儲器大小為32KB， RAM數(shù)據(jù)存儲器的大小為1024字節(jié)的，共有32條I/O線（4個8位并行I/O串口），工作的頻率為0-35MHz，并具有硬件看門狗，掉電喚醒專用定時器，啟動掉電喚醒定時器，全雙工異步串行口等功能，可以滿足對于控制系統(tǒng)的需求。

3 停車場系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 具體軟件模塊及功能

[1] 中斷處理函數(shù)：void XTimer0Init(void) interrupt 1

功能：記錄停車時間以及其他模塊需要

[2] 延遲函數(shù)：void Delay1us（int T）

功能：用于單片機(jī)和其他模塊的串口通信延遲等需要

其他說明：不同的模塊函數(shù)中可能用到的延遲函數(shù)有所不同，但大體都是一樣的

[3] 初始化函數(shù)：void Start_up() ；LCD12864_Init()

功能：用于顯示、語音各模塊的初始化

[4] 寫卡函數(shù)：void Write_card()

功能：向IC卡中寫入信息。

[5] 讀卡函數(shù)：void Read_card()

功能：讀取IC卡中的信息。

其他功能：讀取M1卡一塊數(shù)據(jù)：char XPcdRead(unsigned char oddr,unsigned char *pData)；

[6] 語音函數(shù)：void XSound(u8 m,u8 n)； void XSendData (u8 addr)功能：控制語音播放。

[7] 舵機(jī)函數(shù)：void XFutaba()功能：控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)動。

[8] 掃描函數(shù)：void Xscan()

功能：掃描結(jié)構(gòu)體的所有屬性（所有停車位在一個二維數(shù)組中實現(xiàn)，數(shù)組中的每個項是車位的所有屬性的結(jié)構(gòu)體，掃描結(jié)構(gòu)體的每一個屬性，判斷改變的數(shù)值，實現(xiàn)不同控制）。

[9]主要函數(shù)：void main（）

功能： 構(gòu)建函數(shù)，連接函數(shù)，實現(xiàn)各個功能

其他說明：此函數(shù)具體實現(xiàn)各個模塊的初始化；用戶存車時，完成車位的分配與分配情況記錄；實現(xiàn)對顯示函數(shù)、語音函數(shù)的調(diào)用；車輛入位時，調(diào)用舵機(jī)函數(shù)；用戶查詢車位時，調(diào)用讀卡、顯示函數(shù)；用戶取車時，調(diào)用讀寫卡、顯示、語音函數(shù)。語音導(dǎo)航、字符顯示、用戶信息等內(nèi)容分別儲存在特定的內(nèi)存空間中。

3.2 系統(tǒng)處理流程

主控單片機(jī)處理過程如圖4所示。

其他說明：系統(tǒng)中的RFID模塊分為兩種：一種是遠(yuǎn)距離RFID模塊，停車場的關(guān)鍵道口放置實時語音導(dǎo)航模塊采用此種模塊，以實現(xiàn)車輛在行駛過程中無須開窗即可提供實時語音導(dǎo)航服務(wù)；另一種是近距離RFID模塊，舵機(jī)管控模塊的RFID功能采用此模塊，避免遠(yuǎn)距離檢測造成的誤識別情況的發(fā)生。

圖4 主控單片機(jī)處理流程圖

4 系統(tǒng)測試

測試使用五張已經(jīng)寫好數(shù)據(jù)的IC卡模擬車輛進(jìn)入與離開停車場的全過程進(jìn)行測試測試結(jié)果如表2所示：

表2 測試匯報表

綜上，五次測試均符合系統(tǒng)要求，各模塊工作正常。

5 結(jié)語

停車場語音實時導(dǎo)航管理系統(tǒng)具有實施簡單、智能便捷和人性化等優(yōu)點(diǎn)。在大型停車場的停車高峰期時，停車、取車時，停車位的尋找較為困難，此系統(tǒng)巧妙的解決了這些問題。此外，靈活多變的經(jīng)營方式，輕松方便的使用體驗，簡單可行的硬件設(shè)備，不算高昂的安裝成本，使本系統(tǒng)具有良好的市場前景。