基于指示燈的停車庫引導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳績 任洪娟 陳斌 王浩旭 盧嘉雯

【摘 要】隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車成為日常必不可少的代步工具。但是隨著人們經(jīng)濟(jì)條件的提高，汽車數(shù)量也隨之增多，這就面臨一個(gè)問題，外出需要尋找停車位。在尋找停車位的過程中會(huì)耗費(fèi)許多的時(shí)間，對(duì)于城市快節(jié)奏的生活讓車主對(duì)地下停車場(chǎng)內(nèi)部設(shè)施的便利性也有的了更高的要求。目前國內(nèi)老舊停車場(chǎng)較多，而且很多停車場(chǎng)都沒有安裝快速簡潔的停車指引系統(tǒng)，這在一定程度上影響了車主的使用方便性。本研究通過指示燈、單片機(jī)、紅外對(duì)管傳感器、LED顯示屏制作一個(gè)簡潔明了，高效的地下停車場(chǎng)引導(dǎo)系統(tǒng)，為老舊的地下停車場(chǎng)升級(jí)提供可選方案。

【關(guān)鍵詞】指示燈;單片機(jī);紅外對(duì)管傳感器;LCD顯示屏

一、選題背景和意義

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，汽車行業(yè)已進(jìn)入了家庭普及時(shí)代，人們對(duì)汽車的依賴程度越來越高。成為出行代步的主要交通工具，這也使得汽車的數(shù)量逐漸增多。需要的停車位也增多，在一些大型的商場(chǎng)內(nèi)會(huì)設(shè)置多層停車場(chǎng)，小區(qū)內(nèi)也會(huì)設(shè)置地下兩層停車場(chǎng)，在解決了數(shù)量的問題后，出現(xiàn)了另外一個(gè)難題，尋找停車位。在快節(jié)奏的城市生活狀態(tài)下，尋找停車位有時(shí)會(huì)耗費(fèi)十幾分鐘，這對(duì)于車主來說是一個(gè)很大的困擾。進(jìn)入停車場(chǎng)后無法迅速的進(jìn)入停車位置停放車輛，只能在場(chǎng)內(nèi)無序流動(dòng)尋找空余車位。不但占用的了場(chǎng)內(nèi)出入主車道資源，甚至?xí)斐蓤?chǎng)內(nèi)交通擁堵。車主會(huì)花費(fèi)不必要的時(shí)間“巡泊”，出行效率大大降低。[ 1-2 ]

利用指示燈引導(dǎo)尋找停車位，在地下停車場(chǎng)內(nèi)簡潔明了，施工簡單，經(jīng)濟(jì)成本低，同時(shí)也能保證車主高效尋找到停車位。相比起手機(jī)導(dǎo)航尋找停車位操作更加簡潔，而且地下停車場(chǎng)手機(jī)信號(hào)比較差有時(shí)候會(huì)難以操作。指示燈引導(dǎo)停車系統(tǒng)適用于中小型停車場(chǎng)，其經(jīng)濟(jì)型也很適用于老停車場(chǎng)進(jìn)行改造。通過該系統(tǒng)的應(yīng)用，將產(chǎn)生一定的社會(huì)效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效益。

研究表明停車引導(dǎo)系統(tǒng)可以提高人們的停車效率，方便車主。同時(shí)又要考慮成本及停車場(chǎng)改造等問題，本文擬將采用指示燈實(shí)現(xiàn)停車引導(dǎo)。

二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)是基于指示燈、單片機(jī)、紅外對(duì)管傳感器、LCD液晶顯示屏設(shè)計(jì)的引導(dǎo)系統(tǒng)，包括紅外檢測(cè)模塊、指示燈模塊、LCD顯示屏模塊、電源模塊。工作流程如下：（1）通過紅外對(duì)管傳感器檢測(cè)模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào);（2）將紅外對(duì)管傳感器轉(zhuǎn)化的數(shù)字信號(hào)輸入到單片機(jī);（3）單片機(jī)將輸入的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行對(duì)比;（4）單片機(jī)根據(jù)對(duì)比結(jié)果，將控制信號(hào)發(fā)送給指示燈和LCD顯示屏;（5）指示燈根據(jù)控制信號(hào)選擇亮或者不亮，亮表示該車位有車，LCD顯示屏也會(huì)顯示該車位被占用。

三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1中央控制器模塊

單片機(jī)是微型控制器的一種，能夠承載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有體積小、質(zhì)量輕、運(yùn)算速度快，運(yùn)算速度強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。STC89C51作為一種兼容80C51引腳結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)的單片機(jī)，具有可編程性的特征，舍掉了單片機(jī)必須用通用編輯器的編輯的局限性，用戶要將所需要的程序下載至單片機(jī)只需配合PC端的控制程序即可[2-4]。單片機(jī)的軟件系統(tǒng)是采用通用編輯器來編寫程序，而單片機(jī)STC89C51可以直接使用PC進(jìn)行軟件的編程和拷貝[1]。軟件編程主要采用C語言。將寫好的程序?qū)氲絾纹瑱C(jī)內(nèi)也比較簡單，需要在STC官網(wǎng)下載STCISP軟件，通過電腦利用STCISP軟件與單片機(jī)進(jìn)行連接，然后按照軟件指導(dǎo)就能將寫好的程序燒錄進(jìn)單片機(jī)內(nèi)運(yùn)行。

3.1.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)

STC89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)電路由復(fù)位電路、時(shí)鐘電路和電源電路。擁有這三部分電路后，單片機(jī)即可正常工作。單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖如下圖所示。

3.2紅外對(duì)管傳感器設(shè)計(jì)

紅外對(duì)管傳感器是基于紅外對(duì)管模塊的紅外避障傳感器。該傳感器模塊對(duì)環(huán)境光線適應(yīng)能力強(qiáng)，其具有一對(duì)紅外線發(fā)射與接收管，發(fā)射管發(fā)射出一定頻率的紅外線，當(dāng)檢測(cè)方向遇到障礙物（反射面）時(shí)，紅外線反射回來被接收管接收，經(jīng)過比較器電路處理之后，綠色指示燈會(huì)亮起，同時(shí)信號(hào)輸出接口輸出數(shù)字信號(hào)（一個(gè)低電平信號(hào)），可通過電位器旋鈕調(diào)節(jié)檢測(cè)距離，有效距離范圍2～30cm，工作電壓為3.3V-5V。該傳感器的探測(cè)距離可以通過電位器調(diào)節(jié)、具有干擾小、便于裝配、使用方便等特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于機(jī)器人避障、避障小車、流水線計(jì)數(shù)及黑白線循跡等眾多場(chǎng)合。

模塊參數(shù)說明：

（1）當(dāng)模塊檢測(cè)到前方障礙物信號(hào)時(shí)，電路板上綠色指示燈點(diǎn)亮電平，同時(shí)OUT端口持續(xù)輸出低電平信號(hào)，該模塊檢測(cè)距離2～30cm，檢測(cè)角度35°，檢測(cè)距離可以通過電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)，順時(shí)針調(diào)電位器，檢測(cè)距離增加;逆時(shí)針調(diào)電位器，檢測(cè)距離減少。

（2）傳感器主動(dòng)紅外線反射探測(cè)，因此目標(biāo)的反射率和形狀是探測(cè)距離的關(guān)鍵。其中黑色探測(cè)距離最小，白色最大，小面積物體距離小，大面積距離大。

（3）傳感器模塊輸出端口OUT可直接與單片機(jī)IO口連接即可，也可以直接驅(qū)動(dòng)一個(gè)5V繼電器;連接方式：VCC-VCC;GND-GND;OUT-IO。

（4）比較器采用LM393，工作穩(wěn)定。

（5）可采用3-5V直流電源對(duì)模塊進(jìn)行供電。當(dāng)電源接通時(shí)，黃色電源指示燈點(diǎn)亮。

模塊接口說明

（1）VCC外接3.3V-5V電壓（可以直接與5v單片機(jī)和3.3v單片機(jī)相連

（2）GND外接GND

（3）OUT小板數(shù)字量輸出接口（0和1）

紅外避障模塊模塊接口原理圖如下圖所示。

3.3LCD1602液晶顯示模塊設(shè)計(jì)

LCD顯示器分為字段顯示和字符顯示兩種。其中字段顯示與LED顯示相似，只要送對(duì)應(yīng)的信號(hào)到相應(yīng)的管腳就能顯示。字符顯示是根據(jù)需要顯示基本字符。本設(shè)計(jì)采用的是字符型顯示。系統(tǒng)中采用LCD1602作為顯示器件輸出信息[ 4-5 ]。與傳統(tǒng)的LED數(shù)碼管顯示器件相比，液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等優(yōu)點(diǎn)，而且不需要外加驅(qū)動(dòng)電路，現(xiàn)在液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的顯示屏。

3.3 5V電源電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)選擇5V直流電源作為系統(tǒng)總電源，為整個(gè)系統(tǒng)供電，電路簡單、穩(wěn)定。DC為電源的DC插座，DC插座是一種與顯示器專用電源相配的插座，它是由橫向插口、縱向插口、絕緣基座、叉型接觸彈片、定向鍵槽組成，兩只叉型接觸彈片定位在基座中心部位，成縱橫向排列互不相連。叉型接觸彈片一端為接線口，外露在基座圓柱體頂面，供連接輸入電源軟線或軟纜用，叉型接觸彈片另一端由基體互連的兩只彈性臂組成，設(shè)置在DC插頭插入方向絕緣基座插孔內(nèi)，供給顯示器之用，使之正常工作，可以直接接USB電源線，一端插在DC插座上，另外一端可以插在5V電源上，如電腦USB、充電寶、手機(jī)充電器等等。LED為紅色LED燈，作為系統(tǒng)是否有點(diǎn)的指示燈，電阻為1K電阻，起到限流作用，保護(hù)LED燈，以防電流過大燒壞LED燈。SW為自鎖開關(guān)，開關(guān)按下后，紅燈亮，此時(shí)系統(tǒng)電源5V直流輸出。開關(guān)再次按下后，紅燈滅，此時(shí)系統(tǒng)電源無5V電源輸出。[ 6-7 ]

3.4 LED信號(hào)指示燈電路設(shè)計(jì)

LED燈即發(fā)光二極管，它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個(gè)PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦訹 3 ]。在電路中，電阻的作用是限流，保護(hù)LED燈。只要單片機(jī)的控制引腳拉低，則LED燈亮，否則，LED燈不亮。其電路連接為：一頭連接電源正極，一頭連接單片機(jī)引腳。其具體電路原理圖如下圖所示。

四、系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

4.1 編程語言選擇

由于整個(gè)程序比較復(fù)雜，且計(jì)算量較大，用到了較多的浮點(diǎn)數(shù)計(jì)算，所以程序的編寫采用了C語言。

對(duì)于大多數(shù)51系列的單片機(jī)，使用C語言這樣的高級(jí)語言與使用匯編語言相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）不需要了解處理器的指令集，也不必了解存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。

（2）寄存器分配和尋址方式由編譯器進(jìn)行管理，編程時(shí)不需要考慮存儲(chǔ)器的地址和數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)。

（3）指定操作的變量選擇組合提高了程序的可讀性。

（4）可使用與人的思維更相近的關(guān)鍵字和操作函數(shù)。

（5）與使用匯編語言相比，程序的開發(fā)和調(diào)試時(shí)間大大縮短。

（6）C語言的庫文件提供了許多標(biāo)準(zhǔn)的例程。

（7）通過C語言可實(shí)現(xiàn)模塊化編程技術(shù)，從而可將已編制好的程序加到新程序中。

C語言可移植性好且非常普及，C語言編譯器幾乎適用于所有的目標(biāo)系統(tǒng)，己完成的項(xiàng)目可以很容易的轉(zhuǎn)換到其它的處理器或環(huán)境中與匯編語言相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可移植性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，易學(xué)易用[8]。

4.2 Keil程序開發(fā)環(huán)境

本設(shè)計(jì)中單片機(jī)開發(fā)環(huán)境是Keil，Keil是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。

4.3 程序編寫

通過用C語言進(jìn)行編寫程序，使得本系統(tǒng)能在燒入單片機(jī)后，讓系統(tǒng)如預(yù)期一樣運(yùn)行。以下展示本系統(tǒng)的部分代碼和代碼編寫過程截圖。

代碼：void DispStr（uchar x，uchar y，uchar *ptr）

{uchar *temp;

uchar i，n = 0;

temp = ptr;

while（*ptr++ ！= '＼0'） n++;

for（i=0;i

{if（（temp[i]&0x30）==0x30）temp[i]=temp[i]&0x36;

Disp1Char（x++，y，temp[i]）;

if（x == 0x10）

{break;}

}

}

五、結(jié)語

本次設(shè)計(jì)基于指示燈和單片機(jī)等部件的停車場(chǎng)智能引導(dǎo)系統(tǒng)，在以后的老舊停車場(chǎng)改造上有很大的經(jīng)濟(jì)效益和實(shí)用性。能為駕駛?cè)藛T節(jié)約停車的花費(fèi)的時(shí)間，避免停車場(chǎng)車輛擁堵，實(shí)行有效的管理。

參考文獻(xiàn)：

[1]金璐. 單體液壓支柱低壓密封監(jiān)測(cè)系統(tǒng)CPU設(shè)計(jì)[D]. 華東師范大學(xué)，2010.

[2]胡燦林，肖尚華，基于顏色屬性的信號(hào)指示燈識(shí)別[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，2018，（07）：75-78.

[3]張偉，楊振龍，陳月紅，施密特觸發(fā)器在通信指示燈電路中的應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2018，（09）：14-15.

[4]呂跟來，停車場(chǎng)智能停車引導(dǎo)系統(tǒng)[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2017，（25）：167-169.

[5]宋秦中，錢麗，許猛，基于電力線載的LED消防指示燈的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2018，44（001）：74-77.

[6]呂愛華，余威明. 電工電子技術(shù)[M].北京師范大學(xué)出版社，2008.

[7]周筱珍. 電工實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)技術(shù)[M].湖南大學(xué)出版社，2003.

[8]陳有卿. 實(shí)用燈光控制電路[M].中國電力出版社，2004.

[9]陳有卿. 燈光控制集成電路與燈光控制器制作[M].人民郵電出版社，2004.

[10]凱利（AI Kelley），C語言教程（原書第4版）[M]. 工業(yè)出版社，2001.

作者簡介：

陳績，1998年8月出生，男，貴州省遵義市，本科，研究方向：汽車服務(wù)工程。

（作者單位：上海工程技術(shù)大學(xué)）