基于超聲波定位的智能尋車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

謝強(qiáng)寶，蔣一，周文滔，李雨晴

（安徽新華學(xué)院電子工程學(xué)院，安徽合肥，230088）

0 研究背景

隨著人口的增加、經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，以及人們的購(gòu)買(mǎi)力和物質(zhì)生活水平的提高，私家車(chē)的數(shù)量逐年攀升，這樣也使得我們所需的停車(chē)場(chǎng)越建越大，層數(shù)越建越多。雖然停車(chē)場(chǎng)的規(guī)模在增加為人們提供了便利，但是帶來(lái)便利的同時(shí)，也帶來(lái)了使用上的煩惱，有一部分的車(chē)主沒(méi)有辦法適應(yīng)停車(chē)場(chǎng)的“成長(zhǎng)”。

面對(duì)偌大的停車(chē)場(chǎng)，即使有指引牌，對(duì)于一些方向感弱的車(chē)主，恐怕也會(huì)在停車(chē)場(chǎng)“迷失”，可能無(wú)法快速地找到空車(chē)位，取車(chē)時(shí)也面臨同樣的找車(chē)難的問(wèn)題，給車(chē)主增加了不必要的煩惱，甚至于大大降低了一些車(chē)主出行或者購(gòu)物的熱情?；诖?，現(xiàn)推出智能“尋”車(chē)項(xiàng)目，通過(guò)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)有效解決以上停車(chē)難、找車(chē)難的問(wèn)題，使得原本讓人頭疼的找車(chē)問(wèn)題變成一次快樂(lè)、享受的科技服務(wù)體驗(yàn)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)以單片機(jī)最小系統(tǒng)為主控電路，采用模塊化設(shè)計(jì)，包括掃描檢測(cè)模塊、超聲波定位模塊、電源電路以及路線導(dǎo)航模塊等[1-2]。利用掃描檢測(cè)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)于車(chē)輛信息及車(chē)位信息的獲取，基于超聲波定位原理實(shí)現(xiàn)車(chē)輛精準(zhǔn)定位停放，利用路線導(dǎo)航模塊實(shí)現(xiàn)最優(yōu)停車(chē)及尋車(chē)路線的選擇，并能結(jié)合二維碼掃描等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)同時(shí)實(shí)現(xiàn)線上繳費(fèi)等功能[3]。系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)原理框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

■2.1 單片機(jī)主控電路

系統(tǒng)的主控芯片選用 STC89C52單片機(jī)，該芯片具有較高的實(shí)時(shí)性、較低的功耗、豐富的片外擴(kuò)展能力、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力等。

該設(shè)計(jì)利用52單片機(jī)最小系統(tǒng)，或者稱(chēng)為最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)[4]。對(duì)52系列單片機(jī)來(lái)說(shuō)，最小系統(tǒng)一般包括單片機(jī)主控芯片、晶振電路、復(fù)位電路幾個(gè)部分。具體電路如圖2所示。

■2.2 掃描檢測(cè)模塊

2.2.1 車(chē)輛掃描

采用機(jī)器視覺(jué)、圖像處理和模式識(shí)別等互相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)牌的掃描識(shí)別與信息錄入。它的硬件基礎(chǔ)包括觸發(fā)裝置、照明裝置、攝像裝置、圖像采集裝置、識(shí)別車(chē)牌號(hào)碼的處理機(jī)，其軟件核心包括車(chē)牌定位、字符分割、字符識(shí)別等算法[5]。掃描識(shí)別的同時(shí)與單片機(jī)相連接，對(duì)掃描的內(nèi)容進(jìn)行防誤判處理并將識(shí)別的信息傳輸給其他模塊。具體操作如圖3所示。

圖2 單片機(jī)主控電路圖

圖3 車(chē)輛掃描識(shí)別圖

2.2.2 車(chē)位監(jiān)控

停車(chē)位會(huì)放置一個(gè)掃描裝置用以對(duì)停泊的汽車(chē)車(chē)牌進(jìn)行監(jiān)測(cè)。掃描裝置采集每輛車(chē)的信息（車(chē)牌號(hào)、車(chē)輛型號(hào)）將采集的信息代入這個(gè)停車(chē)位的坐標(biāo)點(diǎn)，然后將信息發(fā)送到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)端，用以記錄停車(chē)地點(diǎn)、停車(chē)時(shí)間以及停車(chē)所收取的費(fèi)用。如果有汽車(chē)停泊，則掃描識(shí)別系統(tǒng)掃描到車(chē)牌，此時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器發(fā)送“無(wú)車(chē)位”的信息；如果沒(méi)有汽車(chē)停泊，則掃描識(shí)別系統(tǒng)未掃描到車(chē)牌，此時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器發(fā)送“有車(chē)位”的信息；數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器通過(guò)對(duì)有無(wú)車(chē)位的識(shí)別，將“有車(chē)位”的信息記為綠色，“無(wú)車(chē)位”的信息記為紅色，通過(guò)二維網(wǎng)格的形式發(fā)送給客戶端。

■2.3 超聲波定位模塊

利用超聲波傳感器作為發(fā)射端和接收端，通過(guò)發(fā)射和接收超聲波，利用時(shí)間差和聲音傳播速度，可以計(jì)算出模塊到停車(chē)位的距離[6-7]。發(fā)射端向被探測(cè)的區(qū)域?qū)崟r(shí)發(fā)射等幅的超聲波，接收端接收反射回來(lái)的超聲波。在反射回來(lái)的超聲波是相同頻率時(shí)，代表沒(méi)有車(chē)輛進(jìn)入被探測(cè)區(qū)域，當(dāng)反射回來(lái)的超聲波幅度不斷變化，則代表有車(chē)輛進(jìn)入被探測(cè)區(qū)域時(shí)。

由52單片機(jī)產(chǎn)生的頻率信號(hào)，通過(guò)整形電路后發(fā)送到超聲波發(fā)射端使其發(fā)出特定頻率的超聲波，超聲波接收端接受反射回來(lái)的超聲波。當(dāng)沒(méi)有車(chē)輛處于被探測(cè)區(qū)域內(nèi)時(shí)，反射回來(lái)的超聲波是等幅的；當(dāng)有車(chē)輛處于被探測(cè)區(qū)域內(nèi)時(shí)，接收器接收到的超聲波幅度不斷發(fā)生變化，接收電路接收到信號(hào)后，經(jīng)過(guò)放大、檢波、濾波及電平比較后，轉(zhuǎn)換成電平信號(hào)，發(fā)送給單片機(jī)，由單片機(jī)進(jìn)行處理。模塊電路設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 超聲波測(cè)距電路設(shè)計(jì)圖

■2.4 路線導(dǎo)航模塊

采集云端預(yù)處理之后的數(shù)據(jù)，利用超聲波芯片對(duì)其進(jìn)行加工處理，選擇出最優(yōu)的導(dǎo)航路線，通過(guò)顯示模塊為使用者導(dǎo)航。用單片機(jī)編程定時(shí)器T1中斷產(chǎn)生40kHz的方波，使用for語(yǔ)句每隔一段時(shí)間產(chǎn)生方波，同時(shí)用定時(shí)器定時(shí)，超聲波用超聲波接收頭接收，當(dāng)接收端收到方波，利用CX20106檢波放大變換后，單片機(jī)產(chǎn)生中斷信號(hào)，定時(shí)器停止計(jì)數(shù)，讀取時(shí)間，通過(guò)時(shí)間測(cè)算距離，通過(guò)語(yǔ)音顯示模塊導(dǎo)航找車(chē)[8]。具體操作流程如圖5所示。

LCD顯示由音頻處理器與顯示器組合而成，通過(guò)音頻處理器為使用者進(jìn)行語(yǔ)音導(dǎo)航同時(shí)通過(guò)顯示器為其展現(xiàn)當(dāng)前狀況。具體使用LCD1602液晶顯示，通過(guò)單片機(jī)計(jì)算的距離，由于數(shù)據(jù)原碼不能直接用于顯示，在數(shù)據(jù)顯示程序中加入換算成能顯示的BCD碼。

圖5 路線導(dǎo)航流程

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)系統(tǒng)主程序流程如圖6所示。系統(tǒng)主要完成硬件初始化、路線導(dǎo)航、計(jì)時(shí)收費(fèi)等功能。其中，整個(gè)系統(tǒng)將分為兩個(gè)模式，模式1為用戶模式（尋車(chē)模式），該模式主要服務(wù)用戶來(lái)尋車(chē)；模式2為內(nèi)部模式（計(jì)時(shí)收費(fèi)模式），該模式主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)收費(fèi)功能[9]。

4 結(jié)語(yǔ)

基于超聲波定位技術(shù)的智能導(dǎo)航尋車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，工作原理類(lèi)似于鴿子依靠體內(nèi)器官感覺(jué)地磁場(chǎng)的變化能準(zhǔn)確的為主人送信，具有實(shí)時(shí)精準(zhǔn)的特性。通過(guò)圖像識(shí)別采集車(chē)輛信息、車(chē)位實(shí)時(shí)監(jiān)控、停車(chē)路線導(dǎo)航，再到最后超聲波定位尋找車(chē)輛，整體使用超聲波定位可以解決停車(chē)場(chǎng)找車(chē)問(wèn)題，給車(chē)主提供極大的便利。由于到目前為止，尋車(chē)主要依靠車(chē)牌、停車(chē)位置、標(biāo)記等方式，這導(dǎo)致尋車(chē)效率低下、精準(zhǔn)性不高，所以考慮到未來(lái)私家車(chē)數(shù)目的增多、尋車(chē)的效率性等因素，基于超聲波定位技術(shù)的智能導(dǎo)航尋車(chē)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)定位、實(shí)時(shí)監(jiān)控和語(yǔ)音導(dǎo)航，從而提升尋車(chē)效率和準(zhǔn)確性，市場(chǎng)潛力極大。本設(shè)計(jì)相較于目前已有的尋車(chē)方式而言，具有顯而易見(jiàn)的極大競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

圖6 主程序流程圖