智能停車系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告

1、 TOC o 1-5 h z 實(shí)習(xí)背景1實(shí)習(xí)目的1實(shí)習(xí)時(shí)間2實(shí)習(xí)內(nèi)容概要2實(shí)習(xí)內(nèi)容2實(shí)習(xí)過程 2第一周項(xiàng)目概要設(shè)計(jì)：硬件 2第二周：串口是什么？ 2實(shí)習(xí)內(nèi)容4無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 4停車位傳感器的硬件設(shè)計(jì)技術(shù) 6停車場管理系統(tǒng)構(gòu)成 6泊車引導(dǎo)系統(tǒng) 7車位檢測電路方案論證 9停車位檢測器的設(shè)計(jì) 10超聲波檢測車位狀態(tài)的原理及實(shí)現(xiàn) 102.3主要成果143 實(shí)習(xí)心得16實(shí)習(xí)背景實(shí)習(xí)目的使學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)和主要專業(yè)課程的基礎(chǔ)上， 學(xué)習(xí)和掌握自動(dòng)化及 通信工程領(lǐng)域內(nèi)嵌入式系統(tǒng)技術(shù)及的基本知識(shí)和方法，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的 自動(dòng)化及通信工程各專業(yè)方向的基礎(chǔ)理論、 基本技能和專業(yè)知識(shí)分析問題和解決 工

2、程設(shè)計(jì)問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生調(diào)查研究，查閱技術(shù)文獻(xiàn)、資料、手冊(cè)，進(jìn)行程序設(shè)計(jì)、電路圖紙繪制及編寫技術(shù)文件的基本能力。實(shí)習(xí)時(shí)間2019年9月2日至9月20日。實(shí)習(xí)內(nèi)容概要結(jié)合中國城市特點(diǎn)，以傳感器網(wǎng)絡(luò)為支撐，設(shè)計(jì)城市停車誘導(dǎo)系統(tǒng)。該系統(tǒng) 能實(shí)時(shí)提供停車場停車信息、道路車位使用信息，引導(dǎo)駕駛員查找空車位，為駕 駛員節(jié)省時(shí)間，減少因缺乏停車信息而引起的車位難找的情況。大大緩解了城市 交通擁堵狀況，減少了道路占用，降低了車輛尾氣排放和噪聲，提高停車場、路 測車位的使用效率。同時(shí)，采用集約化系統(tǒng)化的車位管理、收費(fèi)管理，也可有效 改變停車場收費(fèi)管理混亂的狀況。2實(shí)習(xí)內(nèi)容實(shí)習(xí)過程本課題提出了一種新的停車位監(jiān)控

3、方案：在所有的車位上布置基于 ZigBee標(biāo)準(zhǔn)和超聲波檢測的節(jié)點(diǎn)模塊，在停車場的出入口等關(guān)鍵位置和所使用的停車卡 上布置基于ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)點(diǎn)模塊，組建網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，檢 測各車位的占用或空閑狀態(tài)以及車輛的停車情況。本系統(tǒng)的主控計(jì)算機(jī)通過 RS-232串口與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)相連 接，計(jì)算機(jī)的主控程序調(diào)用 ReadFile , WriteFile 等標(biāo)準(zhǔn)文件操作讀寫串口。同 時(shí)，協(xié)調(diào)器提供用口終端程序，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與協(xié)調(diào)器的通信。主控計(jì)算機(jī)與無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)無縫連接，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所采集的數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)的主控中心管理系 統(tǒng)處理。第一周項(xiàng)目概要設(shè)計(jì)：硬件ARM開發(fā)板（顯示界

4、面）zigbee無線傳輸數(shù)據(jù)的2個(gè)zigbee模塊：1個(gè)協(xié)調(diào)器，1個(gè)終端協(xié)調(diào)器 + 終端（超聲波的傳感器測距離）=2.4G頻段：zigbee無線網(wǎng)絡(luò)類似于：（無線路由器）+ 手機(jī)= 互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)超聲波傳感器：用來測距軟件：zigbee開發(fā)的軟件IAR開發(fā)工具第二周：串口是什么？串口是一種通信的接口。比如：USB接口，并口，串口UART通用異步收發(fā)器TXD:發(fā)送信號(hào)線RXD接收信號(hào)線GND :地串口發(fā)送數(shù)據(jù)。無線發(fā)送數(shù)據(jù):zigbee無線網(wǎng)絡(luò)：1個(gè)協(xié)調(diào)器最多可以連接65000個(gè)多終端。需要2個(gè)開發(fā)板：1個(gè)zigbee開發(fā)板：下載 一個(gè) 協(xié)調(diào)器（類似于 WIFI路由器）的程序1個(gè)zigbee開發(fā)板：

5、下載一個(gè) 終端（手機(jī)，IPAD,筆記本）的程序終端 協(xié)調(diào)器：聯(lián)網(wǎng)ZIGBEE 模塊： 每個(gè)車位都配有1個(gè)終端，功能：采集距離值，溫度值 發(fā)給 協(xié)調(diào)器：No1: car , 30協(xié)調(diào)器 收到了這個(gè)溫度，有車/沒車- 目的？協(xié)調(diào)器PC（電腦）：用口助手 看到 ：溫度，車。- 目的?協(xié)調(diào)器 用口發(fā)送數(shù)據(jù)-ARM開發(fā)板（主控板）目的?No1: car, 30ARMfc控板：分析數(shù)據(jù)，分析字符串:- 1.改變相應(yīng)的 車位的 圖片. 記錄車進(jìn)入車位的時(shí)間。.計(jì)算車離開的時(shí)候，停車的時(shí)間，根據(jù)這個(gè)時(shí)間，計(jì)算費(fèi).引導(dǎo)車主，開往空閑的車位。LCD上顯示，以上的內(nèi)容ARMFF發(fā)板：= 協(xié)調(diào)器：（USB串口連接AR

6、M開發(fā)板）ARMFF發(fā)板：（Linux系統(tǒng)讀用口目的，讀到 車來/車走 信息） 怎么讀用口？對(duì)于windows來說：電腦多了COM21 windows用用口助手在讀用口在linux系統(tǒng)中：一切的設(shè)備都是以文件的形式存在的。在linux 中讀用口：讀/dev/ttyUSB0 文件，就是讀用口。在linux中編寫程序：seri.c用來讀用口的程序+ lcd.c = 停車場的程序.打開用口 : open_port（fd, 1）;.設(shè)置波特率，數(shù)據(jù)位，停止位 ：set_opt（fd,9600,8,N,1）. 讀用口： read（fd, buff, 20）;把用口中的數(shù)據(jù)讀到 buff中int main

7、（void）int fd;int nread,i;char buff20=0;/ 數(shù)組，用來保存串口的數(shù)據(jù)： car coming / cargoing/ LCD初始化函數(shù)/fd 代表已經(jīng)打開的：/dev/ttyUSB0 設(shè)備if(fd=open_port(fd,1)0)perror(open_port error);return;if(i=set_opt(fd,9600,8,N,1)0)perror(set_opt error);return;printf(fd=%dn,fd);while(1)/讀用口，讀的內(nèi)容放到 buff中，最多讀20個(gè)字節(jié)/ nread 成功讀到了多少個(gè)字節(jié)nread

8、 = read(fd, buff, 20);printf(nread=%d,%sn,nread,buff);判斷串口的數(shù)據(jù)的內(nèi)容：如果是車來：if( strncmp(buff, car coming, 10 尸=0)換圖片，開始計(jì)時(shí)如果是車走：if( strncmp(buff, car going,9 )=0)換圖片，停止計(jì)時(shí)，計(jì)費(fèi)顯示時(shí)間，費(fèi)用在LCD上。sleep(2);/ write(fd,buff,strlen(buff);/ printf(nread=%d,%sn,nread,buff);close(fd);return;2.2 實(shí)習(xí)內(nèi)容無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述本次課題為停車場空位檢測提供

9、了依據(jù)，有助于停車場的管理和發(fā)展。本文分析了當(dāng)前停車場智能管理系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和停車位監(jiān)控的主要實(shí)現(xiàn) 方式，并介紹無線傳感器中的 ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議，并基于ZigBee協(xié)議，采用 CC24305片和超聲波測距模塊，設(shè)計(jì)一個(gè)停車位空位檢測系統(tǒng)，并且增加顯示 停車場所有車位的空閑與否的顯示屏，實(shí)現(xiàn)停車場內(nèi)停車誘導(dǎo)，增加停車位與所停車輛的匹配。內(nèi)容包括基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的停車場空位檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖和檢測器的 安裝位置圖，車位檢測的硬件電路，以及整個(gè)系統(tǒng)和各個(gè)部分的介紹，ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)南嚓P(guān)內(nèi)容。本系統(tǒng)采用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)連接，各個(gè)子系統(tǒng)通過 ZigBe

10、e網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，省去了昂貴的布線成本，滿足了己有停車場不停業(yè)改造的需求，填補(bǔ)了市場空白本系統(tǒng)可幫助泊車者方便快捷地找到車位，提高車場車位管理的規(guī)范程度，提高車位利用率。降低管理人員成本，消除車主尋找車位的煩惱，出行愉快，使停車 場形象更加完美。ZigBee 技術(shù)（IEEE 802.15.4 ）Zigbee 聯(lián)盟成立于2001年8月，負(fù)責(zé)制定網(wǎng)絡(luò)層以上協(xié)議。IEEE 802.15.4工作組則負(fù)責(zé)ZigBee物理和媒體控制層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。ZigBee主要應(yīng)用在短距離范圍之內(nèi)并且數(shù)據(jù)傳輸速率不高的各種電子設(shè)備 之間。與藍(lán)牙同屬802.15。主要使用2.4GH破段，采用跳頻技術(shù)。成本低。在工 業(yè)監(jiān)控、傳感

11、器網(wǎng)絡(luò)、家庭監(jiān)控、安全系統(tǒng)和玩具等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。Zigbee的優(yōu)點(diǎn)：1）省電。由于工作周期很短、收發(fā)信息功耗較低，并且采用了休眠模式， 因此ZigBee技術(shù)可以確保2節(jié)五號(hào)電池支持長達(dá)6個(gè)月到2年左右的使用說明。不 同的應(yīng)用對(duì)應(yīng)的功耗自然是不同的。2）可靠。采用了碰撞避免機(jī)制，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專 用時(shí)隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競爭和沖突。MA夜采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息。3）成本低。模塊價(jià)格低廉，且ZigBee協(xié)議是免專利費(fèi)的。4）時(shí)延短。針對(duì)時(shí)延敏感的應(yīng)用作了優(yōu)化，通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的 時(shí)延都非常短。設(shè)備搜索時(shí)延典型值是 30

12、ms休眠激活時(shí)延典型值是15ms活 動(dòng)設(shè)備信道接入時(shí)延為15ms5）節(jié)點(diǎn)通信設(shè)備易于配置。6）網(wǎng)絡(luò)容量大。ZigBee可以采用星形、網(wǎng)狀、用狀結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，而且可以通 過任一節(jié)點(diǎn)連接組成更大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。從理論上講，其可連接的節(jié)點(diǎn)多達(dá)64000個(gè)。一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可以容納254個(gè)從設(shè)備和一個(gè)主設(shè)備，一個(gè)區(qū)域內(nèi)可以 同時(shí)存在最多100個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)。7）安全。ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，加密算法采用AES128 同時(shí)各個(gè)應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。8）全球通用性和完好的開放性。ZigBee標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，使ZigBee設(shè)備間的通信 成為輕而易舉的事情。各種無線通信技術(shù)的性能比較Z

13、igbee藍(lán)牙HomeRFWi-Fi使用頻段/GHz2.42.42.42.4調(diào)制技術(shù)BPSK.OQPSKGFSKFSKQPSK最大速率/Mb/s0.2511.61功耗極低中等中等高復(fù)雜性簡單復(fù)雜復(fù)雜很復(fù)雜覆蓋距離/m100105050網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)255812750使用成本低中等中等中等安裝難度簡單簡單簡單簡單通過比較可知，ZigBee與Wi-Fi（IEEE802.11）, Bluetooth（IEEE802.15售同使用 2.4Gh須段的技術(shù)相比，用戶能擁有較長的電池壽命和較多的器件陣列更適合于大型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組建。停車位傳感器的硬件設(shè)計(jì)技術(shù)在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，全功能器件（FFD）M有控制器，可建

14、立并形成網(wǎng)絡(luò)，能連接其它 FFD或RFD提供信息雙向傳輸。精簡功能器件（RFD）R能傳送信息給 FFD或從FFD接收信息。FFD節(jié)點(diǎn)可作為協(xié)調(diào)器、路由器以及終端節(jié)點(diǎn)。RFD節(jié)點(diǎn)只可做終端節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)中只能有一個(gè)協(xié)調(diào)器，管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)14。每個(gè)獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)號(hào) （Personal Area Network ID,個(gè)域網(wǎng)ID）都是唯一的。本系統(tǒng)中， 停車位的傳感器作為終端節(jié)點(diǎn)，選用CC2430芯片。CC2430為FFD器件， CC2430芯片采用7mm X 7mm QLP封裝，共有 48個(gè)引腳。全部 引腳可分為I/0端口線引腳（21個(gè)）、控制線引腳和電源線引腳。數(shù)據(jù)采集超聲波傳感器基于CC2430的超

15、聲波接收模塊設(shè)計(jì)如圖所示：數(shù)據(jù)傳輸Zigbee數(shù)據(jù)處理MCU電源管理單元超聲波接收模塊停車場管理系統(tǒng)構(gòu)成本系統(tǒng)可分為4個(gè)模塊：入口管理、泊位管理、車位管理和出口管理。該方案主要由停車場內(nèi)系統(tǒng)和泊車引導(dǎo)子系統(tǒng)組成。停車場內(nèi)系統(tǒng)是整個(gè)停車場管理系統(tǒng)的核心，也是該管理系統(tǒng)的特色所在，用車位檢測的方法給泊車引導(dǎo)提供了更迅速、更真實(shí)的信息，減少了車輛尋找車位的時(shí)間；利用車輛信息查詢技術(shù)確保了客戶快速找到自己的停車位，滿足了客戶 的需求，從而顯得更加人性化?？刂浦行某隹谕ǖ啦窜囈龑?dǎo)停車場內(nèi)系統(tǒng)入口通道讀卡器組車輛檢測引導(dǎo)顯示型引導(dǎo)顯示產(chǎn)無線通信系統(tǒng)車位檢測無線通信系統(tǒng)車位檢測無線通信系統(tǒng)車位檢測讀卡器組車

16、輛檢測空余車位顯示本文提出了一種基于 ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的停車場空位檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。采用 Zigbee無 線收發(fā)裝置實(shí)現(xiàn)停車場的車位檢測及智能管理。在停車場的每一個(gè)車位上方安裝超聲波探頭。這些探頭能夠?qū)⒄麄€(gè)停車場的車位占用情況通過節(jié)點(diǎn)控 制器準(zhǔn)確地傳送到中心控制器，中心控制器通過對(duì)這些信息進(jìn)行分析、處理，分別將相關(guān)指令傳送給車位 引導(dǎo)牌，滿位顯示牌，司機(jī)只要按照引導(dǎo)牌的指示行駛，就可以順利地停車入位或駛離停車場。中心控制器還將綜合分析得出的信息，傳送到設(shè)在監(jiān)控室內(nèi)的系統(tǒng)計(jì)算機(jī)和停車場動(dòng)態(tài)顯示屏。監(jiān)控 人員可以利用計(jì)算機(jī)上的專業(yè)軟件對(duì)該車場的各種數(shù)據(jù)、圖像、歷史紀(jì)錄以不同的條目進(jìn)行管理和

17、查詢。 車位動(dòng)態(tài)顯示屏可以使管理人員直觀查看停車場使用情況。泊車引導(dǎo)系統(tǒng)泊車引導(dǎo)系統(tǒng)很重要，作用就是幫助司機(jī)迅速找到合適的空余車位。泊車引導(dǎo)子系統(tǒng) 由通道上的引導(dǎo)顯示牌組成。引導(dǎo)顯示牌主要安裝在道路岔口處，指示停車場中左方、 右方和前方剩余車位的數(shù)量。.泊車引導(dǎo)系統(tǒng)工作流程通過車位探測器可以實(shí)時(shí)采集停車場的各個(gè)停車位的停車情況，區(qū)域控制器按照輪詢 的方法對(duì)停車場各個(gè)車位的相關(guān)信息進(jìn)行收集，并按照一定規(guī)則將數(shù)據(jù)壓縮編碼后反饋給主控制器，由主控制器對(duì)整個(gè)車場的車位停放信息進(jìn)行分析處理后，發(fā)送給停車場內(nèi)各指示牌、引導(dǎo)牌等提供信息，指導(dǎo)車輛進(jìn)入相關(guān)車位，并同時(shí)將數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)存放到數(shù)

18、據(jù)庫服務(wù)器，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)查詢接口。.系統(tǒng)安裝分布詳細(xì)解讀停車場各個(gè)入口停車場的每個(gè)入口均應(yīng)該安裝入口車位信息總顯示屏，用于顯示停車場內(nèi)車位信息。顯示屏由高亮度戶外 LED模塊、驅(qū)動(dòng)電路、控制電路、支架等部分組成。它接收中央控制器的 車位統(tǒng)計(jì)信息，用數(shù)字和文字形式實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前停車場空閑車位數(shù)量，提示準(zhǔn)備入場的車輛司機(jī)。安裝效果如圖:rpl 空車位J Aval lablo LotsA區(qū)一二靠三工b 區(qū) 33H0c 區(qū) -OE!.Ep停車場1 Parking歡迎光臨空車位.1Avcii Jable Lota呻,“三己1入口車位信息總顯示屏停車場內(nèi)部岔道口停車場內(nèi)部重要的岔道口需安裝車位引導(dǎo)顯示

19、屏，顯示屏由高亮度戶外 LED模塊、驅(qū)動(dòng)電路、控制電路、支架等部分組成。它接收中央控制器的輸出信息，用數(shù)字、箭頭和文字等 形式顯示車位方位，引導(dǎo)司機(jī)快速找到系統(tǒng)分配的空車位。停車場中央控制器通過網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)路口的任意方向的引導(dǎo)，從而將車流分配到停車場最適合的位置，保證停車場的暢通和充分利用車位。安裝效果如圖:lots available* 1VV* !Avail- 叫e s+ m，a a 9 %1+，s w-iLok*+* a 卜 上 4 ，-8-* *- + 三二三-1 J,VZ 車位引導(dǎo)顯示屏每個(gè)停車位每個(gè)停車位上均需安裝一個(gè)車位探測器和一個(gè)車位指示燈。車位指示燈直接從車位探測器上接線

20、，施工方便。對(duì)每個(gè)車位的占用和空閑情況進(jìn)行可靠檢測。 在每個(gè)車位上方安裝 超聲波探測器即可探測到有無車輛停泊在車位上。 如果有車，探測器控制車位指示燈顯示紅 色，否則顯示綠燈。安裝效果圖:停車位指示燈中央控制器中央控制器負(fù)責(zé)整個(gè)停車場引導(dǎo)系統(tǒng)的采集與控制，是系統(tǒng)核心。中央控制器采用Motorola公司的DSP實(shí)現(xiàn)綜合控制，主頻速度達(dá)到80MPIS,性能卓越，能夠承擔(dān)高達(dá) 8000個(gè)車位的停車場管理功能。停車場引導(dǎo)系統(tǒng)的核心功能是進(jìn)行車位引導(dǎo)，該功能主要由中央控制器完成。3.1.1車位檢測電路方案論證觸發(fā)類型的選擇是實(shí)現(xiàn)車位狀態(tài)檢測的關(guān)鍵技術(shù)。觸發(fā)類型的選擇可以看作是傳感器類型的選擇。下面對(duì)傳感

21、器的性能進(jìn)行仔細(xì)的對(duì)比。1、紅外線傳感器當(dāng)有車駛?cè)肽耻囄粫r(shí)，紅外探頭對(duì)射感應(yīng)并把車位狀態(tài)上報(bào)給控制中心。紅外探測具有價(jià)格低廉、應(yīng)用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，并且由于開發(fā)較早，技術(shù)相對(duì)成熟。但是紅外也有很多不利因素：1）容易受各種熱源、光源、電磁和其他人員的干擾，在停車場的復(fù)雜環(huán)境里會(huì)導(dǎo)致的誤 報(bào)；2）容易造成多次觸發(fā)， 車位檢測要求有一個(gè)確定的觸發(fā)狀態(tài)，尤其是在車位進(jìn)出時(shí)車位的時(shí)候，給車位實(shí)時(shí)監(jiān)測帶來難度，所以不能滿足設(shè)計(jì)要求；3）無法實(shí)現(xiàn)車位狀態(tài)的主動(dòng)查詢。2、超聲波傳感器超聲波傳感器一般是用來測距的，根據(jù)聲波在空氣中傳輸?shù)臅r(shí)間來得到距離。根據(jù)使用環(huán)境，計(jì)算出最大誤差值，當(dāng)某車位無車時(shí)，超聲波傳感器測得

22、的距離大于門限值；當(dāng)有車時(shí)，測得的距離小于門限值。 這樣可以清晰顯示車位的狀態(tài)，而且控制中心可以隨時(shí)主動(dòng)查詢車位狀態(tài)的信息。當(dāng)然，超聲波傳感器也有缺點(diǎn)：1）周圍環(huán)境產(chǎn)生40kHz左右的噪音時(shí)會(huì)導(dǎo)致超聲波傳感器接收錯(cuò)誤；2）一個(gè)超聲波傳感器發(fā)射接收容易受干擾，兩個(gè)相近的物體可能引起超聲波傳感器的接收錯(cuò)誤；3）不能適應(yīng)多風(fēng)的場合，風(fēng)不能大于六級(jí)。能否主動(dòng)獲取車位狀態(tài)信息是車位狀態(tài)檢測的一項(xiàng)基本要求，因此在停車場中超聲波傳感器的缺點(diǎn)基本可以避免。經(jīng)綜合考慮以上方案，最終選擇超聲波傳感器19。停車位檢測器的設(shè)計(jì)停車場的環(huán)境比較復(fù)雜，紅外線傳感器構(gòu)成的車位檢測器易受灰塵影響，并且安裝不 便，所以并沒有得

23、到普遍應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)將超聲波車位傳感器安裝在車位的正上方，向下發(fā)射超聲波，超聲波經(jīng)過地面或車輛頂部反射又由傳感器接收，即可獲取超聲波傳輸?shù)臅r(shí)間， 從而計(jì)算超聲波傳輸?shù)木嚯x。當(dāng)車位有車時(shí)，其所得距離與無車時(shí)的距離是不一樣的，由此判斷車位上有無泊車。本次設(shè)計(jì)采用的是 TGWH636超聲波傳感器，具有防誤檢功能，如防相鄰車位誤檢、人 員在停車位上誤檢、障礙物誤檢等，本探測器是停車場車位檢測系統(tǒng)首選探測器。探測器工作穩(wěn)定可靠，技術(shù)成熟，已經(jīng)裝備了多個(gè)國家重要部門的停車場，占有國內(nèi)大部分市場。探測器外形美觀，實(shí)時(shí)狀態(tài)燈顯示車位，現(xiàn)場安裝、調(diào)試、維修方便。探測器安全可靠，保證全部接線與外部絕緣，保證停車場

24、工程的安全。并且探測器功耗極低，降低用戶用電費(fèi)用。采用繼電器觸點(diǎn)輸出，接口簡單，安全可靠，適合各種控制系統(tǒng)23。超聲波檢測空位示意圖超聲波檢測車位狀態(tài)的原理及實(shí)現(xiàn).超聲波檢測車位的原理超聲波檢測車位狀態(tài)是基于超聲波測距原理實(shí)現(xiàn)的。超聲波測距原理是：超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)， 其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩 電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波本時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)， 將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，就成為超聲波接收器。在超聲探測電路中，發(fā)射端得到輸出脈沖為一系列方波，其寬度為發(fā)射超聲

25、的時(shí)間間隔，被測物距離越大，脈沖寬度越大，輸出脈沖個(gè)數(shù)與被測距離成 正比26。通過超聲波發(fā)射探頭不斷發(fā)送超聲波，并檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波， 從而測出發(fā)射和接收回波的時(shí)間差T,然后求出距離s=CT / 2,式中的C為超聲波波速。為了能測量頂端和地面之間的距離，我們可以在汽車位上方安裝傳感器排組，用超聲脈沖激勵(lì)超聲探頭向外輻射超聲波，同時(shí)接收從被測物體反射回來的超聲波（簡稱回波），通過檢測或估計(jì)從發(fā)射超聲波至接收回波所經(jīng)歷的射程時(shí)間ToF（Time of Flight）,按下式計(jì)算超聲波探頭與被測物體之間的距離 d,即d=1/2xcx T oF （c為聲波在空氣介質(zhì)中的傳播速度）。

26、經(jīng)大 量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證頻率為 40KHZ左右的超聲波在空氣中傳播的效率最佳，因此，為了便于處理， 發(fā)射的超聲波被調(diào)制成 40KHz左右、具有一定間隔的調(diào)制脈沖波信號(hào)26。定時(shí)器調(diào)制器振蕩器超聲波發(fā)射器 ”控制 .J twU增益放大L超聲波接收器F計(jì)算顯示器圖3.12超聲波測距原理圖.超聲波檢測車位狀態(tài)的判斷根據(jù)超聲波測距的原理，假設(shè)停車場的頂部與地面的高度為3米，空氣傳播速度被認(rèn)為是不變的。在實(shí)際中，如果有車停入時(shí)，超聲波發(fā)出后遇到汽車頂部反射，超聲波接收到的時(shí)間就要比沒有車的時(shí)間短，據(jù)公式L=Vt/2推出，得到的距離 L與實(shí)際距離3米比較，如小于3米，表示車位被占據(jù)，否則說明車位未被占據(jù)。為了克服

27、人在車位上走動(dòng)的干擾，當(dāng) 檢測到有車剛停放時(shí)，需要隔幾秒之后再進(jìn)行確認(rèn)23。由于超聲波測距傳感器常用的方式是1個(gè)發(fā)射頭對(duì)應(yīng)1個(gè)接收頭，也有多個(gè)發(fā)射頭對(duì)應(yīng)1個(gè)接收頭，共同之處是：每個(gè)接收頭只測量一個(gè)位置，這個(gè)位置就是除盲區(qū)內(nèi)因發(fā)射 的超聲旁瓣引起的接收信號(hào)超聲波包絡(luò)峰值外，第1個(gè)接收信號(hào)超聲波包絡(luò)峰值對(duì)應(yīng)的距離。于是我們根據(jù)脈沖回波檢測法提出了以下車位占空判斷準(zhǔn)則：準(zhǔn)則一：凡一次回波時(shí)間T有如下關(guān)系：T o-A tttO+A t如圖所示，視為無車。這里A T為考慮溫度變化及傳感器安裝高度允許誤差所加的時(shí)間校正量，T O為常溫和固定高度下一次回波的時(shí)間。準(zhǔn)則二：凡一次回波時(shí)間T有如下關(guān)系：或無回波

28、，均視為無車。圖3.13傳感器脈沖回波示意圖垠回以上兩條準(zhǔn)則充分考慮了各種實(shí)際情況，諸如車輛偏離車位中心，非平面車頂或無蓬頂1。車造成的復(fù)雜回波甚至無回波，臨近車輛的回波干擾等，其檢測的可靠性遠(yuǎn)比傳統(tǒng)方法為高。如果加以有效的信號(hào)處理，則可進(jìn)一步提高檢測的可靠性考慮到檢測方式是脈沖反射式近距狀態(tài)測量,故可忽略濕度、溫度梯度變化、空氣擾動(dòng)等次要因素的影響。故有式中A T一對(duì)應(yīng)相對(duì)常溫的溫度變化量所加的時(shí)間校正量安裝高度允許誤差h折合的時(shí)間校正量由聲速公式c=331.4,( 1+k/273)(m/s),式中 k-氏溫度，C得：t =2h/c=2h / (331.4，(1+k/273)t o = 2h

29、o / Co =2ho / (331.4 V(1+ko/273)(s)d t =(? t / ? k) dk+ (? r / ? h)dh?r / ?k (h /(331.4 X 273) (s/ C)?t /?h =2/331.4 （s/m）室內(nèi)（地下）k的變化范圍一般為幾十?dāng)z氏度，故有以上近似式。所以:A = A +A ” = | (?r/ ?k) Ak | + | (? t /?h) A h |折合成最大測距誤差為：AHmax= 1/2 A t - c |50 C 。 (50C為設(shè)計(jì)適用溫度范圍的上限),若A Hmax小于入場車輛的最低有效反射平面高度（約0.5m）,則無需另加溫度傳感器

30、進(jìn)行誤k0=20 ,差校正，僅需將估算出的 T以常量形式編入程序即可。實(shí)際應(yīng)用中我們?nèi)〕厥褂脺囟确秶鸀?1050C,由此 k=30C;傳感器安裝高度h0 = 3m,設(shè)最大安裝高度允 許誤差 Ah= 10.0cm,貝U。o=0.0175s=17.5ms,若 A。=(9.95+6.04 )x 0.0001=1.60ms, A Hmax = 1/2 A t - c 150 c =0.288mv 0.5m。即可得到判斷的門限值 2。2.超聲波檢測車位狀態(tài)的實(shí)現(xiàn)超聲波檢測車位狀態(tài)的電路包括：超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路和Zigbee電路。由單片機(jī)的管腳產(chǎn)生頻率為 40KHz的方波信號(hào)。為了提高發(fā)射強(qiáng)度，用推挽的方式將方波信 號(hào)加到超聲波換能器兩端。輸出端采用兩個(gè)反相器并聯(lián)，用于提高驅(qū)動(dòng)能力。超聲波接收電 路核心器