基于Arduino停車場智能閘門的設(shè)計(jì)與制作

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

目錄

1產(chǎn)品功能分析.....................................................1

2設(shè)計(jì)方案分析.....................................................1

2.1設(shè)計(jì)方案介紹................................................1

2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖................................................2

3產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì).....................................................2

3.1Arduinonano開發(fā)板介紹.....................................2

3.2舵機(jī)模塊介紹................................................4

3.3蜂鳴器模塊介紹..............................................4

3.4HC-SRO4超聲波測距模塊......................................5

3.5TM1637數(shù)碼管顯示器.........................................6

3.6HC-06藍(lán)牙模塊..............................................7

4產(chǎn)品軟件設(shè)計(jì).....................................................7

4.1上位機(jī)（安卓APP程序設(shè)計(jì)）..................................7

4.2下位機(jī)程序流程圖............................................9

4.3下位機(jī)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)..........................................9

4.4下位機(jī)程序清單.............................................10

5產(chǎn)品使用說明....................................................10

5.1使用說明書.................................................10

5.2產(chǎn)品裝配圖.................................................11

5.3產(chǎn)品成品圖.................................................12

6產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)................................................12

參考資料..........................................................13

附錄..............................................................14

附件1元器件清單..............................................14

附件2產(chǎn)品電路原理圖..........................................15

附件3PCB設(shè)計(jì)圖...............................................15

附件4產(chǎn)品實(shí)物圖..............................................16

I

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附件5上位機(jī)程序代碼..........................................16

附件6下位機(jī)程序代碼..........................................18

II

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基于Arduino停車場智能閘門的設(shè)計(jì)與制作

1產(chǎn)品功能分析

隨著現(xiàn)代社會的不斷發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，幾乎每個家庭都擁

有了一輛汽車，而停車難成為了讓有車一族頭痛的問題，尤其是在大城市中更

為嚴(yán)重。因此，為了優(yōu)化停車場的停車流程和邏輯，讓停車場管理者和車主都

能夠感受到簡單便捷且高效的停車過程，我設(shè)計(jì)了一款基于Arduino的停車場

智能閘門。

通過此設(shè)計(jì)，我們試圖從停車場閘門這一硬件入手，去解決停車場遇到的

問題，為人們帶來更便捷的停車體驗(yàn)。

2設(shè)計(jì)方案分析

本次的設(shè)計(jì)主要是以Arduinonano開發(fā)板為主導(dǎo)硬件進(jìn)行開發(fā)，下位機(jī)

程序使用ArduinoIDE和Mind+進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)，上位機(jī)使用E4A中文編程軟

件進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)。

2.1設(shè)計(jì)方案介紹

(1)Arduinonano開發(fā)板:進(jìn)行物理連接使杜邦線連接各元器件在整個下位

機(jī)起重要的作用。此處我選用的Arduinonano開發(fā)板具有輕便小巧、價格實(shí)

惠、節(jié)能高效等特點(diǎn)，于淘寶采購。

(2)HC-06藍(lán)牙模塊:HC-06藍(lán)牙模塊是一種低成本、低功耗、短距離無線

通信模塊。它采用Bluetooth2.0協(xié)議，支持串口通信，通常由一個藍(lán)牙芯

片、一個天線、一個電源接口和一些電路元件組成。

HC-06藍(lán)牙模塊通過與其他設(shè)備進(jìn)行藍(lán)牙無線通信，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)

傳輸和控制。用戶可以使用HC-06藍(lán)牙模塊將電子設(shè)備與手機(jī)、電腦等其他設(shè)

備連接，通過藍(lán)牙協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和控制，實(shí)現(xiàn)無線遠(yuǎn)程控制和通信。

該模塊易于使用和集成，用戶只需通過串口通信協(xié)議向模塊發(fā)送控制命令

即可實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙通信。

(3)蜂鳴器模塊:通過距離傳感器獲取到信息來控制蜂鳴器的鳴叫，起到

提示警告的作用。

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(4)HC-SRO4超聲波測距模塊:該模塊是單片機(jī)開發(fā)中常見的測距工具代碼

程序?qū)崿F(xiàn)簡單，應(yīng)用方便、性價比高、精度準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，是開發(fā)者必入門的一

款傳感器。一般應(yīng)用于避障小車、水位監(jiān)控系統(tǒng)中，本次設(shè)計(jì)該模塊應(yīng)用于距

離檢測中，上位機(jī)發(fā)出指令顯示檢測的距離回傳給上位機(jī)APP顯示。

(5)TM1637數(shù)碼管顯示器模塊:該模塊顯示效果好、分辨率高、主動發(fā)

光、圖像穩(wěn)定等特點(diǎn)深受開發(fā)者的喜愛，也是入門級的一款元器件。廣泛應(yīng)用

于智能手機(jī)、家電顯示器、智能攝像頭、實(shí)時顯示設(shè)備、游戲機(jī)等。該模塊在

本次的設(shè)計(jì)中應(yīng)用于顯示方面，即顯示對應(yīng)的數(shù)據(jù)值。

(6)舵機(jī)模塊:通過傳感器獲取數(shù)據(jù)或上位機(jī)發(fā)出指令來控制閘門的開啟

和關(guān)閉。

2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

圖2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

3產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)

3.1Arduinonano開發(fā)板介紹

ArduinoNano是一款類似ArduinoUNO的開發(fā)板。區(qū)別是Nano的尺寸更

加小巧。我們選取的ArduinoNano是一款基于ATmega168的開發(fā)板。它可以

直插面包板或ArduinoNano的擴(kuò)展底板，為了我們的后續(xù)操作方便我選取的

底板套件，底板的作用與面包板類似。

我們通過5v的直流電壓供電接口同時Nano還可以通過Mini-BUSB接口

與電腦連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和供電。

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圖3.1Arduinonano開發(fā)板實(shí)物圖

圖3.2Arduinonano擴(kuò)展底板

本設(shè)計(jì)中Arduinonano核心板的電路圖如圖3.3，通過D3和D5腳接收

超聲波監(jiān)測數(shù)據(jù)，D8和D9引腳輸出顯示數(shù)據(jù)，D13和A0分別分別控制蜂鳴器

和舵機(jī)操作。

圖3.3Arduinonano核心板電路圖

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3.2舵機(jī)模塊介紹

SR90舵機(jī)模塊可將控制信號轉(zhuǎn)換為舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，使得舵機(jī)能夠準(zhǔn)確地

執(zhí)行所需的動作。

SR90舵機(jī)模塊通常由一個微控制器、一個舵機(jī)接口、一個電源接口和一些

電路元件組成。用戶可以通過發(fā)送特定的控制信號來控制舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，通

常使用脈沖寬度調(diào)制（PWM）信號。

圖3.4SR-90舵機(jī)模塊實(shí)物圖

圖3.5SR-90舵機(jī)模塊電路圖

3.3蜂鳴器模塊介紹

蜂鳴器模塊是一種能夠產(chǎn)生聲音的電子模塊。它通常由一個蜂鳴器、一個

驅(qū)動電路和一個電源接口組成。用戶可以通過向蜂鳴器模塊發(fā)送特定的控制信

號，來產(chǎn)生不同頻率和時長的聲音。

蜂鳴器模塊的工作原理是通過交替的高電平和低電平信號，使得驅(qū)動電路

中的蜂鳴器震動，從而產(chǎn)生聲音。通常，用戶可以通過控制高電平和低電平信

號的時間來控制蜂鳴器的頻率和時長，從而產(chǎn)生不同的聲音效果。

蜂鳴器模塊廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品中，由于其簡單易用、成本低廉和可靠性

高等優(yōu)點(diǎn)，蜂鳴器模塊已成為電子制作中不可或缺的重要組件之一。

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圖3.6SR-90蜂鳴器模塊實(shí)物圖

圖3.7SR-90蜂鳴器模塊電路圖

3.4HC-SRO4超聲波測距模塊

HC-SR04超聲波測距模塊是一種能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸式距離測量的電子模塊。

它通常由一個超聲波發(fā)射器、一個接收器、一個控制電路和一個電源接口組

成。

HC-SR04超聲波測距模塊的工作原理是通過發(fā)射超聲波信號并接收回波信

號，來計(jì)算測距距離。用戶可以通過向模塊發(fā)送控制信號，來觸發(fā)超聲波發(fā)射

器發(fā)射一定頻率的超聲波信號，并在接收器接收到回波信號時停止計(jì)時，并通

過計(jì)算回波時間和超聲波在空氣中的傳播速度，來計(jì)算出測距距離。超聲波模

塊實(shí)物圖如圖3.8所示。

圖3.8HC-SRO4超聲波測距模塊實(shí)物圖

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圖3.9HC-SRO4超聲波測距模塊電路圖

3.5TM1637數(shù)碼管顯示器

TM1637數(shù)碼管顯示器芯片具有多種控制功能，可以使數(shù)碼管顯示各種數(shù)

字、字母和符號，同時還可以控制數(shù)碼管的亮度、刷新頻率等參數(shù)。由于它的

控制接口非常簡單，我們可以使用各種微控制器、Arduino開發(fā)板等設(shè)備來控

制TM1637數(shù)碼管顯示器。

TM1637數(shù)碼管顯示器廣泛應(yīng)用于電子時鐘、計(jì)時器、溫度計(jì)、電子秤、電

子游戲等各種電子產(chǎn)品中，由于其低功耗、易于控制、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，TM16

37數(shù)碼管顯示器成為電子制作中常用的顯示器件之一。

圖3.10TM1637數(shù)碼管顯示器模塊實(shí)物圖

圖3.11TM1637數(shù)碼管顯示器模塊

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3.6HC-06藍(lán)牙模塊

HC-06藍(lán)牙模塊是一種低成本、低功耗的藍(lán)牙串口透傳模塊，可以與各種

智能手機(jī)、平板電腦、電腦等設(shè)備進(jìn)行藍(lán)牙通信。它通常由一個藍(lán)牙芯片、一

個串口接口、一個電源接口和一些電路元件組成。可以通過向HC-06藍(lán)牙模塊

發(fā)送特定的控制指令，來實(shí)現(xiàn)與其他藍(lán)牙設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸和通信。

HC-06藍(lán)牙模塊由于其低成本、易于使用、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，HC-06藍(lán)牙

模塊成為電子制作中常用的藍(lán)牙通信模塊之一。

圖3.12HC-06藍(lán)牙模塊實(shí)物圖

圖3.13HC-06藍(lán)牙模塊電路圖

4產(chǎn)品軟件設(shè)計(jì)

4.1上位機(jī)（安卓APP程序設(shè)計(jì)）

本產(chǎn)品的上位機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用的E4A進(jìn)行設(shè)計(jì)。E4A有一個類似于易語

言的優(yōu)點(diǎn)，它是一種中文編程語言，可以用中文編寫代碼，因此只要懂中文就

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能夠掌握E4A。此外，E4A還提供了可視化的編程界面，結(jié)合中文代碼編寫，

使得安卓開發(fā)變得非常簡單。

圖4.1E4A集成開發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)區(qū)

圖4.2E4A集成開發(fā)環(huán)境代碼區(qū)

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4.2下位機(jī)程序流程圖

圖4.3程序流程圖

4.3下位機(jī)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

本產(chǎn)品的下位機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用ArduinoIDE集成開發(fā)環(huán)境并使用C語言

進(jìn)行代碼編寫。

ArduinoIDE可以在Windows、MacOS、Linux三大主流操作系統(tǒng)上運(yùn)行，

具有跨平臺開發(fā)的優(yōu)勢，且界面簡單清晰，ArduinoIDE基于processingIDE

開發(fā)。對于初學(xué)者來說，極易掌握，同時有著足夠的靈活性。此外我熟練學(xué)習(xí)

與掌握了C語言的編程，C語言在單片機(jī)編程中具有不可替代的優(yōu)勢。

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圖4.4ArduinoIDE集成開發(fā)環(huán)境

4.4下位機(jī)程序清單

圖4.5程序清單

5產(chǎn)品使用說明

5.1使用說明書

本產(chǎn)品是一款基于ArduinoNano的自動控制系統(tǒng)，可以幫助您更加方便

地管理停車場的進(jìn)出口。以下是使用說明：

1.組件:包括一個Arduino主板、一組舵機(jī)用于控制閘門的開啟與閉合、

一組距離傳感器用于檢測是否有車輛經(jīng)過、一個藍(lán)牙控制模塊，用于手機(jī)遠(yuǎn)程

的操縱閘門的開啟與閉合、一個蜂鳴器用于提示閘門的開啟，以及一個電源適

配器。

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2.安裝：首先，請將停車場閘門系統(tǒng)的所有部件按照圖紙裝配好，確保所

有部件都牢固地安裝在正確的位置。接下來，將光電開關(guān)和限位開關(guān)分別連接

到Arduino主板上的數(shù)字輸入引腳，將舵機(jī)連接到Arduino主板上的PWM輸出

引腳。然后，將距離傳感器與蜂鳴器也按照圖紙裝配好，將藍(lán)牙接收器連接到

Arduino主板上。最后，接通電源，并將其連接到Arduino主板上的電源接

口。

3.下載程序：在安裝和連接所有部件后，請將Arduino主板連接到計(jì)算機(jī)

上，并在ArduinoIDE軟件中打開停車場閘門程序。然后，將程序上傳到Ardu

ino主板上，啟動系統(tǒng)。

4.操作：通過手機(jī)端APP來向產(chǎn)品的藍(lán)牙模塊發(fā)送數(shù)據(jù)來控制停車場閘門

的開啟和關(guān)閉，或者通過距離傳感器檢測車輛是否進(jìn)過閘門來自動控制停車場

閘門的開啟和關(guān)閉。

5.維護(hù)：為了確保停車場閘門系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需要檢查各部件的連接和

電線是否正常。

5.2產(chǎn)品裝配圖

按照圖5.1產(chǎn)品裝配圖連接各個模塊即可完成產(chǎn)品裝配，接線時需要注意

引腳配對。

圖5.1產(chǎn)品裝配圖

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5.3產(chǎn)品成品圖

裝配完成，通過調(diào)試成功后產(chǎn)品圖如圖5.2。

圖5.2產(chǎn)品成品圖

6產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

[1]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E電子組件的可接受性要求

[2]GB/T11457-2006信息技術(shù)軟件工程術(shù)語

[3]GB/T8566-2007信息技術(shù)軟件生存周期過程標(biāo)準(zhǔn)

[4]GB/T8567-2006計(jì)算機(jī)軟件文檔編制規(guī)范

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參考資料

[1]林倩.DHT11數(shù)字溫濕度傳感通信協(xié)議的IO模擬[J].信息通信,2017(01)

[2]鄧胡濱.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)[M].人民郵電出版社，2015

[3]SimonMonk著，唐樂譯.Arduino+Android互動智作[M].北京：科學(xué)出版社，2013

[4]喻宗泉.《藍(lán)牙技術(shù)基礎(chǔ)》[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014

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附錄

附件1元器件清單

CommentDescriptionDesignatorFootprintLibRefQuantity

3.3V_VCC3.3V_VCCHDR1X23.3V_VCC1

HDR2X15_CE

Arduino_nanoArduino_nanoArduino_nano1

N

BEEPBEEPHDR1X2BEEP1

HC-06HC-06HDR1X4HC-061

HCSR04HCSR04HDR1X4HCSR041

MT1637MT1637HDR1X4MT16371

S_90S_90HDR1X3S_901

基于Arduino的停車場智慧閘門設(shè)計(jì)與制作趙欣20移動互聯(lián)3班

附表1.1元器件清單

附件2產(chǎn)品電路原理圖

附圖2.1產(chǎn)品電路原理圖

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附件3PCB設(shè)計(jì)圖

附圖3.1PCB原理圖

附件4產(chǎn)品實(shí)物圖

附圖4.1產(chǎn)品實(shí)物圖

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附件5上位機(jī)程序代碼

事件主窗口.創(chuàng)建完畢()

開關(guān)1.可視=假

列表框1.可視=假

如果藍(lán)牙1.是否存在()=假則

彈出提示("沒有找到藍(lán)牙設(shè)備,退出程序！")

結(jié)束程序()

否則

藍(lán)牙1.開啟藍(lán)牙()

藍(lán)牙1.置工作模式(2)

按鈕1.標(biāo)題="搜索藍(lán)牙"

結(jié)束如果

結(jié)束事件

事件按鈕1.被單擊()

如果按鈕1.標(biāo)題="斷開連接"則

按鈕1.標(biāo)題="搜索藍(lán)牙"

結(jié)束如果

如果按鈕1.標(biāo)題="搜索藍(lán)牙"則

藍(lán)牙1.搜索設(shè)備()

列表框1.到頂層()

列表框1.可視=真

否則

藍(lán)牙1.斷開連接()

按鈕1.標(biāo)題="連接藍(lán)牙"

標(biāo)簽1.標(biāo)題="藍(lán)牙串口調(diào)試"

標(biāo)簽1.字體顏色=黑色

結(jié)束如果

結(jié)束事件

事件藍(lán)牙1.發(fā)現(xiàn)設(shè)備(設(shè)備名稱為文本型,設(shè)備地址為文本型,是否已

配對為邏輯型)

列表框1.添加項(xiàng)目(設(shè)備地址&"-"&是否已配對&"-"&設(shè)備名稱)

結(jié)束事件

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事件列表框1.表項(xiàng)被單擊(項(xiàng)目索引為整數(shù)型)

變量列表內(nèi)容為文本型

變量地址信息為文本型()

列表內(nèi)容=列表框1.取項(xiàng)目內(nèi)容(項(xiàng)目索引)

地址信息=分割文本(列表內(nèi)容,"-")

彈出提示("正在連接"&地址信息(2))

藍(lán)牙1.連接設(shè)備(地址信息(0))

結(jié)束事件

事件藍(lán)牙1.連接完畢(連接結(jié)果為邏輯型,設(shè)備名稱為文本型,設(shè)備地

址為文本型,連接模式為整數(shù)型)

如果連接結(jié)果=真則

彈出提示("藍(lán)牙連接成功")

按鈕1.標(biāo)題="斷開連接"

列表框1.可視=假

開關(guān)1.可視=真

標(biāo)簽1.標(biāo)題="已連接"&設(shè)備名稱

標(biāo)簽1.字體顏色=紅色

標(biāo)簽1.字體大小=15

否則

彈出提示("連接失敗")

結(jié)束如果

結(jié)束事件

事件按鈕2.被單擊()

結(jié)束程序()

藍(lán)牙1.斷開連接()

結(jié)束事件

事件開關(guān)1.狀態(tài)被改變(狀態(tài)為邏輯型)

如果狀態(tài)=真則

藍(lán)牙1.發(fā)送數(shù)據(jù)(十六進(jìn)制到字節(jié)集("31"))

否則

藍(lán)牙1.發(fā)送數(shù)據(jù)(十六進(jìn)制到字節(jié)集("32"))

結(jié)束如果

結(jié)束事件

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附件6下位機(jī)程序代碼

#include<SevenSegmen