基于单片机的智能车库管理系统设计

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【摘要】智能车库管理系统是集计算机技术、图像识别与处理、自动控制、网页编程技术为一体的全自动综合系统。该系统以车牌识别为基础，以车牌号为中心，车辆进出无需停车取卡，联合多个停车场提供车位实时查询、车位预约的功能，收费由系统自动完成无需人为参与。

【关键词】智能停车场;车牌识别;车位查询;网页设计

1.引言

随着汽车大量的进入个人家庭，停车难、找车位难等问题成为困扰汽车用户的一大难题。如何更加便捷、更加安全的停车，是越来越多车主必须要面对的问题。本智能管理系统着重在车辆进出、自助查询、自助预定等方面做了很好的设计，致力于提供无需人为参与管理、提供各种自助服务、全自动化的停车管理系统。

系统以车牌识别为基础，以车牌号为中心，采用车牌自动识别技术、自动控制车辆进出、自动计费管理、自助查询与缴费、自助预定车位等相结合的方式，为用户提供一系列智能化服务，同时也提升管理员的工作效率，能有效加强停车场科学管理水平。

2.系统硬件设计

2.1 系统硬件结构

系统硬件结构框图如图1所示。由图1可知，系统主要由单片机最小系统、485接口模块、车牌识别模块、红外检测与闸门开关模块、点阵屏显示模块、车位led显示模块组成。

图1 系统硬件结构框图

2.2 系统硬件工作流程

单片机通过485接口同上位机pc客户端进行数据交换，红外检测是否有车辆进出，若有，则发送车牌识别指令到上位机，上位机通过摄像头图像识别出车牌号，将该车牌号及停车场名发送给服务器端进行校验，服务器端检测该车辆是否满足进出条件，若满足进入条件，则返回分配的车位号、控制闸门开关的起降、控制显示模块的显示。若不满足进入条件，则控制显示模块的显示，告知用户为何不满足进入条件，并引导用户离开。

（1）当有车辆到达工作区后，红外检测模块开始检测车辆，若检测到车辆，则将信号发送给上位机，控制摄像头识别出车牌号。随后将车牌号及停车场名提交到系统服务器进行处理，若返回”允许进入”，则打开闸门开关，提示用户所在停车位。否则提示用户出错信息。

（2）系统点阵显示屏采用64*16点阵屏，通过循环移位的方式显示提示信息。当车辆进入停车场时，若检测出车辆余额不足，则点阵屏用于提示用户前往相应网址进行充值。若系统返回允许进入指令，则点阵屏用于告知用户”允许进入”;当车辆离开停车场时，若检测出车辆余额不足，则提示用户充值。若系统返回允许离开时，则告知用户本次停车所用的费用。

（3）车位led显示，用于提示用户该车位是否可用。若车位led为红灯亮，表示该车位不可用或未分配给该用户。用户应该寻找绿灯车位，停放车辆。当车辆停在分配好的车位上时，绿灯变成红灯，表示此车位已有车辆停放，成为不可用车位。

3.系统软件设计

3.1 系统软件功能规划

按照智能停车场系统和用户的实际需求，规划好功能模块，以此设计和开发各个功能模块所对应的软件程序，该系统有以下主要功能模块：

单片机模块：主要用于控制红外检测与闸门开关、点阵屏显示、车位led显示，以及通过485模块和上位机进行数据交换。

上位机模块：在VC++6.0环境下编译，主要完成车牌识别、与单片机的数据交换、与服务器之间的数据交换。

服务器数据库模块：系统设计背景是多个停车场、多车位、实时查询与监控，需要满足这些要求，我们选择使用mysql作为我们的数据库。主要完成数据存储、数据查询、数据导入导出等功能。包含以下数据表，用户信息表、停车场信息表、车辆进出表、车位预约表等。

网页模块：提供停车场查询、停车位查询、用户充值、车位预约等功能。

3.2 软件开发技术核心

3.2.1 单片机模块设计

485通信接口实现上位机与多个单片机之间的数据通信。上位机作为主机，多个单片机作为从机，初始状态所有从机处于接收数据状态，等待主机发送匹配地址及数据。当红外检测到有车辆时，将该单片机的接收状态改为发送数据状态，将”已检测到车辆”发送给上位机，数据发送完后将单片机状态改为接收数据状态，等待上位机地址匹配。上位机要给单片机发送数据时，先发送地址数据，指明是给哪个单片机发送数据。得到匹配后再发送数据。

当红外检测到信号时，将单片机串口状态改为发送数据状态，发送完信号后，改为接收状态，以便接收上位机传来的数据。根据上位机传来的数据，控制电机闸门的开关。单片机还控制点阵显示屏，用来显示提示信息。

3.2.2 上位机模块

上位机软件界面如图2所示。

（1）车牌识别：车牌识别步骤包括图像采集、图像灰度化、图像滤波、图像二值化、车牌定位、字符分割、字符识别等。打开摄像头后，将采集到的图像显示在窗口控件中。当有车辆进入，系统发出截图指令时，将当时采集的一帧图像作为车牌识别的源图片。进而对该图片作灰度化处理、滤波处理，将图片变成0或255的二值化图像，定位到车牌区域获得图像感兴趣区域。最后利用垂直投影法分割字符，利用特征值法识别出字符，我们可得到每个字符的15个特征值，前8个特征的提取是将归一化的字符打成4行2列的网格，分别统计各网格内的灰度值，第9个特征值为前8个特征的和，第10-12个特征分别为第10行、20行、30行的灰度值的和，第13-15个特征分别为第7列，10列，13列的灰度值和。

图2 上位机软件界面

（2）与单片机、服务器通信：上位机利用VC++6.0提供的MSComm控件完成与单片机串口数据的通信。为了保证数据的安全性，上位机系统本身并不对数据进行运算和处理，而是通过访问服务器接口将数据上传至服务器，由服务器对数据进行处理，上位机系统将服务器返回的结果进行json解析后传给单片机。

3.2.3 服务器数据库模块

服务器提供3个主要接口，用户账号验证接口：主要响应上位机用户登录时提交的用户名、密码，验证该用户的合法性;车辆进入处理接口：先检测请求的停车场名和车牌号的合法性，检测余额信息，当检测均无误时，可分配车位给上位机;车辆离开处理接口，先检测请求的停车场名和车牌号的合法性，得到该车辆的停车费用，检测余额信息，当检测均无误时，可以释放车位，返回本次停车费用。

数据库用户信息表account用于用户登录验证及个人信息查询，user为用户名;passwd为密码，该密码经过md5加密后存储;carnum为车牌号，设置为unique唯一，不允许重复;money为用户余额。

后台管理员信息表adminuser，用于管理员登录验证，上位机pc登录验证就是用的adminuser表的信息。其中username是用户名;passwd是经过md5加密的密码;userrank是管理员等级，分为超级管理员和普通管理员，超级管理员有删除修改普通管理员的权限。

停车场信息表lotinfo，用于记录停车场的相关信息，id为停车场id，唯一属性;name为停车场名;maxspace为停车容量;cost为收费标准;jingdu/weidu为经纬度，用于地图显示具体停车场地址。

车位信息表parkingspace，用于记录停车位的状态。Spaceid为车位id;lotid为停车场id;carid为车辆id;locks用于记录车位状态，locks=0表示车位空闲，locks=1表示车位已有车辆停放。

车辆进出表carinout，记录所有车辆的进出，itime为进入时间;otime为离开时间;parkmoney为本次停车费用。

充值日志表log_chongzhi，记录用户的充值行为，可用于统计充值总额和充值历史记录。其中uid为用户id;money为充值金额;times为充值时间。

车位预约表log_yuding，记录用户预约车位的信息，其中times表示预约时间;locks表示预约状态，locks=0表示预约已失效，locks=1表示预约有效。

3.2.4 网页模块

提供停车场查询、停车位查询、用户充值、车位预约等功能。

用户可在首页查看停车场的相关信息，可查看到停车场已用车位、剩余车位、每小时停车费用，以及可通过地图显示出停车场的具置信息，便于用户寻找停车场停车，体现了智能停车场的人性化特征。首页面如图3所示。

系统提供预约服务，用户可选择某个停车场进行车位预约。该预约服务有效时间为24小时，超过24小时则预约失效。当用户车辆进入停车场时，系统会优先分配已预约的车位，车辆进入停车场后，预约失效。有两种预约选择方式，一是随机车位预约，用户可选择某个停车场进行随机车位预约，系统会随机产生一个有效的车位号;二是选择车位预约，用户可选择某个停车场内的有效车位进行车位预约。

图3 智能停车场系统首页

查询页面提供用户自助查询服务，主要包括：个人信息查询、停车记录查询、充值记录查询、预约记录查询等功能。个人信息查询：可查看用户名、真实姓名、车牌号、车型、余额等信息;停车记录查询：可查看车辆历史停车数据，包括进入时间、离开时间、停车时间、停车费用等信息;充值记录查询：可查看用户充值的历史记录。

4.结束语

本智能车库管理系统着重在车辆进出、自助查询、自助预定等方面做了很好的设计，致力于提供无需人为参与管理、提供各种自助服务、全自动化的停车管理系统。

系统主要创新点：车辆进出车库无需停车、自动缴费、自助查询、自助充值、车位预约。

本文从系统全局出发，进行了以下工作：

（1）详细分析了用户需求，指定总体设计方案与系统设计;

（2）利用单片机控制几大模块（485通信、红外检测、显示屏、电机闸门等）;

（3）上位机软件实现，利用VC++编写软件与单片机进行数据交换，与服务器进行数据通信;

（4）服务器端设计，设计良好的数据库以满足现有的客户需求，同时保证良好的可扩展性，于深层次的设计需求。

（5）编写网页代码，完成车位预定、车位查询、自助充值等功能。

在本课题的实现过程中，发现仍然有些方向值得继续深入研究：

（1）车牌识别的精准度。本系统具有车牌自动识别的功能，在外界光照条件良好，车牌基本完整的情况下，能够较为精确的识别出车牌号。但是，现实环境复杂，对于好的产品必须满足各方面的需求，在各种复杂的环境下都需要保证精确的识别率。所以，提高车牌识别的精准度仍是一个值得深入研究的方向;

（2）智能停车管理系统与物业安防系统的结合。我们对进入系统的车辆有进行拍照存档，可查看到一定时间内的车辆进入历史，这些数据都可以与物业安防数据结合在一起，在信息查询、安全管理方面都将会有很大的帮助。

参考文献

[1]孙仁云，郑军.汽车自动化停车场管理系统设计[J].四川工业学院学报，2003，22（4）：62-65.

[2]董加敏.停车场管理系统的设计与优化[J].河南师范大学学报（自然科学版），2007，1（35）：190-193.

[3]丁坚.智能停车场的车牌识别系统研究[D].南京：南京航空航天大学，2008.

[4]徐俊森.汽车牌照识别与停车场管理系统设计与实现，[D].大连：大连理工大学，2005.

作者简介：

张胜美（1992―），女，北京人，大学本科，现就读于北方工业大学信息工程学院电子信息系。

范宜添（1991―），男，福建人，大学本科，现就读于北方工业大学信息工程学院电子信息系。

指导老师：吴小林，北方工业大学电子信息系实验师。