基于單片機(jī)控制的自動(dòng)停車收費(fèi)管理系統(tǒng)

0 引言 

    隨著經(jīng)濟(jì)的增長，越來越多的人加入了購車行列。汽車數(shù)量的劇增和停車場(chǎng)地的相對(duì)短缺，使得停車場(chǎng)的管理收費(fèi)問題凸現(xiàn)。特別是大型超市的臨時(shí)停車場(chǎng)管理收費(fèi)更加困難。

1 現(xiàn)有停車場(chǎng)收費(fèi)管理系統(tǒng) 

    目前的停車場(chǎng)收費(fèi)管理系統(tǒng)通常采用以下兩種計(jì)費(fèi)方式：

    (1)攝像計(jì)費(fèi)方式：在停車場(chǎng)出入口分別放置一臺(tái)攝像機(jī)，通過攝像機(jī)攝下汽車車牌號(hào)碼，送單片機(jī)或者電腦處理。再通過單片機(jī)計(jì)算停車時(shí)間和費(fèi)用，并控制大門開啟。該方案信息量大，要求具有較大的存儲(chǔ)容量。軟件設(shè)計(jì)復(fù)雜，成本高。 

    (2)刷卡計(jì)費(fèi)方式：車主到指定地點(diǎn)辦理IC卡，通過打卡進(jìn)出停車場(chǎng)，并通過IC卡繳費(fèi)。但該方式更適合于有長期固定停放車位的停車場(chǎng)。

    為了解決上述傳統(tǒng)計(jì)費(fèi)方式的不足，筆者設(shè)計(jì)了一款基于89C51單片機(jī)的臨時(shí)停車場(chǎng)自動(dòng)停車收費(fèi)管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用紅外線檢測(cè)單片機(jī)計(jì)費(fèi)方式，所需存儲(chǔ)容量小，具備了自動(dòng)開啟關(guān)閉大門功能、自動(dòng)計(jì)費(fèi)功能、顯示功能(顯示停車場(chǎng)狀況)、查詢功能和打印功能，而且收費(fèi)方式可以調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)更具靈活性。整個(gè)系統(tǒng)操作簡單、價(jià)格低廉、安裝調(diào)試方便。能夠滿足管理臨時(shí)停車場(chǎng)的要求。此外，該系統(tǒng)還可以方便地實(shí)現(xiàn)信息加密和各種功能擴(kuò)展，通過改進(jìn)可成為通用型收費(fèi)管理系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)框架與工作流程 

2．1系統(tǒng)框架 

    按功能劃分。本臨時(shí)停車場(chǎng)收費(fèi)管理系統(tǒng)分為7大模塊，如圖1所示。

圖1臨時(shí)停車場(chǎng)自動(dòng)停車收費(fèi)管理系統(tǒng)框圖

    (1)紅外線檢測(cè)模塊：安裝在車場(chǎng)出入口以及每個(gè)停車位上，用于檢測(cè)汽車的進(jìn)出車場(chǎng)大門和停車位信號(hào)．送單片機(jī)作相應(yīng)處理。紅外線檢測(cè)模塊由紅外線發(fā)射電路和紅外線接收電路組成。其中接收電路又分為大門紅外線接收電路和停車位紅外線接收電路。 

    (2)大門控制模塊：與紅外線檢測(cè)模塊協(xié)作，執(zhí)行停車場(chǎng)大門的開閉功能。

    (3)單片機(jī)控制中心：采用89C51單片機(jī)系統(tǒng)，它是本系統(tǒng)的核心部分，主要功能是監(jiān)控鍵盤狀態(tài)．處理鍵盤輸入的操作信息；監(jiān)控停車場(chǎng)狀態(tài)，控制大門開閉，有車駛?cè)胪＼囄缓箝_始計(jì)時(shí)，汽車駛出停車位后停止計(jì)時(shí)，將停車時(shí)間換算為停車費(fèi)用信息；控制顯示器按要求顯示各種信息；控制信息的打印過程。
 
    (4)停車場(chǎng)狀態(tài)顯示模塊：顯示停車場(chǎng)狀態(tài)信號(hào)。黃燈表示進(jìn)出的汽車正在處理中；綠燈表示有空位：紅燈表示場(chǎng)內(nèi)車位全滿，不允許汽車進(jìn)入。

    (5)數(shù)碼管顯示模塊：顯示停車的各種信息，包括北京時(shí)間、停車位、停車時(shí)間、空位數(shù)、停車費(fèi)用、營業(yè)總額、收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)和操作提示等內(nèi)容。本模塊采用8個(gè)共陽數(shù)碼管靜態(tài)顯示方式，節(jié)約了成本。 

    (6)操作鍵盤模塊：通過4x4鍵盤(16個(gè)開關(guān)組成的行列陣1進(jìn)行多種人丁操作，包括顯示、查詢各類信息，修改收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，校準(zhǔn)北京時(shí)間，打印當(dāng)前顯示內(nèi)容等。 

    (7)微型打印機(jī)模塊：選用TPUP一40A，打印發(fā)票和總營業(yè)額。 

    其中，操作鍵盤模塊、數(shù)碼管顯示模塊、停車場(chǎng)狀態(tài)顯示模塊、微型打印機(jī)模塊和單片機(jī)控制中心合稱為中心控制電路。

2．2 工作流程 

    當(dāng)汽車通過或者停在停車場(chǎng)時(shí)，紅外線檢測(cè)模塊將通知單片機(jī)有汽車進(jìn)、出，單片機(jī)再根據(jù)停車場(chǎng)的狀態(tài)控制停車場(chǎng)大門的開啟、關(guān)閉，計(jì)算停車的時(shí)間和費(fèi)用，并送顯示器顯示，打印機(jī)打印，處理鍵盤的顯示、查詢、修改要求。停車收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為n元／小時(shí)，超過30分鐘按一小時(shí)計(jì)，否則不計(jì)。該系統(tǒng)還可以充當(dāng)時(shí)鐘。

3 紅外線檢測(cè)模塊工作原理 

    紅外線檢測(cè)模塊是本系統(tǒng)的主要模塊。本節(jié)將詳細(xì)介紹該模塊的工作原理。

3．1紅外線發(fā)射端 

    如圖2所示，紅外線發(fā)射電路包括相距一定距離的兩個(gè)紅外發(fā)射器D3和D4，用來發(fā)射紅外線射束。兩塊NE555定時(shí)器芯片各自構(gòu)成多諧振蕩器，第一只為0．67KHz．其輸出一方面送至第二只振蕩器(21KHz方波)的4腳，對(duì)它進(jìn)行調(diào)制，最后的輸出用來點(diǎn)亮D3和D4；一方面送至IC5作為時(shí)鐘信號(hào)，控制大門的開閉。

圖2 紅外線發(fā)射電路原理圖

圖3 停車位紅外線接收電路原理圖

    紅外接收器TSOP1738的輸出為集電器開路形式，兩只紅外線射束分別送至紅外線接收器U1、U2。當(dāng)紅外射束不被汽車阻斷時(shí)，U1、U2輸出都為0V，如果射束被阻斷則分別輸出+5V電平。因此只有當(dāng)兩只紅外線射束都被阻斷時(shí)，U1、U2才輸出+5V電平，分別送至上升延觸發(fā)與下降延觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U4、U5，使74121輸出方波OUT1和OUT2，送至74LS148優(yōu)先譯碼器，作為汽車進(jìn)出車位的中斷信號(hào) 當(dāng)汽車駛?cè)胪＼囄粫r(shí)，單片機(jī)取出此時(shí)的系統(tǒng)時(shí)間送相應(yīng)RAM，當(dāng)汽車駛出停車位時(shí)，單片機(jī)再次取出該時(shí)刻的系統(tǒng)時(shí)間，并和初始時(shí)間相減，所得時(shí)間即為停車總時(shí)間，并送相應(yīng)RAM。

4 單片機(jī)控制中心的設(shè)計(jì) 

    單片機(jī)控制中心控制著本系統(tǒng)所有信號(hào)的輸入、處理與輸出，將各個(gè)模塊有機(jī)地聯(lián)系起來，它是系統(tǒng)的核心部分。 

4．1硬件設(shè)置 

    本控制中心采用89C51單片機(jī)系統(tǒng)。因?yàn)橄到y(tǒng)所需存儲(chǔ)容量不大，所以只使用89C51的內(nèi)部RAM即可，不需要外擴(kuò)RAM。該單片機(jī)采用上電與按鈕復(fù)位電路，內(nèi)部時(shí)鐘頻率為12MHz，通過軟件構(gòu)成系統(tǒng)時(shí)鐘。定時(shí)器，I10設(shè)置為最高中斷優(yōu)先級(jí)，保證系統(tǒng)時(shí)間的準(zhǔn)確性。在I／0口的設(shè)置上，單片機(jī)的P0口作為數(shù)據(jù)口．P0.0～P0．7分別與微型打印機(jī)的DB0～DB7相連。P1．0～P1．5作為外部中斷源擴(kuò)展口。P2．0～P2．2分別與紅、綠、黃燈相連，作為停車場(chǎng)狀態(tài)信號(hào)指示燈。

    自動(dòng)停車收費(fèi)管理系統(tǒng)要處理的中斷比較多(包括汽車出入停車場(chǎng)中斷、駛?cè)腭偝鐾＼囄恢袛嗟?，而且要求響應(yīng)速度很快，所以采用軟件查詢的方法進(jìn)行中斷優(yōu)先級(jí)排隊(duì)滿足不了要求。因此本系統(tǒng)采用74LS148優(yōu)先編碼器擴(kuò)展單片機(jī)外部中斷源，對(duì)應(yīng)不同的中斷處理(例如開始和停止計(jì)時(shí)、計(jì)費(fèi)等)，并送顯示器顯示。

    單片機(jī)控制中心電路圖(包含在中心控制電路中)比較復(fù)雜，由于篇幅所限，這里將其略去。

4．2 程序設(shè)計(jì) 

    本單片機(jī)控制中心的程序采用MCS51匯編語言編寫．運(yùn)行效率較高。其主要程序有： 

    ①主循環(huán)程序：用于內(nèi)部RAM和各種中斷的設(shè)置，不斷掃描鍵盤，做出相應(yīng)操作，并送顯示器顯示。根據(jù)系統(tǒng)要求，主循環(huán)程序的流程如圖4所示。

圖4 主循環(huán)程序流程圖

    ②打印子程序：完成發(fā)票或營業(yè)額信息打印功能。打印發(fā)票時(shí)將同時(shí)清除該停車位的停車信息。

    ③ 切換顯示子程序：4x4鍵盤上的返回鍵可以切換顯示北京時(shí)間、空位數(shù)、停車信息(包括停車位、停車總時(shí)間、停車費(fèi)用)，并將顯示狀態(tài)記錄下來供打印子程序使用。顯示停車信息時(shí)，如果不能同時(shí)顯示全部內(nèi)容，可通過上翻、下翻鍵切換顯示。初始化時(shí)是顯示北京時(shí)間。 

    ④ F3功能鍵操作子程序：4×4鍵盤上的F3功能鍵主要用于查詢各種數(shù)據(jù)、設(shè)置收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)和校準(zhǔn)北京時(shí)間。 

    ⑤定時(shí)中斷服務(wù)程序：系統(tǒng)時(shí)鐘采用單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘，該程序?qū)r(shí)鐘設(shè)置為24小時(shí)制，并修正時(shí)鐘計(jì)數(shù)單元。 

5 結(jié)語

    傳統(tǒng)的停車計(jì)費(fèi)方式存在著一些不足，針對(duì)這些不足，設(shè)計(jì)了一個(gè)采用紅外線檢測(cè)單片機(jī)計(jì)費(fèi)方式的全新自動(dòng)停車收費(fèi)管理系統(tǒng)，為臨時(shí)停車場(chǎng)提供了一個(gè)操作簡便、價(jià)格低廉，而且行之有效的管理辦法。本系統(tǒng)的實(shí)際開發(fā)使用將大大節(jié)省臨時(shí)停車場(chǎng)的管理費(fèi)用及人手，提高臨時(shí)停車場(chǎng)的利用效率。