基于51單片機控制的自動停車收費管理系統(tǒng)

0 引言 

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

1 現(xiàn)有停車場收費管理系統(tǒng) 

目前的停車場收費管理系統(tǒng)通常采用以下兩種計費方式：

(1)攝像計費方式：在停車場出入口分別放置一臺攝像機，通過攝像機攝下汽車車牌號碼，送單片機或者電腦處理。再通過單片機計算停車時間和費用，并控制大門開啟。該方案信息量大，要求具有較大的存儲容量。軟件設(shè)計復(fù)雜，成本高。 

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

為了解決上述傳統(tǒng)計費方式的不足，筆者設(shè)計了一款基于89C51單片機的臨時停車場自動停車收費管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用紅外線檢測單片機計費方式，所需存儲容量小，具備了自動開啟關(guān)閉大門功能、自動計費功能、顯示功能(顯示停車場狀況)、查詢功能和打印功能，而且收費方式可以調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)更具靈活性。整個系統(tǒng)操作簡單、價格低廉、安裝調(diào)試方便。能夠滿足管理臨時停車場的要求。此外，該系統(tǒng)還可以方便地實現(xiàn)信息加密和各種功能擴展，通過改進可成為通用型收費管理系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)框架與工作流程 

2．1系統(tǒng)框架 

按功能劃分。本臨時停車場收費管理系統(tǒng)分為7大模塊，如圖1所示。

圖1臨時停車場自動停車收費管理系統(tǒng)框圖

(1)紅外線檢測模塊：安裝在車場出入口以及每個停車位上，用于檢測汽車的進出車場大門和停車位信號．送單片機作相應(yīng)處理。紅外線檢測模塊由紅外線發(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：與紅外線檢測模塊協(xié)作，執(zhí)行停車場大門的開閉功能。

(3)單片機控制中心：采用89C51單片機系統(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)控停車場狀態(tài)，控制大門開閉，有車駛?cè)胪＼囄缓箝_始計時，汽車駛出停車位后停止計時，將停車時間換算為停車費用信息；控制顯示器按要求顯示各種信息；控制信息的打印過程。

(4)停車場狀態(tài)顯示模塊：顯示停車場狀態(tài)信號。黃燈表示進出的汽車正在處理中；綠燈表示有空位：紅燈表示場內(nèi)車位全滿，不允許汽車進入。

(5)數(shù)碼管顯示模塊：顯示停車的各種信息，包括北京時間、停車位、停車時間、空位數(shù)、停車費用、營業(yè)總額、收費標準和操作提示等內(nèi)容。本模塊采用8個共陽數(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個開關(guān)組成的行列陣1進行多種人丁操作，包括顯示、查詢各類信息，修改收費標準，校準北京時間，打印當前顯示內(nèi)容等。 

(7)微型打印機模塊：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、停車場狀態(tài)顯示模塊、微型打印機模塊和單片機控制中心合稱為中心控制電路。

2．2 工作流程 

當汽車通過或者停在停車場時，紅外線檢測模塊將通知單片機有汽車進、出，單片機再根據(jù)停車場的狀態(tài)控制停車場大門的開啟、關(guān)閉，計算停車的時間和費用，并送顯示器顯示，打印機打印，處理鍵盤的顯示、查詢、修改要求。停車收費標準為n元／小時，超過30分鐘按一小時計，否則不計。該系統(tǒng)還可以充當時鐘。

3 紅外線檢測模塊工作原理 

紅外線檢測模塊是本系統(tǒng)的主要模塊。本節(jié)將詳細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紅外發(fā)射器D3和D4，用來發(fā)射紅外線射束。兩塊NE555定時器芯片各自構(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，對它進行調(diào)制，最后的輸出用來點亮D3和D4；一方面送至IC5作為時鐘信號，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。當紅外射束不被汽車阻斷時，U1、U2輸出都為0V，如果射束被阻斷則分別輸出+5V電平。因此只有當兩只紅外線射束都被阻斷時，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，作為汽車進出車位的中斷信號 當汽車駛?cè)胪＼囄粫r，單片機取出此時的系統(tǒng)時間送相應(yīng)RAM，當汽車駛出停車位時，單片機再次取出該時刻的系統(tǒng)時間，并和初始時間相減，所得時間即為停車總時間，并送相應(yīng)RAM。

4 單片機控制中心的設(shè)計 

單片機控制中心控制著本系統(tǒng)所有信號的輸入、處理與輸出，將各個模塊有機地聯(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單片機系統(tǒng)。因為系統(tǒng)所需存儲容量不大，所以只使用89C51的內(nèi)部RAM即可，不需要外擴RAM。該單片機采用上電與按鈕復(fù)位電路，內(nèi)部時鐘頻率為12MHz，通過軟件構(gòu)成系統(tǒng)時鐘。定時器，I10設(shè)置為最高中斷優(yōu)先級，保證系統(tǒng)時間的準確性。在I／0口的設(shè)置上，單片機的P0口作為數(shù)據(jù)口．P0.0～P0．7分別與微型打印機的DB0～DB7相連。P1．0～P1．5作為外部中斷源擴展口。P2．0～P2．2分別與紅、綠、黃燈相連，作為停車場狀態(tài)信號指示燈。

自動停車收費管理系統(tǒng)要處理的中斷比較多(包括汽車出入停車場中斷、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行中斷優(yōu)先級排隊滿足不了要求。因此本系統(tǒng)采用74LS148優(yōu)先編碼器擴展單片機外部中斷源，對應(yīng)不同的中斷處理(例如開始和停止計時、計費等)，并送顯示器顯示。

 單片機控制中心電路圖(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 

本單片機控制中心的程序采用MCS51匯編語言編寫．運行效率較高。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)票時將同時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間、空位數(shù)、停車信息(包括停車位、停車總時間、停車費用)，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，如果不能同時顯示全部內(nèi)容，可通過上翻、下翻鍵切換顯示。初始化時是顯示北京時間。 

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)置收費標準和校準北京時間。 

⑤定時中斷服務(wù)程序：系統(tǒng)時鐘采用單片機內(nèi)部時鐘，該程序?qū)r鐘設(shè)置為24小時制，并修正時鐘計數(shù)單元。 

5 結(jié)語

傳統(tǒng)的停車計費方式存在著一些不足，針對這些不足，設(shè)計了一個采用紅外線檢測單片機計費方式的全新自動停車收費管理系統(tǒng)，為臨時停車場提供了一個操作簡便、價格低廉，而且行之有效的管理辦法。本系統(tǒng)的實際開發(fā)使用將大大節(jié)省臨時停車場的管理費用及人手，提高臨時停車場的利用效率。