基于指示灯的停车库引导系统设计

陈绩 任洪娟 陈斌 王浩旭 卢嘉雯

【摘 要】随着经济的发展，汽车成为日常必不可少的代步工具。但是随着人们经济条件的提高，汽车数量也随之增多，这就面临一个问题，外出需要寻找停车位。在寻找停车位的过程中会耗费许多的时间，对于城市快节奏的生活让车主对地下停车场内部设施的便利性也有的了更高的要求。目前国内老旧停车场较多，而且很多停车场都没有安装快速简洁的停车指引系统，这在一定程度上影响了车主的使用方便性。本研究通过指示灯、单片机、红外对管传感器、LED显示屏制作一个简洁明了，高效的地下停车场引导系统，为老旧的地下停车场升级提供可选方案。

【关键词】指示灯;单片机;红外对管传感器;LCD显示屏

一、选题背景和意义

随着我国经济的飞速发展，汽车行业已进入了家庭普及时代，人们对汽车的依赖程度越来越高。成为出行代步的主要交通工具，这也使得汽车的数量逐渐增多。需要的停车位也增多，在一些大型的商场内会设置多层停车场，小区内也会设置地下两层停车场，在解决了数量的问题后，出现了另外一个难题，寻找停车位。在快节奏的城市生活状态下，寻找停车位有时会耗费十几分钟，这对于车主来说是一个很大的困扰。进入停车场后无法迅速的进入停车位置停放车辆，只能在场内无序流动寻找空余车位。不但占用的了场内出入主车道资源，甚至会造成场内交通拥堵。车主会花费不必要的时间“巡泊”，出行效率大大降低。[ 1-2 ]

利用指示灯引导寻找停车位，在地下停车场内简洁明了，施工简单，经济成本低，同时也能保证车主高效寻找到停车位。相比起手机导航寻找停车位操作更加简洁，而且地下停车场手机信号比较差有时候会难以操作。指示灯引导停车系统适用于中小型停车场，其经济型也很适用于老停车场进行改造。通过该系统的应用，将产生一定的社会效应和经济效益。

研究表明停车引导系统可以提高人们的停车效率，方便车主。同时又要考虑成本及停车场改造等问题，本文拟将采用指示灯实现停车引导。

二、系统总体设计

本系统是基于指示灯、单片机、红外对管传感器、LCD液晶显示屏设计的引导系统，包括红外检测模块、指示灯模块、LCD显示屏模块、电源模块。工作流程如下：（1）通过红外对管传感器检测模块实时检测，并将检测结果转化为数字信号;（2）将红外对管传感器转化的数字信号输入到单片机;（3）单片机将输入的数据信号进行对比;（4）单片机根据对比结果，将控制信号发送给指示灯和LCD显示屏;（5）指示灯根据控制信号选择亮或者不亮，亮表示该车位有车，LCD显示屏也会显示该车位被占用。

三、系统硬件设计

3.1中央控制器模块

单片机是微型控制器的一种，能够承载计算机系统，具有体积小、质量轻、运算速度快，运算速度强等优势。STC89C51作为一种兼容80C51引脚结构和标准MCS-51指令系统的单片机，具有可编程性的特征，舍掉了单片机必须用通用编辑器的编辑的局限性，用户要将所需要的程序下载至单片机只需配合PC端的控制程序即可[2-4]。单片机的软件系统是采用通用编辑器来编写程序，而单片机STC89C51可以直接使用PC进行软件的编程和拷贝[1]。软件编程主要采用C语言。将写好的程序导入到单片机内也比较简单，需要在STC官网下载STCISP软件，通过电脑利用STCISP软件与单片机进行连接，然后按照软件指导就能将写好的程序烧录进单片机内运行。

3.1.2 单片机最小系统

STC89C51单片机最小系统电路由复位电路、时钟电路和电源电路。拥有这三部分电路后，单片机即可正常工作。单片机最小系统原理图如下图所示。

3.2红外对管传感器设计

红外对管传感器是基于红外对管模块的红外避障传感器。该传感器模块对环境光线适应能力强，其具有一对红外线发射与接收管，发射管发射出一定频率的红外线，当检测方向遇到障碍物（反射面）时，红外线反射回来被接收管接收，经过比较器电路处理之后，绿色指示灯会亮起，同时信号输出接口输出数字信号（一个低电平信号），可通过电位器旋钮调节检测距离，有效距离范围2～30cm，工作电压为3.3V-5V。该传感器的探测距离可以通过电位器调节、具有干扰小、便于装配、使用方便等特点，可以广泛应用于机器人避障、避障小车、流水线计数及黑白线循迹等众多场合。

模块参数说明：

（1）当模塊检测到前方障碍物信号时，电路板上绿色指示灯点亮电平，同时OUT端口持续输出低电平信号，该模块检测距离2～30cm，检测角度35°，检测距离可以通过电位器进行调节，顺时针调电位器，检测距离增加;逆时针调电位器，检测距离减少。

（2）传感器主动红外线反射探测，因此目标的反射率和形状是探测距离的关键。其中黑色探测距离最小，白色最大，小面积物体距离小，大面积距离大。

（3）传感器模块输出端口OUT可直接与单片机IO口连接即可，也可以直接驱动一个5V继电器;连接方式：VCC-VCC;GND-GND;OUT-IO。

（4）比较器采用LM393，工作稳定。

（5）可采用3-5V直流电源对模块进行供电。当电源接通时，黄色电源指示灯点亮。

模块接口说明

（1）VCC外接3.3V-5V电压（可以直接与5v单片机和3.3v单片机相连

（2）GND外接GND

（3）OUT小板数字量输出接口（0和1）

红外避障模块模块接口原理图如下图所示。

3.3LCD1602液晶显示模块设计

LCD显示器分为字段显示和字符显示两种。其中字段显示与LED显示相似，只要送对应的信号到相应的管脚就能显示。字符显示是根据需要显示基本字符。本设计采用的是字符型显示。系统中采用LCD1602作为显示器件输出信息[ 4-5 ]。与传统的LED数码管显示器件相比，液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等优点，而且不需要外加驱动电路，现在液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的显示屏。

3.3 5V电源电路设计

本系统选择5V直流电源作为系统总电源，为整个系统供电，电路简单、稳定。DC为电源的DC插座，DC插座是一种与显示器专用电源相配的插座，它是由横向插口、纵向插口、绝缘基座、叉型接触弹片、定向键槽组成，两只叉型接触弹片定位在基座中心部位，成纵横向排列互不相连。叉型接触弹片一端为接线口，外露在基座圆柱体顶面，供连接输入电源软线或软缆用，叉型接触弹片另一端由基体互连的两只弹性臂组成，设置在DC插头插入方向绝缘基座插孔内，供给显示器之用，使之正常工作，可以直接接USB电源线，一端插在DC插座上，另外一端可以插在5V电源上，如电脑USB、充电宝、手机充电器等等。LED为红色LED灯，作为系统是否有点的指示灯，电阻为1K电阻，起到限流作用，保护LED灯，以防电流过大烧坏LED灯。SW为自锁开关，开关按下后，红灯亮，此时系统电源5V直流输出。开关再次按下后，红灯灭，此时系统电源无5V电源输出。[ 6-7 ]

3.4 LED信号指示灯电路设计

LED灯即发光二极管，它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性[ 3 ]。在电路中，电阻的作用是限流，保护LED灯。只要单片机的控制引脚拉低，则LED灯亮，否则，LED灯不亮。其电路连接为：一头连接电源正极，一头连接单片机引脚。其具体电路原理图如下图所示。

四、系统程序设计

4.1 编程语言选择

由于整个程序比较复杂，且計算量较大，用到了较多的浮点数计算，所以程序的编写采用了C语言。

对于大多数51系列的单片机，使用C语言这样的高级语言与使用汇编语言相比具有如下优点：

（1）不需要了解处理器的指令集，也不必了解存储器结构。

（2）寄存器分配和寻址方式由编译器进行管理，编程时不需要考虑存储器的地址和数据类型等细节。

（3）指定操作的变量选择组合提高了程序的可读性。

（4）可使用与人的思维更相近的关键字和操作函数。

（5）与使用汇编语言相比，程序的开发和调试时间大大缩短。

（6）C语言的库文件提供了许多标准的例程。

（7）通过C语言可实现模块化编程技术，从而可将已编制好的程序加到新程序中。

C语言可移植性好且非常普及，C语言编译器几乎适用于所有的目标系统，己完成的项目可以很容易的转换到其它的处理器或环境中与汇编语言相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可移植性、可维护性上有明显的优势，易学易用[8]。

4.2 Keil程序开发环境

本设计中单片机开发环境是Keil，Keil是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。

4.3 程序编写

通过用C语言进行编写程序，使得本系统能在烧入单片机后，让系统如预期一样运行。以下展示本系统的部分代码和代码编写过程截图。

代码：void DispStr（uchar x，uchar y，uchar *ptr）

{uchar *temp;

uchar i，n = 0;

temp = ptr;

while（*ptr++ ！= '＼0'） n++;

for（i=0;i

{if（（temp[i]&0x30）==0x30）temp[i]=temp[i]&0x36;

Disp1Char（x++，y，temp[i]）;

if（x == 0x10）

{break;}

}

}

五、结语

本次设计基于指示灯和单片机等部件的停车场智能引导系统，在以后的老旧停车场改造上有很大的经济效益和实用性。能为驾驶人员节约停车的花费的时间，避免停车场车辆拥堵，实行有效的管理。

参考文献：

[1]金璐. 单体液压支柱低压密封监测系统CPU设计[D]. 华东师范大学，2010.

[2]胡灿林，肖尚华，基于颜色属性的信号指示灯识别[J].现代计算机，2018，（07）：75-78.

[3]张伟，杨振龙，陈月红，施密特触发器在通信指示灯电路中的应用[J].中国新技术新产品，2018，（09）：14-15.

[4]吕跟来，停车场智能停车引导系统[J].电脑知识与技术，2017，（25）：167-169.

[5]宋秦中，钱丽，许猛，基于电力线载的LED消防指示灯的设计与实现[J].工业安全与环保，2018，44（001）：74-77.

[6]吕爱华，余威明. 电工电子技术[M].北京师范大学出版社，2008.

[7]周筱珍. 电工实验与设计技术[M].湖南大学出版社，2003.

[8]陈有卿. 实用灯光控制电路[M].中国电力出版社，2004.

[9]陈有卿. 灯光控制集成电路与灯光控制器制作[M].人民邮电出版社，2004.

[10]凯利（AI Kelley），C语言教程（原书第4版）[M]. 工业出版社，2001.

作者简介：

陈绩，1998年8月出生，男，贵州省遵义市，本科，研究方向：汽车服务工程。

（作者单位：上海工程技术大学）