智能停車場車輛檢測系統(tǒng)的設計原理

?? 在現(xiàn)代化的大型停車場中，智能停車管理系統(tǒng)使得車輛進出手續(xù)簡單，安全性高，實現(xiàn)了對車輛的自動檢測、計費、統(tǒng)計、顯示等功能，大大節(jié)省了人力資源，提高了工作效率。整個停車管理系統(tǒng)中，車輛檢測部分是系統(tǒng)的關鍵。本設計介紹了一種停車場車輛檢測系統(tǒng)，通過分布在進出口的車輛檢測器，實現(xiàn)對閘桿機的控制和車位提示等功能。

?? ?2、系統(tǒng)總體介紹

??? 整個停車管理系統(tǒng)示意圖如圖1所示，信息顯示牌為LED顯示屏，顯示當前時間及車位信息。當有車進入時，司機進行刷卡，刷卡信號由控制器讀入，控制閘桿機抬起，語音提示“歡迎光臨 ”，當?shù)馗芯€圈檢測到車輛進入時，更新車位信息，抓拍車輛圖片，閘桿機下落；同樣，當車輛駛出，司機刷卡，控制閘桿機抬起，語音提示“謝謝光臨 ，當?shù)馗芯€圈檢測到車輛離開，抓拍車輛信息，閘桿機下落并更新車位信息。而車輛的圖像信息、IC卡數(shù)據(jù)信息的處理都將由值班室的上位機完成。

圖1停車管理系統(tǒng)示意圖

??? 控制器設計框圖如圖2所示，系統(tǒng)選用SPCE061A型單片機作為主控芯片，單片機通過讀卡信號和鎖相環(huán)電路的電平變化檢測車輛的到來。DS1302時鐘電路為系統(tǒng)提供精確的時間信息，通過驅動LED顯示牌實時顯示車位及時間信息，系統(tǒng)具備與上位機的串行通信通信接口。

圖2智能停車場車輛檢測系統(tǒng)總體設計框圖

??? 3、系統(tǒng)原理介紹

??? 3．1、車輛檢測部分

??? 準確無誤地檢測車輛是系統(tǒng)正常工作的前提。通過各種方案比較，本設計的車輛檢測器采用地感線圈檢測方案。地感線圈車輛檢測器是一種基于電磁感應原理的車輛檢測器。地感線圈Ll埋在路面下，通有一定工作電流的環(huán)形線圈，由多匝導線繞制而成，埋設在道路中。地感線圈構成的耦合電路如圖3所示：

圖3 耦合振蕩電路

??? T為隔離變壓器，匝數(shù)比為1：1，三極管Ul和U2組成共射極振蕩器，電阻R3是兩只三極管的公共射極電阻，并構成正反饋。地感線圈作為檢測器諧振電路中的一個電感元件，與車輛檢測器的振蕩回路一起形成L C諧振。當有車輛通過時，將會使線圈中單位電流產生的磁通量增加，從而導致線圈電感值發(fā)生微小變化，進而改變LC諧振的頻率，這個頻率的變化就作為有汽車經過地感線圈的輸入信號。為了檢測這個變化，常用的辦法是通過單片機計算單位時間內的振蕩脈沖個數(shù)來確定車是否到來。在本設計中，需要檢測兩個地感線圈的頻率變化，如果利用單片機同時對兩路信號頻率的變化量進行測量，則系統(tǒng)相對較大，程序比較復雜，使得單片機負擔較重。這里介紹一種新的檢測方法：利用鎖相環(huán)音頻譯碼器LM567檢測頻率的變化，應用電路圖如圖4所示：

圖4鎖相環(huán)電路

??? LM567的第5、6腳外接的電阻、電容決定了IC內部壓控振蕩器的中心頻率，fo=1／1．1RC。第1、2腳通常圖4鎖相環(huán)電路 是分別對地接電容，形成輸出濾波網(wǎng)絡和環(huán)路低通濾波網(wǎng)絡，其中第2腳所接電容決定鎖相環(huán)電路的捕捉帶寬，帶寬的理論值可用此公式計算：

??? 當音頻譯碼器LM567工作時，若輸入的信號頻率落在給定的通頻帶時，鎖相環(huán)即將這個信號鎖定，同時LM567的內部晶體管受控導通，8腳輸出低電平，否則輸出高電平。當輸入信號頻率處于通頻帶內，LM567鎖定，輸出低電平。通常在無車情況下，耦合電路的振蕩頻率會在一定的范圍內保持不變，當車經過地感線圈時，使得耦合電路震蕩頻率發(fā)生變化，并且，隨著車型的不同以及車本身的鐵質不均勻，使這個頻率的變化也在一定的范圍內浮動。因此，通過實驗，選擇合適的LM567捕獲帶寬值，使得當無車時，輸入信號頻率雖有微小變化，但使這個浮動的頻率都處于通頻帶內，LM567鎖定，8腳輸出低電平；有車到來時，頻率發(fā)生劇烈的變化已不在通頻帶內，8腳就會輸出高電平。這時，對車輛是否到來的檢測轉化為對電平高低的檢測，通過觸發(fā)單片機的外部中斷即可感知車輛的到來，而無需通過復雜的程序來區(qū)分此時的頻率變化是否由車輛的到來所引起，大大降低了編程的難度。

?? ?3．2、其他控制部分

??? 控制閘桿機的起落即是控制閘桿機的直流電機的正反轉，通過單片機控制口輸出高低電平配合繼電器工作，直流電機電機兩端加正反電壓可以實現(xiàn)正反轉。對于時間的記錄，這里選用DS1302日歷芯片，DS1302可以對年、月、日、周、時、分、秒進行記錄．可接入后備電源，在主電源關閉的情況下也能始終保持連續(xù)工作，單片機SPCE061A可以隨時讀取當前的時間。與上位機的通信利用SPCE061A的通用異步串行通信模塊(UART)，它提供了一個全雙工標準接口，借助于IOB口的特殊功能和UART IRQ中斷實現(xiàn)與上位機配置的RS一232串行通信接口COM鏈接，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的及時傳輸。另外，語音提示部分利用SPCE061A的語音處理優(yōu)勢。利用SPCE061A的語音壓縮算法庫和內置的DAC等，即可實現(xiàn)清晰的語音播報功能，無需外加語音芯片。

? ? 4、系統(tǒng)主要軟件設計

??? 系統(tǒng)的主程序主要負責系統(tǒng)初始化(包括各IO口的初始化、中斷初始化及DS1302的初始化等)，及LED顯示牌的時間顯示，利用SPCE061A的0．5s時基中斷，每0．5s讀取一次DS1302的時間信息，并刷新LED顯示。而讀卡信息和地感線圈有車信息的檢測采用外部中斷觸發(fā)形式，在中斷服務程序中實現(xiàn)各種自動控制。主要中斷服務程序的程序流程如圖5、6所示：

圖5讀卡中斷服務程序流程圖

圖6地感線圈中斷服務程序

??? 本設計利用SPCE061A實現(xiàn)了停車場進出車輛的自動檢測，閘桿機的自動起落及車位信息的實時顯示，配合IC卡信息處理及圖像處理系統(tǒng)即可實現(xiàn)智能停車場的自動化管理。地感線圈的應用使得對車輛的檢測準確無誤，保證了系統(tǒng)的可靠性。

??? 參考文獻：
??? 羅非亞凌陽16位單片機應用基礎 匕京：北京航空航天大學出版社，2005．
??? 趙海蘭．DS1302實時顯示時間的原理．電子技術，2004，1：43-46．
??? 馮紅梅．環(huán)形線圈車輛檢測器的設計與實現(xiàn)_青島科技大學學報2OO5，26 (1)：448-451．

??? 作者簡介：孫叢君女，生于1984年，西南交通大學電氣工程學院碩士研究生，主要研究方向為自動控制及自動化。張喜茂，西南交通大學電氣工程學院 段國艷，四川工程職業(yè)技術學院