STM32F107的停车引导系统设计*

韩进，贾富拓

（1.山东科技大学电子通信与物理学院，青岛266590；2.山东科技大学）

STM32F107的停车引导系统设计*

韩进1，贾富拓2

（1.山东科技大学电子通信与物理学院，青岛266590；2.山东科技大学）

本文设计的停车诱导系统以STM32F107微控制器为核心处理器，由RFID读卡器组成检测电路，用来检测停车场的车辆通过情况；有源RFID的无线模块发送信号，由检测模块将检测信号上传至上位机，由上位机控制停车场地面的指示灯（用来指示是否有车辆通过）的开启与关闭。采用Modbus通信协议进行控制和监控，实现了与外界环境相结合的人为可控智能闭环系统。

停车引导系统；STM32F107；RFID；地面指示灯

引言

随着中国城市现代化的发展，在拥挤的市区里汽车与停车位之间的问题越来越突出。停车场日渐无法满足越来越多的停车需求，如何充分利用有限的资源满足车辆的泊车需求，成为当前急需解决的问题。基于STM32F107的停车引导系统可以通过提供停车场位置、车位使用及其相关路线等信息，引导出行者快速有效地找到停车位，充分发挥停车场的使用率，并具有低功耗、稳定性强、通信距离远、传输速度快、误码率低等特点。

1 总体方案设计

系统的设计主要由6部分组成：上位PC机、RFID读卡器、微控制器STM32F107、RFID标签、TU8001模块、灯光引导模块。每辆汽车都会配发一个RFID标签，标签上有唯一的地址，每0.5 s发射一次信号。在汽车行驶过程中，标签内的信息被RFID读卡器接收，RFID读卡器通过RS485总线上传到上位机，上位PC机提供操作界面，通过modbus协 议 控制 STM32F107模块的 高 低电 平，STM32F107控制指示灯的亮灭。微控制器STM32F107通过的接口电路向RS485总线发送指令和接收RS485总线各个节点的信息；TU8001模块是串口服务器模块，使RS485信号可以转成网络信号；上位机和设备之间可以直接通过网线连接。系统结构框图如图1所示。

图1 系统结构框图

2 硬件设计

2.1 控制器选型

采用STM32F107网络处理器作为系统核心单元，此芯片具备72 MHz运行频率和90 DMIPS的处理性能，集成了以太网、CAN总线、RS485、RS232、USBOTG等各种高性能工业标准接口，其标准外设包括10个定时器、16路12 位1 Msps的A/D转换器、2路12位D/A转换器等，可以应用于多种工业场合。

2.2 RS485接口电路

RS485接口组成的半双工网络，一般是两线制，多采用屏蔽双绞线传输。这种接线方式为总线式拓扑结构，在同一总线上最多可以挂接32个节点。在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。RS485最大的通信距离约为1 219 m，最大传输速率为10 Mbps。传输速率与传输距离成反比，如果需更长的传输距离，可增加485中继器，以满足停车场的通信要求。

ADM2582E/ADM2587E是具备±15 kV ESD保护功能的完全集成式隔离数据收发器，适合用于多点传输线路上的高速通信，ADM2582E/ADM2587E包含一个集成式隔离DC/DC电源，不再需要外部DC/DC隔离模块。该器件针对均衡的传输线路而设计，符合ANSI/TIA/EIA RS-485-A-98和ISO 8482：1987（E）标准；采用ADI公司的iCoupler技术，在单个封装内集成了一个三通道隔离器、一个三态差分线路驱动器、一个差分输入接收机和一个isoPowerTM DC/DC转换器；采用5 V或3.3 V单电源供电，从而实现了完全隔离的RS485解决方案。设计电路如图2所示。

图2 RS485接口电路

2.3 标签和读卡器设计

标签和读卡器都采用nRF24LE1模块。nRF24LE1采用了Nordic公司无线和超低功耗技术，具有掉电和等待多种低功率工作模式。当以-6 dBm的功率发送时，工作电流只有8.8 mA；当以0 dBm功率发射时，工作电流仅11.1 mA；而在2 MHz接收时，工作电流仅13.3 mA。因此，nRF24LE1模块在一个极小封装中集成了 2.4 GHz nRF24L01+和增强型8051Flash高速单片机，具有丰富的外设资源，内置128位AES硬件加密器、32位硬件乘除协处理器、6～12位ADC、两路PWM、I2C总线、UART接口、硬件随机数产生器件、WDT、RTC、模拟比较器等。在室内距离可达30～40 m，室外可达100～200 m。空中速率最高达2 Mbps，为开发应用带来了方便，很适合应用于各种2.4 GHz的产品设计。原理图如图3所示。

RFID读卡器加 RS485芯片隔离，读卡器中的nRF24LE1模块接收到标签中nRF24LE1模块的信号之后，向上位机发送读卡器的地址信息，则上位机可以控制读卡器附近的地面指示灯亮起。对于nRF24LE1通过设置RF_SETUP寄存器中的RF_DR，可将空中速率设置为250 kbps、1 Mbps、2 Mbps。使用高速率可以获得较低的平均电流，从而减少空中受干扰和碰撞的机率；使用较低的速率将会获得更好的接收灵敏度。注意接收方和发送方必须设定为同一速率方可通信。

2.4 串口通信模块

采用TU8001-DC模块，这款是RS485转TCP/IP串口联网服务器，TCP/IP转串口RS485、RS422，TCP/IP串口服务器/串口联网模块，支持双向传输。具有10/100M自适应以太网接口，支持AUTO MDI/MDIX，可使用交叉网线或平行网线连接，波特率在115.2 kbps以上并且可以选择手动或自动设置。可选择TCP Sever、TCP Client、UDP工作模式，支持虚拟串口工作模式、工作端口、目标IP地址和端口号均可以用管理软件轻松设定，可以使用AT指令通过串口配置模块参数，使网络断开后可以自动断开连接，保证整个网络可靠地建立TCP连接、灵活的串口数据分帧设置，满足用户各种分包需求，UDP方式下禁止了包广播、在高速收发数据的情况下，发热比较低，支持DNS动态域名远程连接。

3 软件设计

主流程图如图4所示。系统初始化完成后，RS485总线通过TU8001模块发送给上位机指令，上位机收到指令后快速寻找停车位。二进制搜索算法是一种典型的确定性防碰撞算法，通过多次比较逐一读出所有标签的序列号。为了从一组标签中读出一个标签的序列号，上位机软件首先发送阅读命令，检查碰撞情况，如果发生碰撞，则将响应的标签进行分组，选择其中的一组进行下一轮搜索，直到读出一个完整的序列号为止。

图4 主程序流程图

4 设计具体实现

通过TU8001的转接口实现RS485总线与PC机串口的数据交换。读卡器在未检测到标签信息时，每2 s检测一次，当读卡器检测到标签信息时，改为每秒上传一次信息。

读卡器读到标签的数据后，通过Socket（Socket调试工具是一款网络TCP/UDP通信调试工具）上传给上位机，上位机接收到标签的数据后与数据库内的信息进行比对，计算出持有标签的该车的停车位，检测到标签信息的读卡器附近的指示灯会亮起，从而指引汽车顺利到达指定的停车位。

当车行驶过去之后，读卡器检测不到标签的信息，指示灯就会自动熄灭。具体实现如图5所示。

结语

本设计以STM32F107微控制器为核心，同TU8001通信转换器、RFID以及上位机组成引导系统，实现了RS485通信，采用了内部嵌入单片机的射频收发芯片nRF24LE1实现数据采集和检测，达到了对灯光设备的可控性和闭环自身调节的目的。基于STM32F107微控制器，通过RS485总线控制的智能停车引导系统，具有功能强大、实时性强、稳定可靠、便于扩展等特点，应用前景良好。

图5 设计实现图

［1］郎为民.射频识别（RFID）技术原理与应用［M］.北京：机械工业出版社，2006.

［2］ST.STM32F10xxx参考手册，2010.

［3］冯春艳.RFID防碰撞算法研究［D］.广州：中山大学，2008.

［4］刘勃，宋庆恒，胡三庆.基于 RFID的停车场智能管理系统［J］.计算机与数字工程，2008（5）.

［5］夏志国.RFID系统标签防碰撞算法及安全协议研究［D］.长沙：湖南大学，2010.

［6］吴钊炯，严仍友.2.4 GHz无线收发芯片nRF24E1的原理及应用［J］.国外电子元器件，2004（9）.

Parking Guidance System Based on STM32F107

Han Jin1，Jia Futuo2

（1.School of electronic communication and physics，Shandong University of Science and Technology，Qingdao 266590，China；2.College of information science and engineering，Shandong University of Science and Technology）

The system of parking guidance takes the STM32F107 microcontroller as the core processor and the detection circuit is composed of a RFID card reader which is used to detect the condition of vehicles.When the active RFID wireless module sends a signal，the detection module will detect the signal and upload to the host computer which controls the opening and closing of the indicator light（used to indicate whether the vehicle pass or not）buried in the parking ground.With the usage of Modbus communication protocol to control and monitor，the design realizes an artificially controlled intelligent closed-loop system combined with the external environment.

parking guidance system；STM32F107；RFID；ground lights

TP273

A

杨迪娜

2014-10-04）

青岛经济技术开发区重点科技发展计划项目（No：2013-1-62）；山东科技大学研究生教育创新计划项目（KDYC13012）资助。