基于Arduino的智能停车场设计

郭芸君，张 麟

（三亚学院理工学院，海南 三亚 572000）

基于Arduino的智能停车场设计

郭芸君，张 麟

（三亚学院理工学院，海南 三亚 572000）

文章以Arduino系列的单片机作为主控终端，通过连接各种传感器以构建物联网为原型的智能停车场。该设计通过单片机与Ethernet W5100进行网络端口的连接，将采集的信息传送到服务器，经过处理后上传到Web交互平台，通过微信公众号平台的自动回复功能，实现查询和预约功能，使停车场能够更高效、更智能化。

Arduino；智能停车场；物联网；微信公众号

随着社会经济快速的发展，机动车数量迅速增加，选择汽车出行的居民越来越多，“停车难，难停车”的问题在每个城市日渐显著，乱收费、违章停车、进出停车场困难等现象普遍存在，这既影响了城市景观，更影响着和谐发展动态交通的方针。大部分城市的停车场还属于传统停车场，功能单一、效率低下、自动化程度低，许多停车场严重短缺停车标志、停车泊位线、导向箭头、减速垫、车辆诱导标志等停车管理设施，加大了停车的难度[1]。

因此，开发和设计一套完整的智能停车管理系统非常必要。基于Arduino单片机开发下的智能停车场能够实时监控停车场内情况，方便了解空车位数量，同时还有灯光控制系统，能够导航进入车库的车快速找到空车位。为了节省时间，智能停车场通过物联网技术，执行局域网内预约停车，极大方便了车主寻找车。

1 系统整体设计方案及框图

系统整体如图1所示。

图1 系统整体

主控单元的一号单片机的工作流程：当有车辆驶入车位时，红外检测传感器检测到车位上有车辆，将高电平信号转换为低电平信号传输给单片机I/O口，单片机得到信号进行判断后打开当前车位上的红色LED开关提示车位有车，并关掉导航到此车位的绿色LED导航灯的开关。当车辆驶出车位时，红外检测传感器检测到车位上无车辆，将低电平信号转换为高电平信号传输给单片机I/O口，单片机得到信号进行判断后关闭当前车位上的红色LED开关并打开导航到此车位的绿色LED导航灯，并保持状态到下次的状态改变。

主控单元的二号单片机的工作流程：当有车辆驶入检测车道时，超声波传感器产生固定PWM信号，将收集到的信号传输到单片机的PWM口，计算出高电平的时间，并用公式计算出车辆离检测口的距离，从而定位车辆位置，并打开当前车辆前方及正上方的灯开关。在靠近出入口的位置或者是双层停车场的道路口，二号主控单片机还设有红外检测传感器和舵机，出入口的方式不同，出口的程序中，当红外检测检测到车辆驶入时，红外传感器将高电平信号转换为低电平信号传输给单片机I/O口，单片机得到信号后输出PWM信号控制舵机开门，当红外检测状态变化时，单片机输出关门PWM信号。入口程序中，由于添加了预约和确定满车的问题，需要一个外控制端来判断是否满足开门条件，并传入开门信号，当红外检测到车已经进入停车场后，关闭入口舵机门。

网络服务器的工作流程：由主控系统的一号单片机接收的4个车位的停车状态，经过处理得到数据后经过HTML5编辑Web保存在服务端，当手机接入无线局域网时，网页登入http://192.168.1.177/或者关注微信号回复“查询”或“预约”即可跳出界面。可以选择预约，界面提示预约号，入口设有LCD1602提示停车场目前空车位数量，并设有4x4矩阵按键来输入预约号。预约系统是将预约数和空车位数作对比，当两个相等时，关闭预约按钮和无预约开门程序，车辆只能通过输入预约号进入，输入预约号后，预约数将减一位，后再和停车场空车位作对比，当空车位大于预约车位数时，可以直接点击开门按键进入。

2 系统主要芯片和模块分析

Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台，包含各种型号的Arduino板和传感器和软件（Arduino IDE）。Arduino能通过各种各样的传感器来感知环境，通过控制灯光、马达和其他的装置来反馈、影响环境[2]。基于Arduino平台，可以快速搭建各种模拟物联网应用的电子原型[3]。

2.1 Arduino Ethernet W5100

Arduino Ethernet是一个基于ATmega328的微控制器，其网络芯片采用W5100，是一款多功能的单片网络接口芯片，内部集成有10/100 Mbps以太网控制器，其功能使可以和计算机或者其他微控制器进行通信，同时支持TWI和SPI通信[4]。

2.2 红外避障传感器模块

红外避障传感器能够测量2～30cm可控范围内的物体，通电后能一直产生红外信号，经过待测物体反射后接收端接收信号，返回的光信号转换成电信号后，进行电压比较，从信号口输出高低电平。

2.3 HC-SR04超声波测距传感器模块

HC-SR04超声波测距传感器可以在2～400 cm内测出物体与模块间的距离，其精度可达到3 mm。用单片机的I/O口给Trig发送一个至少10 μs的高电平信号，模块自动发送8个40 kHz的方波，并检测信号的返回，将信号从Echo口输出到单片机，通过检测高电平的时间来计算物体到超声波传感器的距离，测试距离（cm）=输出的高电平信号/58。

3 系统的软件设计

3.1 红外检测及导航灯和指示灯程序

红外检测需要循环对4个车位上的红外传感器（infra）进行数据采集，当车位的红外采集到低电平时，表示当前车位上有车，关闭当前车位上的导航灯并打开红色指示灯；反之，关闭红色指示灯并打开相对应的导航灯。为了程序的简洁采用了数组定义各个接口并用多个for语句循环嵌套，减少单片机的程序存储空间，提高运行速度。

3.2 超声波测距及灯光控制程序

超声波传感器至少需要10 μs高电平的启动PWM信号，因此，程序给出10 ms的高电平，状态改变时立即用pulshIn ()函数检测脉冲宽度，由计算公式得出相应距离并进行判断，驶入车道时打开前面所有照明灯光，随着车辆的位置关闭车后面的灯光。当车驶出道路时自动关闭灯光。为了程序的简洁采用了数组定义各个接口并用for语句嵌套判断语句，判断语句中当距离小于t×9 cm时，打开第t段照明灯，用for循环后即可实现打开从开始端到max（t）段的照明灯光。

3.3 添加微信公众号功能

由于系统需要接入局域网，网址相对难记住，通过微信扫码关注公众号后收取网址登入方便。首先用微信注册一个公众号，登入微信公众号平台，在自定义菜单中编辑相应的文字，输入网址并保存。在自动回复中选择关键字自动回复，设置“查询”“预约”“停车场”为关键字后，回复框输入网址即可。

4 结语

本文是基于ArduinoUNO单片机、微信公众号、物联网的智能停车场，其核心处理器ATmega328通过控制超声波传感器的占空比来控制导航灯的亮度，以保证车辆安全迅速地找到车位，利用车位上方的红外检测模块配合单片机的处理，来提示车主此车位是否有车；网络部分采用ATmega2560配合Ethernet W5100进行网络端口的搭建，利用HTML5和CSS编程设计出良好的交互界面，车主可以通过微信公众号平台来查询和预订停车位。该智能停车系统可方便广大车友快速找到停车位，减少交通拥堵，同时也降低车场的人工成本和提高车场的利用率，为智慧城市添砖加瓦。

[1]王中生，韩康.基于物联网的智能停车系统研究设计[J].微型机与应用，2016（20）：99-102.

[2]施智雄.Arduino在大学工科教学中应用探索[J].西昌学院学报（自然科学版），2012（4）：50-54.

[3]蔡睿妍.Arduino的原理及应用[J].电子设计工程，2012（16）：155-157.

[4]汪新舜.基于Arduino与LabVIEW的智能厂房环境监控系统[D].大连：大连理工大学，2016.

Design of intelligent parking lot based on Arduino

GuoYunjun, Zhang Lin
（Engineering Branch Sanya College, Sanya 572022, China）

With the single chip of Arduino series as the main control terminal, this article establishes the intelligent parking lot in the prototype of internet of things through the connection of various sensor.Through the connection of the single chip with Ethernet W5100 network port, this design transmits the collected information to the server and then uploads it to the WEB interactive platform after processing.It achieves the query and booking functions through the automatic response function of WeChat public number platform so that the car park can be much more efficient and intelligent.

Arduino; intelligent parking lot; internet of things; WeChat public number

海南省教育厅教改项目；项目名称：Hnjg2015-61。

郭芸君（1985— ），女，海南琼海，本科，中级实验师；研究方向：移动通信。