基于机器视觉与大数据的智能停车控制系统设计

王浪涛，张晶，齐嘉科，韩团军

（陕西理工大学 物理与电信工程学院，陕西汉中，723000)

随着科技的快速发展和人均生活水平的不断提高，我国私家车的数量正在逐年递增，目前的停车场管理系统相对落后，停车难的问题也在日益加剧。大多数城市此类问题矛盾突出，大型停车场也不能满足市民泊车需求，而缓解公共场所停车难，不能单纯依靠新增停车位，而应找准现有资源特点“量身定做”盘活停车资源[1-5]。针对以上问题，本文提出了一种基于机器视觉与大数据的智能化自动停车场控制系统，不仅能解决大型停车场停车难和找车难的问题，而且实现了自动泊车功能的控制；还能实现自动计费功能，在很大程度上减少了车主停取车辆的困难，方便停车场统一智能化、信息化管理。

1 系统的硬件设计

整个设计系统由主控模块，指纹验证模块，车牌识别模块，计费管理模块，自动泊车等部分组成。以STM32F103ZET6芯片作为主控制芯片，车辆到达停车场门口准备停车时，主控系统首先会检查停车场是否有空余车位，有车位的情况下先利用AS608光学指纹采集模块录入车主指纹信息，同时，在指纹采集完利用OV7670摄像头自动识别车辆车牌信息。车牌和指纹识别完成，将车辆的特征信息、车主指纹信息传入主控系统后，车主再将车开到指定平台上，放到平台后，车主离开，升降平台会将车升到相对应的层数放入相应的车位，并开启计费，然后平台返回到初始位置。车库中装有温度传感器，当温度达到一定时，车库中的报警装置会自动报警，并提醒工作人员，这时工作人员开启降温装置，进行降温，当车主需要取回停放在停车场的车子时，在指纹识别模块输入指纹，主控系统会自动匹配系统中存车的指纹库，若匹配成功，系统自动给车库发出取车主车辆的指令。当车子由拖车拖走时，STM32芯片定时器中断会自动停止计时，计费系统根据车辆所停车位的时间，计算出停车时长并完成费用计算和收取，直到车主将车辆取回结束。系统总体设计框图如图1所示。

图1 系统的整体框图

1.1 电源模块电路设计

整体控制系统对电压有具体要求，分别为3.3V和5V。在参考了韩团军老师在电子器件上的文章离子测量系统中对电源设计[6-7]。本设计采用AMS1117稳压芯片进行设计对各个模块进行供电，具体设计电路如图2所示。

图2 系统电源设计

1.2 TFTLCD电路设计

人机交互系统部分设计采用低功耗的电容3.2英寸TFT-LCD触摸屏与单片机上的管脚直接相连工作，该屏幕上开发者可以直接观察到所需要显示的三相电压电流相位功率温湿度等参数。该屏幕亮度大，可读性高，具有FSMC接口资源，可以降低开发者的开发任务，该屏幕相比传统的微型显示器更加稳定数据不易丢失。设计电路如图3所示。

图3 TFTLCD显示电路

2 系统的软件设计

整个系统的流程包括指纹识别模块流程设计、车牌识别流程设计、数据发送和控制流程设计，取车流程等主要流程设计。首先，系统通过TFT触摸屏显示，引导用户进行操作，当触摸屏检测停车或取车按键被按下时，系统开始执行相应的程序。系统初始化；检测屏幕上停车或取车按键是否被按下，若停车按键被按下，系统开始执行存车程序，若取车按键被按下，系统则开始执行取车程序，若无按键被按下，系统则检测指纹传感器上是否有指纹，若指纹模块检测到有指纹，系统开始执行寻找车辆程序，并在显示屏上显示该指纹存放车辆的信息提示。系统的总体流程如图4所示。

图4 整个系统的总流程

2.1 指纹识别模块流程

指纹识别模块通过控制指令先获取一幅指纹图像，当成功获取图像后，则通过TFT屏显示提示信息，表示指纹特征生成成功，通过指纹特征搜索目标指纹，搜索成功后显示鉴别信息，当无法鉴别成功，则显示指纹信息错误[8-11]。指纹鉴别流程如图5所示。

图5 指纹鉴别流程

■ 2.2 停放车辆控制操作程序设计

当系统检测到屏幕上停车按键被按下时，如果有空余车位，则开始执行存车函数，交互屏幕上显示出提示信息，指纹模块开始检测指纹，通过采集两次指纹图像对比，若两幅指纹图像一致，则指纹对比成功，然后摄像头开始工作，采集车牌图像并识别字符，当车牌识别完成后，系统开始检测空余车位并分配一个合适的车位给该车辆之后，通过LoRa模块给板车发送存车标志，并通过继电器将分配到车位的电磁引导信号导通，等待车辆完成存放后，车位计时器开始计时，停车操作完成，退出存车程序。停车子函数流程图如图6所示。

图6 排线接口

图6 停车子函数流程

2.3 取车控制操作软件设计

当系统检测到屏幕上取车按键被按下时，开始执行取车控制程序。首先，指纹模块开始采集一幅指纹图像，生成指纹特征后，与系统中存放车辆的指纹数据库进行对比，并通过交互屏幕显示提示信息，若匹配成功，通过LoRa模块给板车发送取车标志，并通过继电器控制对应车位的电磁引导信号导通，板车开始执行取车程序，此时，系统计算该车辆的停车时间，若停车超过30分钟，则计算停车费用，若停车在30分钟内则计费为零，待板车将该车位停放的车辆成功取出后，交互屏幕显示出时间与费用信息，清除该车为的车辆信息。取车完成，退出取车程序。取车子函数流程图如图7所示。

图7 取车子函数流程

3 系统测试及分析

通过软硬件设计，完成了整个系统模型设计。模型是通过3D打印完成了，模型是按照1：1000进行制作。系统3D打印模型和打印实物效果如图8所示。

图8 系统3D打印模型及实物图

智能化停车场采取全封闭式的且全自动化的管理，分为内区和外区，停取车辆通过自动传送，包括垂直停取和横向传送。设计标准可以调整来简化设备，节约内部空间、降低制造成本。通过最终的调试与优化，在实物模型模拟过程中，系统各模块均工作正常，实现了预期的各种工作，系统运行稳定，达到预期效果。测试系统工作的主页面图如图9所示。

图9 系统主页面

在主页面，可以按KEY0来显示车位中是否停车，如果车位没有停车的话，可以按停车，此时系统启动开始录取指纹，并进行停车，并开始计时，在30分钟以内是不需要收费的，当时间超过30分钟时，开始计费2元/时，当车主想将车去走时，可以按取车，此时系统开始工作，将车取出，并放在停车场门口。也可以按K-UP键将停车场中的所有车全部取出。当车入库后系统开始计时，工作主页面车入库后

如图10所示。

图10 系统主页面（车入库后）

车主想取走车时，系统开始工作，录入相应的指纹，并取出相应的车，并显示停车时间，计算出停车费用。取车时的系统主页面如图11所示。

图11 系统主页面（取车时）

4 结论

本文完成了智能泊车系统的设计，系统对于停车场可以进行自动化管理，大幅度减轻了司机与工作人员的工作量，大大提高了了停车场整体的运作效率，并降低了人工输出成本，确保停车场可以做到高效稳定地运作。本设计通过传感器模块起到对场内车位状态实时监控的作用，并将数据传送返回至主控中心进行处理判断，从而控制拖车台、进出数量以及显示屏幕的协同工作，最终将车位状态、计费等其它信息通过显示屏显示，方便工作人员了解停车场内情况以及高效率停取车。该系统具有实时性、便捷性、性价比高、操作简单等特点，可以方便监测停车场内车位状态，在自动化停车方面具有很重要的意义。