刘 永
（四川理工学院自动化与电子信息学院，四川 自贡 643000）
【摘 要】随着汽车拥有量急剧增加，停车场的需求随之增加，规模也不断扩大，这给停车场的车辆管理提出了新的挑战。以MSP430为核心控制芯片，采用Rfid检测计费方式设计了一款基于MSP430单片机的停车场自动收费系统，该系统具有自动开启过杆、自动计费、显示、查询及语音播报等功能。经理论验证，该系统能有效改善城市车辆快速进出停车场，对城市交通管理和交通便捷具有重要的意义，并具有低功耗、低成本，易扩展。
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关键词 Rfid检测；Msp430；自动收费系统；停车场
0 引言
随着科学技术和汽车工业的飞速发展，汽车的销售价格也逐年大幅度降低，汽车的拥有量也逐年大幅度增加，这为城市的交通等各方面造成了巨大的影响。在这些问题中，停车难成为我国大多数城市交通的一个关键性问题。交通繁忙区域停车和行车问题也越来越复杂，老式停车场大多是采用人工方式收费，过程繁琐并且劳动强度高停车场利用率低，财务管理也是非常的复杂，这会间接提高管理成本。近年来，国内外一些专家学者提出了针对智能停车场快速出入提出了一些解决方案。智能合理的停车收费系统能为用户提供快捷的服务，还能降低操作成本，并且降低劳动强度[1-3]。
本文针对现在各种停车场的解决方案提出一种基于MSP430单片机和无线识别技术的一种新的智能停车收费系统。本文设计的智能收费系统具有以下一些功能：1）人机交互界面清晰易懂，设备成本低；2）按时间段进行收费；3）客服可以采用多种付费方式；4）按国家统一的标准配置，以便以后系统扩展。
本文安排如下：第一部分是引言部分；第二部分是系统组成；第三部分是系统的软件设计及仿真；第四部分是结论。
1 系统组成
系统组成如图1所示，本文设计的智能停车场车辆管理系统是以MSP430微控制器为核心，由RFID模块，显示终端，过杆以及服务器组成。RFID负责检测是否有出入车辆[5]。MSP430微控制器处理采集终端输入的数据，然后把结果输出给被控单位和显示终端以方便用户和管理方使用。显示终端显示微处理器输给它的各种停车场信息给用户和管理员。门杆起/下控制车辆的出/入。本系主要以MSP430单片机对一系列外围设备进行控制并接收外围设备传来的数据，同时负责与服务器进行通信与接收控制命令。系统在不断发送无线信号检测是否有车辆进入或离开停车场，当有车辆进入检测范围时无线检测设备进入读写数据流程，根据读入的数据信息发出下一步控制命令。显终端显示停车场相关信息以供用户浏览。完成上面的整个流程后，单片机控制器对门杆控制系统发出控制命令，对检测通过的用户放行。
2 系统硬件设计
本系统由九部分组成：单片机及外围电路、Rfid读写模块、大门控制电路、键盘电路、显示电路、语音播报电路、存储器电路、时钟电路、以及串口通信电路组成。系统可以实现自动开启关闭大门功能、自动计费功能、显示功能、查询功能，而且收费方式、时钟显示均可调节。在整个系统中，Rfid读写模块是两部分硬件设备相互联系的中间纽带，Rfid读写模块对用户数据的完整采集是整个系统实现的必要条件。
2.1 Rfid读写模块
本设计采用PHILIPS公司的MF-RC500芯片。MF-RC500是与射频IC卡实现无线通信的核心部件，也是阅读器读写卡的关键接口芯片，该芯片主要应用于13.56MHz频段非接触通信的主流读卡IC。
2.2 大门控制电路
为了保证停车场的安全，需要设计过杆来控制车辆的进出，当过杆控制器检测有车出入时，把灯的状态变化信号作为控制继电器工作的控制信号送入单片机，用软件编程控制继电器工作状态进而控制过杆的开关和车辆的进入。
2.3 键盘电路的设计
键盘设计如图2所示，编程时采用查询方式：
入门键：按下时，车位数减一，过杆抬起，自动存储与车辆相关数据。
出门键：按下时，车位数加一，显示停车时间与收费金额，过杆抬起。
2.4 存储电路的设计
在本设计系统中，单片机本身所带的内存不够存储大量的信息，因此必须扩展外部内存来存储关键信息。本系统选用美国Microchip公司生产的AT24C02芯片能最大限度地利用其容量，且不用地址译码，不占用外存空间。
2.5 串行通信接口电路的设计
本设计采用RS232标准来实现阅读器和上位机之间通信的芯片采用MAXIM公司生产的MAX232，选取它的主要依据在于：单5V电源供电，与阅读器里其它芯片的工作电压相同，符合所有EIA/232E标准。
2.6 时钟电路的设计
本设计的实时时钟电路采用DS1302，其主要特点是采用串行数据传输，同时增加掉电保护电源并提供可编程的充电功能。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。
3 系统软件设计
单片机控制中心的程序采用C语言编写，运行效率较高。在调试的过程为提高调试效率采用了模块化程序的编写。其程序由主函数、检测子函数、显示子函数、步进电机子函数、时钟子函数、键盘子函数组成。
3.1 主程序
主程序是系统运行的核心，程序代码在运行的时候总是从主函数开始执行，用于内部RAM和各种中断的设置，不断扫描操作按键，做出相应操作，并送显示器显示。程序流程图如图3显示。
3.2 检测子程序
检测子程序包括进车检测子程序和出车检测子程序。其实检测识别是Rfid模块来完成的，但在Proteus中仿真无法实现，在仿真时用两个独立按键分别模拟小车的出入。当进门键按下就表示有车进入，出门键按下就表示有车出去。
3.3 显示子程序
键盘上的按键可以查询停车位数和收费总额，本来预想的是收费标准可调，但是在编写程序代码时发现很难实现。本设计由于单片机资源有限，预设的是9个车位，而且进出门信息是在一个液晶上显示的。仿真结果与仿真波形图如图3所示。
3.4 时钟子程序
Ds1302时钟子程序主要实现对各位用户停车的时间进行计时，仿真结果与波形图5所示。
分花时间比较长，经常出现按键功能无效、LCD显示不稳定等情况，后来经过不断改进，添加或删除延时程序等，显示基本稳定，时间显示分钟也基本稳定。最后整体程序编写成功，程序仿真也达到预想效果。
（1）停车场开始运行，显示稳定，绿灯亮表示有剩余车位。考虑到单片机资源有限，这里预设的是9个车位，经过反复的程序修改以及proteus中原理图参数的调节，达到预期效果。
（2）有车进入，车位减一（判别是否有车进入本来是用rfid模块来实现的，但是在proteus中显然是不能实现，为达到设计要求，笔者采用的是独立按键（入门键）来进行模拟仿真），车位未满时显示绿灯，并且过杆自动抬起（这里用的步进电机模拟，正转90度，延时20秒自动恢复）。
（3）有车入库，车位继续加一，当车位停满后，红灯亮。
（4）有车出库，显示停车时间以及收费金额，同时车位加一，运行正常。过杆自动抬起。
（5）*键：剩余车位查询#键：总价查询（这里的总价是指收费总额，不是单辆停车收费金额）。
本设计实现了停车场计费管理系统操作演示、出入口控制器的设置、仿真模型车辆的仿真出入控制、停车场计费管理软件的仿真。基本满足预期效果。
4 结束语
本文设计一款基于低功耗的MSP430微控制器的智能停车场管理系统。该系统主要针对智能停车场管理，它具有以下一些优点：（1）车辆进出快速；（2）自动收费管理；（3）计时收费；（4）成本低廉扩展方便。智能停车场是未来停车场发展的一个趋势，对老式停车进行改造是未来智能交通发展的关键一步。本文设计该系统主要从现在车辆拥有量增加的趋势和城市交通管理的着重点出发，根据这个目标和现在实际的情况配置合适的系统方案。在设计的过程根据实际情况选择了目前非常流行的低功耗低成本的MSP430微单片机。理论仿真表明该系统能实现上述功能并能有效进行扩展和进一步改造，丰富的端口复用能使多个硬件有效相互协调工作。
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参考文献
［1］沈苏彬,范曲立,宗平,等．物联网的体系结构与相关技术研究[J]．南京邮电大学学报,2009,29(6):1－11．
［2］任晓莉．基于物联网的智能公交系统设计[J]．电子设计工程,2013,21(12):60－62．
［3］于军琪.智能建筑课程设计与项目实例[M].北京:中国电力出版社,2011.
［4］马可,苗志全,张波．智能停车场管理系统的实现[J]．华北科技学院学报，2006,3(3):72－74．
［责任编辑：刘展］