1 系統方案設計
系統分為網絡、上位機、下位機三大模塊。系統結構如圖1所示。
網絡模塊網絡模塊指的是各管理機或者服務器主機通過網絡適配器，網絡連線組網，用戶通過網頁進行預定停車位和網絡付款。通過計算機管理可以建成大規模的停車場管理系統，適宜現代化大型物業公司對多個地域分布的停車場進行集中統一管理；RS 485串行通信總線用于加掛停車場的執行單元，如監控主機、門禁控制機、收費機、身份識別設備等低速設備，并與上位計算機進行通信。
上位機模塊指各分布停車場的管理計算機或者擴大規模后的服務器。通過管理軟件管理停車場車位數據庫，接收用戶的網絡預訂和管理員的管理，通過RS 232通信接口經信號電平轉換為RS 485通信電平后與下位機進行通信，控制停車場的各個執行單元，上位機與閉路圖像監視單元連接用于監視停車場的實時安全動態。
下位機模塊車位監控單元由兩片單片機構成的監控主控制機和熱備份機組成；通過光電耦合模塊控制由光電傳感器構成的車位監控電路對車位進行實時監控；因采用總線技術，所以停車場車位的數量可以依據需要進行擴展，出入門禁控制單元包括由單片機、實時時鐘、存儲器、LCD顯示器、鍵盤、控制輸出電路組成的控制機；既可作為門禁的開啟與關閉控制，又可作為上位機短時間故障的熱備份機運作。出入庫身份識別單元包括無線射頻識別和紅外線條碼識別，用于識別用戶的身份信息。總線上連接著自動收費單元，與目前的自動售貨機類似。
2 下位門禁控制機電路設計
下位機門禁管理模塊是出入車場的先和末環節，只有設計結構合理，使用人性化的系統才會受到歡迎。該模塊采用模塊化設計，由電源電路、控制機主機、門禁時鐘電路、車位信息存儲電路、門禁通信電路、門禁執行控制電路、門禁信息輸入電路、門禁信息輸出電路等組成，其結構框圖如圖2所示。
2．1 門禁控制機主電路
控制機控制芯片采用美國Atmel公司生產的低功耗、高性能CMOS 8位單片機AT89S51，片內含4 KB的指令系統，不僅應用于許多高性價比的電路中，也可靈活用于各種控制領域，所以其控制核心選用AT89S51芯片?？刂茩C主電路工作原理如圖3所示。
控制主機的外部時鐘，系統使用串口通信，將通信的波特率定為9 600 b／s，選用11．059 2 MHz的石英晶振，再連接兩個20～30 pF之間的微調電容，即構成時鐘源。單片機有效復位電路采用的是單片機上電復位和單片機手動電平復位兩種方法，通過查詢AT89S51資料得知，其復位時間為RST引腳出現兩個機器周期以上高電平而使單片機復位。選用11．059 2 MHz的晶振可以確定其機器周期小于1μs，因此選用電容容量為22μF，電阻為1 kΩ的上電復位電路，使用手動電平復位選用200 Ω的電阻。在P0口使用阻值為10 kΩ的排阻作上拉電阻。液晶LCD顯示器用P0口；輸入鍵盤使用P1口；P2口一部分給液晶顯示器輸出的控制腳使用，剩余的用作連接門禁控制電動機驅動信號或報警信號驅動端；P3口一部分用于時鐘和數據存儲芯片的I2C引腳通過電阻上拉，一部分連接TTL－RS 485電路用于通信，一部分用于中斷，多余的用于輸出控制使用。
由于門禁控制機部分連接有時鐘電路和信息儲存電路，因此該電路的另外一個重要用途就是用于作為上位機(PC機)短時間故障恢復時提供臨時的應急控制用的熱備份機(熱備機)。
2．2 門禁控制機信息儲存電路
如果設備運行于停車高峰時間，可能使系統出現所有下位設備同時訪問上位機的情形，這樣會造成系統網絡通信堵塞而引起系統監控失靈等現象。因此門禁控制機中加入信息存儲電路，可以有效緩沖通信壓力，避免通信堵塞現象。同時信息存儲部分又可作為臨時的上位機和熱備份機，即使上位機短時間失效停機，系統的監控運作依然正常。這樣的小冗余度設計可使上下位機互補運行，軟硬件互補運行。
門禁系統分為前／后門禁模塊。前／后門禁模塊電路的設計相同，但是用途和程序不同，系統存儲的信息也不同。前門禁主要是存儲車位信息和使用情況，后門禁存儲車位密碼、停車時間、金額等信息。綜合信息的存儲密度使用AT24C08A或者AT24C16A為存儲單元。設計中地址線可以根據需要進行調整，該設計是將地址線接地。寫允許接地有效。
2．3 門禁控制機信息顯示電路
門禁控制機的信息輸出可以通過兩種途徑，控制機顯示輸出和上位機主屏幕輸出?？刂茩C輸出可作為上位機故障的備份顯示屏，供臨時使用，設計中使用LCD液晶顯示模塊進行輸出。一般的液晶顯示模塊都有8個數據傳輸引腳和5～8個控制引腳，剩余的就是液晶背景電源和顯示屏亮度調節引腳，只需要進行連接就可以。該設計中采用RTl2032點陣液晶顯示。
2．4 門禁控制機信息輸入設備電路
出入門禁信息的輸入使用的是門禁識別系統，如無線射頻識別模塊、紅外線條碼識別模塊。但是，也可以輸入密碼形式，這樣既可以提供多于一套的驗證系統，又可以靈活使用。信息輸入設備使用4×4矩陣掃描型鍵盤，12個按鍵作為輸入數字，確認和重新輸入使用，4個按鍵與控制機中斷連接作功能鍵使用。譬如存車、取車、報警、故障等，并使用二極管隔離，以防止干擾。
2．5 門禁控制機通信接口電平轉換電路
設計中涉及RS 485工業總線的單元都要進行電平轉換，主要指TTL—RS 485電平轉換和RS 232一RS 485電平轉換。其中，RS 232一RS 485電平轉換分成RS 232一TTL，TTL—RS 485兩個轉換部分。
應用MAX232設計RS 232一TTL電平的轉換電路，電路中的電源使用了串口取電技術，電路中用發光二極管作為電源和通信指示燈。
TTL一RS 485電平轉換電路采用具有符合RS 485通信電平標準的MAX 485系列集成電路進行設計，其電路如圖4所示。
當發送數據時，數據流流入TXD端口，經MAX 485進行電平轉換后，通過J6輸出RS 485高或低的差分電平信號；當接收數據時，RS 485高或低的差分電平信號通過J6進入MAX 485進行電平轉換后，通過RXD端口流出TTL電平信號。只要程序能保證不同時進行接收和發送的操作，即保證是半雙工傳送數據，程序不必用指令控制 DE／RE進行接收和發送的轉換，轉換由硬件電路本身完成。
2．6 門禁控制機執行電路設計
用門禁控制機的I／O口控制驅動信號電平。門禁控制機執行機構接收門禁控制信號，驅動電機動作，控制門禁開啟與關閉和控制車輛進出門禁。用MOSFET連接成H型橋路驅動直流電機動作，在MOSFET兩端并聯二極管作為序流二極管，以有效保護MOSFET，延長器件壽命。
3 下位機車位監控控制機電路設計
下位機車位監控模塊是構成閉環監控系統的反饋環節，它的設計好壞直接影響系統的穩定，是停車場管理系統的關鍵環節。該部分也采用了模塊化設計，具體可以分為監控電源電路、監控控制機主電路、監控耦合電路、車位監控與顯示電路、控制機通信電路等結構，其原理框圖如圖5所示。
監控控制機通信接口電平轉換電路的設計與門禁控制機通信接口電平轉換電路的設計相同。車位實時監控與顯示電路的電源應獨立設計，避免遭受外界信號的干擾。
車位監控控制機電路同樣使用AT89S51單片機作為控制器，但是每64個車位使用兩片單片機構成主機與熱備份機結構。用單片機的P0，P2端口構成8× 8矩陣掃描電路，監控64個車位。P1端口作為停車場狀態監控的輸入端口，單片機串口(P3．0，P3．1)與MAX 485連接，進行TTL電平與RS 485電平的轉換。當主機工作時，熱備份機進入休眠狀態。監控顯示電路的功能是車位號顯示和反饋車位信息，由傳感器、七段數碼管等元件構成。
由于光電傳感器受到灰塵、安裝環境的影響，而且考慮大批量制造成本高等問題。所以在系統中選用了單刀雙擲開關作為檢測傳感器，機械監測方式具有工作穩定壽命長久，可以埋地，受外界環境影響小等優點。將微動開關放于圓筒內，發光二極管放于方槽內上面用玻璃遮蓋，用于指示停車狀況，將單刀雙擲開關鋪設于汽車前輪胎的位置，通過車輛的重力進行開關切換。監控顯示電路與監控控制機通過信號耦合電路連接，信號耦合電路使用光電耦合器(型號：PLP521)，能夠很好地隔離外界干擾，保證控制電路的車位信息識別準確、穩定工作。車位監控電路的結構框圖如圖6所示。
圖6中對車位監控模塊的控制電路電源與監控顯示電路電源進行分開設計，以防止遠距離信號傳輸時外界的干擾信號，這也是使用光耦合器件進行電路隔離的目的。監控顯示電路應使用具有大電流輸出能力的5 V電源，以保證每個車位的顯示亮度足夠。
4 系統測試
車輛出／入門禁存放過程計算機虛擬演示如圖7所示。車輛進入門禁后通過入口門禁身份校驗，包括紅外條碼掃描、無線射頻卡識別、觸摸屏軟鍵盤或者單片機硬鍵盤進行身份識別后進入車位，車輛到位后監控顯示電路動作，并切換信號。車輛出庫時停車位指示電路再次動作，再出門禁控制機將通過與入口門禁相同的方式進行身份識別后繳費放行車輛，整個工作過程的每步動作將在系統全程監控下進行，數據庫停車場事件表格實時記錄數據。
5 結語
停車場車位管理系統的設計是一個以單片機技術、計算機軟件技術和網絡技術相結合的閉環型管理控制系統，能夠對車位動態、車場運行情況進行全面監控。使系統控制簡單，工作穩定可靠，數據差錯率低，控制范圍廣，是一個采用模塊化設計、有自檢自恢復能力、有多種信息輸入類型、多種顯示輸出類型的系統。同時系統使用模塊化設計，易于擴展規模，系統預留了充足的接口空間，可與現在公安部門安全系統對接，實現公共安全資源的充分利用。用戶可以隨到隨停，可以網絡預定，結算方式多樣，系統的人性化程度高，不僅能夠分時段收費，而且可以設置免費停車時間等功能。
長沙市杰出智能科技有限公司，公司主要經營停車場管理系統、監控系統、防盜系統、樓宇對講、廣播系統、人臉識別門禁控制系統等智能化弱電系統集成工程。
