智能停车解决方案：STM32无人收费机器人助力停车场管理（详细流程）

一、项目概述

项目目标和用途

智能无人停车场收费机器人旨在通过自动化技术提升停车场的管理效率和用户体验。该系统通过监测车辆的进出情况，实现自动收费和停车位管理，减少人工干预，提高停车场的智能化水平。

解决的问题和带来的价值

1. 自动化管理：减少人工收费，提高效率，降低人力成本。

2. 用户体验提升：通过智能监测和自动扣款，用户无需排队等候，提升停车体验。

3. 安全性增强：夜间补光灯的设计提高了停车场的安全性，减少了潜在的安全隐患。

4. 实时数据监控：系统能够实时监控停车位的使用情况，优化停车资源的配置。

二、系统架构

系统架构设计

本项目的系统架构包括以下几个主要组件：

• 车辆检测模块：使用超声波传感器检测车辆的进出。

• 照明控制模块：在夜间车辆靠近时自动开启补光灯。

• 收费模块：通过无线通信模块与后台服务器进行数据交互，完成自动扣款。

• 门禁控制模块：根据车辆状态自动控制停车场的门。

选择的硬件和技术栈

• 单片机：选择STM32系列单片机作为控制核心，具备强大的处理能力和丰富的外设接口。

• 传感器：使用超声波传感器（HC-SR04）进行车辆检测，光敏电阻控制补光灯。

• 无线通信模块：使用ESP8266 Wi-Fi模块与后台服务器进行数据交互。

• 数据库：使用MySQL或Firebase存储用户和停车记录。

系统架构图

检测车辆进出

发送数据

扣款请求

返回结果

控制

控制

车辆检测模块

照明控制模块

收费模块

后台服务器

门禁控制模块

补光灯

三、环境示例和注意事项

环境示例

• 停车场环境：适合在室外或室内停车场使用，需考虑天气因素对设备的影响。

• 电源管理：确保系统有稳定的电源供应，考虑使用太阳能供电或备用电池。

注意事项

1. 传感器灵敏度调整：根据实际环境调整传感器的灵敏度，以避免误报。

2. 数据安全：确保与后台服务器的通信采用加密协议，保护用户隐私。

3. 设备维护：定期检查和维护传感器和其他硬件设备，确保系统正常运行。

四、代码实现

功能模块实现

以下是各个功能模块的代码实现和流程说明。每个模块的代码示例将详细解释其功能和实现逻辑，并使用时序图展示模块之间的关系。

1. 车辆检测模块

车辆检测模块使用STM32的HAL库与超声波传感器（HC-SR04）进行交互，以检测车辆的进出。

代码示例

#include "stm32f4xx_hal.h"

#define TRIGGER_PIN GPIO_PIN_0  // 定义触发引脚
#define ECHO_PIN GPIO_PIN_1     // 定义回声引脚
#define GPIO_PORT GPIOA         // 定义GPIO端口

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);

int main(void) {
    HAL_Init();                // 初始化HAL库
    SystemClock_Config();      // 配置系统时钟
    MX_GPIO_Init();           // 初始化GPIO

    while (1) {
        // 发送超声波信号
        HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, TRIGGER_PIN, GPIO_PIN_SET);
        HAL_Delay(10);         // 发送10us的高电平
        HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, TRIGGER_PIN, GPIO_PIN_RESET);

        // 计算回声时间
        uint32_t start_time = HAL_GetTick();
        while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_PORT, ECHO_PIN) == GPIO_PIN_RESET); // 等待回声信号
        uint32_t travel_time = HAL_GetTick() - start_time; // 计算回声时间

        // 计算距离
        float distance = travel_time * 0.034 / 2; // cm
        if (distance < 10) { // 如果距离小于10cm，检测到车辆
            // 发送信号到收费模块
            // 例如：通过串口发送数据
        }
        HAL_Delay(100); // 每100ms检测一次
    }
}

static void MX_GPIO_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); // 使能GPIOA时钟

    // 初始化触发引脚
    GPIO_InitStruct.Pin = TRIGGER_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    HAL_GPIO_Init(GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);

    // 初始化回声引脚
    GPIO_InitStruct.Pin = ECHO_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    HAL_GPIO_Init(GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
}

代码说明

• 初始化：在main函数中，首先初始化HAL库和GPIO。

• 超声波发送：通过设置触发引脚为高电平，发送超声波信号。

• 回声接收：等待回声信号的到来，计算回声时间，并根据声速计算距离。

• 车辆检测：如果检测到的距离小于10cm，表示有车辆靠近，系统将发送信号到收费模块。

2. 照明控制模块

照明控制模块根据光敏电阻的值来控制补光灯的开关。

代码示例

#include "stm32f4xx_hal.h"

#define LIGHT_PIN GPIO_PIN_2   // 定义补光灯引脚
#define LIGHT_SENSOR_PIN GPIO_PIN_3 // 定义光敏电阻引脚
#define GPIO_PORT GPIOA        // 定义GPIO端口

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);

int main(void) {
    HAL_Init();                // 初始化HAL库
    SystemClock_Config();      // 配置系统时钟
    MX_GPIO_Init();           // 初始化GPIO

    while (1) {
        // 读取光敏电阻值
        int lightValue = HAL_ADC_GetValue(&hadc1); // 假设hadc1已配置为光敏电阻的ADC通道
        if (lightValue < 500) { // 如果光线较暗
            HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, LIGHT_PIN, GPIO_PIN_SET); // 开启补光灯
        } else {
            HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, LIGHT_PIN, GPIO_PIN_RESET); // 关闭补光灯
        }
        HAL_Delay(1000); // 每秒检测一次
    }
}

static void MX_GPIO_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); // 使能GPIOA时钟

    // 初始化补光灯引脚
    GPIO_InitStruct.Pin = LIGHT_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; // 设置为推挽输出
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;          // 不使用上拉或下拉
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW; // 低速
    HAL_GPIO_Init(GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);

    // 初始化光敏电阻引脚
    GPIO_InitStruct.Pin = LIGHT_SENSOR_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG; // 设置为模拟输入
    HAL_GPIO_Init(GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
}

代码说明

• 初始化：在MX_GPIO_Init函数中，初始化补光灯引脚为推挽输出模式，光敏电阻引脚为模拟输入模式。

• 光线检测：在main循环中，通过ADC读取光敏电阻的值。

• 灯光控制：如果光敏电阻的值小于500（表示光线较暗），则开启补光灯；否则，关闭补光灯。

3. 收费模块

收费模块通过Wi-Fi模块（如ESP8266）与后台服务器进行数据交互，完成自动扣款。

代码示例

#include "stm32f4xx_hal.h"
#include "string.h"
#include "stdio.h"
#include "esp8266.h" // 假设有一个ESP8266的库文件

#define WIFI_SSID "your_SSID"         // Wi-Fi SSID
#define WIFI_PASSWORD "your_PASSWORD"  // Wi-Fi 密码
#define SERVER_URL "http://your_server_url" // 后台服务器地址

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);

int main(void) {
    HAL_Init();                // 初始化HAL库
    SystemClock_Config();      // 配置系统时钟
    MX_GPIO_Init();           // 初始化GPIO

    // 初始化Wi-Fi模块
    ESP8266_Init();
    ESP8266_Connect(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD); // 连接Wi-Fi

    while (1) {
        // 假设有一个条件表示车辆离开
        if (/* 车辆离开条件 */) {
            // 发送扣款请求到后台
            char request[256];
            sprintf(request, "GET %s/charge?amount=10 HTTP/1.1\r\nHost: your_server\r\n\r\n", SERVER_URL);
            ESP8266_SendRequest(request); // 发送请求

            // 处理响应
            char response[256];
            ESP8266_ReceiveResponse(response, sizeof(response));
            // 解析响应并进行相应处理
        }
        HAL_Delay(1000); // 每秒检查一次
    }
}

static void MX_GPIO_Init(void) {
    // GPIO初始化代码（根据需要添加）
}

代码说明

• 初始化：在main函数中，初始化HAL库、系统时钟和GPIO。

• Wi-Fi连接：使用ESP8266库连接到指定的Wi-Fi网络。

• 扣款请求：在检测到车辆离开时，构造HTTP GET请求，向后台服务器发送扣款请求。

• 响应处理：接收并解析服务器的响应，以确认扣款是否成功。

模块之间的时序关系

以下是各个模块之间的时序图，展示了它们之间的交互关系。

车辆检测模块 照明控制模块 收费模块 后台服务器 检测到车辆靠近 读取光敏电阻值 判断光线，控制补光灯 发送车辆检测信号 检查车辆状态 发送扣款请求 返回扣款结果 车辆离开信号 车辆检测模块 照明控制模块 收费模块 后台服务器

代码模块关系说明

1. 车辆检测模块：负责检测车辆的进出，并将检测到的信号发送给收费模块。

2. 照明控制模块：根据光线条件控制补光灯的开关，确保在夜间或光线不足时提供足够的照明。

3. 收费模块：在车辆离开时，向后台服务器发送扣款请求，并处理返回的结果。

五、项目总结

项目主要功能

本项目实现了一个智能无人停车场收费机器人，主要功能包括：

1. 车辆检测：通过超声波传感器实时监测车辆的进出情况。

2. 照明控制：根据环境光线自动控制补光灯的开关，提升夜间停车场的安全性。

3. 自动收费：通过Wi-Fi模块与后台服务器进行通信，实现车辆离开时的自动扣款。

实现过程

• 需求分析：明确项目目标，确定系统的主要功能模块。

• 系统设计：设计系统架构，选择合适的硬件和技术栈，包括STM32单片机、超声波传感器、光敏电阻和Wi-Fi模块。

• 代码实现：逐步实现各个功能模块的代码，确保逻辑清晰、易于理解和维护。

• 模块测试：对每个模块进行单独测试，确保其功能正常。

• 系统集成：将各个模块集成到一起，进行整体测试，确保系统的协调工作。