基于STM32单片机车牌识别图像处理AI摄像头车位停车计费设计

摘要

本文主要探讨了基于 STM32F103C8T6 单片机的车牌识别停车场计时计费系统。该系统以 STM32F103C8T6 单片机核心板为控制中枢，充分发挥其高性能处理能力。1.44 寸 TFT 彩屏为用户提供直观的信息显示，可展示停车场的相关状态及数据。同时，系统提供无线蓝牙、无线 WIFI 和无线视频监控模块等可选配置，以满足不同场景的需求。PythonAi-V831 图像识别摄像头能够准确识别车牌信息，1.5 寸图像识别显示屏可辅助显示识别结果。舵机驱动电路和蜂鸣器驱动电路则在特定情况下提供相应的控制和提示功能。电源为整个系统的稳定运行提供保障。该系统实现了车牌识别、停车场计时计费等功能，提高了停车场管理的效率和智能化水平。

关键字：车牌识别、STM32、计时计费、智能管理。

2.方案的设计与论证

2.1 单片机芯片的选择
方案一
采用可编程逻辑器件CPLD作为控制器，CPLD可以实现各种复杂的功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、I/O资源丰富、易于进行功能扩展。采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模控制系统的控制核心。但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要求也不是非常高。且从使用及经济的角度考虑，最终放弃了此方案。
方案二
采用ST公司的STC89C52单片机作为主控制器，STC89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程 Flash 存储器。该单片机功耗低、接口丰富，成本低廉，完全能满足本设计要求。
方案三
采用单片机芯片控制MSP430单片机是美国德州仪器（TI）推出的一种16位超低功耗的混合信号处理器（Mixed Signal Processor），主要是针对实际应用需求，把许多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片”混合信号处理的解决方案。MSP430F149是一个16位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机，具有可靠性高、功耗低、扩展灵活、体积小、价格低和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表、专用设备智能化管理及过程控制等领域，有效地提高了控制质量与经济效益，已成为众多单片机系列中一颗耀眼的新星。
方案四
本文所选单片机控制芯片为STM32单片机，STM32系列处理器是意法半导体ST公司生产的一种基于ARM 7架构的32位、支持实时仿真和跟踪的微控制器。使用ARM最新的、先进架构的Cortex-M3内核，具有优异的实时性能、杰出的功耗控制、出众及创新的外设，并且最大程度的集成整合，十分易于开发，可使产品快速将进入市场。
综上所述，故选择方案四。

3.硬件电路的设计

3.1 系统功能分析和硬件框图
本系统由STM32F103C8T6单片机核心板、1.44寸TFT彩屏、（无线蓝牙/无线WIFI/无线视频监控模块-可选）、PythonAi-V831图像识别摄像头、1.5寸图像识别显示屏、舵机驱动电路、蜂鸣器驱动电路及电源组成。
【1】本设计图像识别摄像头实时采集图像信息，并将图像识别车牌号信息通过1.5寸识图像显示屏显示出来。经过分析识别，将相应的车牌信息进行记录显示到后台屏。后台能够查看停车车位、停车的车牌号、停车时间、停车费用。
【2】按键能够直接控制舵机开关，能够设置停车收费的上限，每10秒计费1元，最多不超过上限收费额。
【3】摄像头首次图像识别到车牌信息，蜂鸣器对应鸣叫提醒，舵机打开，认为车辆进入闸门停靠在对应车位。摄像头再次图像识别到该车牌号，蜂鸣器对应鸣叫提醒，舵机打开，认为车辆驶出闸门。
【4】能够识别的车牌有如下：“皖”, “沪”, “津”, “渝”, “冀”, “晋”, “蒙”, “辽”, “吉”, “黑”,“苏”, “浙”, “京”, “闽”, “赣”, “鲁”, “豫”, “鄂”, “湘” , “粤”,“桂”, “琼”, “川”, “贵”, “云”, “藏”, “陕”, “甘”, “青” , “宁”,“新”, “警”, “学”。
【5】设计中设置的阈值参数保存到单片机Flash中，具有掉电不丢失功能。
【6】无线APP功能（注意配备蓝牙/WIFI/视频监控才有该功能）：
APP能够连接板载无线模块，查看相应数据；APP能够操作上述存在的功能操作。
APP能够发送指令/或者接收指令。完成功能的使用，具有强大的实用性功能，方便快捷智能化！注意视频监控及WIFI套餐才拥有视频监控(含WIFI功能)!
【7】如果将控制板封装在一个盒子里，把各个检测模块拖到相应的检测位置，以及显示放在合适位置，该设备是一个非常完善的功能产品。
/无线接收数据和液晶显示一致*******/
/***无线控制命令（一定要注意格式）如下：/
说明：*命令开始 #命令结束数据长度要一直
命令如下：
*OPEN# //打开门禁开关
*%# //个别的设计测试命令,无实际意义,请忽略
注意：无无线版/蓝牙版/WIFI版/视频监控WIFI版硬件操作一样，无线版数据及命令一样，区别只是无线连接方式不同

图3-1是其系统框图：

图3-1无无线系统框图（待选）

4.软件系统设计

4.1 编程语言选择
由于整个程序比较复杂，且计算量较大，用到了较多的浮点数计算，所以程序的编写采用了C语言。
对于大多数的单片机，使用C语言这样的高级语言与使用汇编语言相比具有如下优点:
不需要了解处理器的指令集，也不必了解存储器结构。
寄存器分配和寻址方式由编译器进行管理，编程时不需要考虑存储器的地址和数据类型等细节。
指定操作的变量选择组合提高了程序的可读性。
可使用与人的思维更相近的关键字和操作函数。
与使用汇编语言相比，程序的开发和调试时间大大缩短。
C语言的库文件提供了许多标准的例程。
通过C语言可实现模块化编程技术，从而可将已编制好的程序加到新程序中。
（8）C语言可移植性好且非常普及，C语言编译器几乎适用于所有的目标系统，己完成的项目可以很容易的转换到其它的处理器或环境中与汇编语言相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可移植性、可维护性上有明显的优势，易学易用。
4.2 keil软件设计思想
KEIL软件是单片机开发者广泛使用的开发工具的，简单的单片内形都是使用这种开发软件的，可以降低开发周期，从而减少很多成本，因此广泛受到开发者的欢迎和使用。在使用汇编语言,然后用KEIL软件开发,实现更深刻的。 KEIL软件提供了一个丰富的使用环境和调用的子程序，在全体的打开窗口中。还有一个重要因素就是。我们多看看编程器是如何生存程序序言的，使得使用者可以体会到其中的乐趣的，感觉到此KEIL软件会非常的好用的，越来越受到广大使用者的欢迎的。其中追要由它大多数代码都是集成的，调用很方便的，那些初学者也会感觉很好用的，起点水平不需要太高的。在开发大型软件,以更好地反映高语言的优势。以下的细节KEIL软件开发系统和使用的各个部分的功能。
4.3 主函数程序流程图
本系统设计主要采用keil软件编写与调试程序，程序语言采取易读性和移植性更高的C语言编写。系统运行主程序流程图如下图所示。

无无线主函数流程图（待选）

5.系统调试

5.1 电路焊接
手工焊接是常用原始的焊接方法，目前大量工厂焊接的生产基本上不采用原始方法了，但是普通元器件的修理、系统测试中经常使用原始的手工焊接。重要的是如焊接本质上出现问题，则会影响到整个控制系统的，可以这么说，焊接的会导致这个控制系统可不可以用的。手工焊接主要有如下四步组成的：
第一步开始焊接：
需要把需要焊接的地方打扫干净，主要去处油迹和灰尘,然后把需要焊接的元器件的两个角向一定的方向掰一掰,注意不能把元器件的脚相交在一起了，这样会影响焊接的。接下来让电烙铁头碰到需要焊接的元器件脚下，放上焊锡丝。此处需要注意的是，不能让烙铁头碰到其它元器件的脚了，要不然会把两个元器件焊接在一起了。
第二步给焊接升温：
当在完成第一步以后，接下来就是加热焊锡丝了，主要是将烧热的电烙铁放在器件管脚旁边，慢慢融化焊锡丝，需要注意电洛铁的温度和加热时间，若时间过长，很有可能焊坏面包板焊盘的，一般建议电洛铁温度调整在400。C左右，加热2秒钟左右，例外也要根据器件种类作出具体区别的。在焊接过程中，当需要把焊接好的元器件卸下来，则也需要给焊接处进行加热的，主要操作是首先在焊接处补好焊锡丝，使焊点是圆润的，然后用电洛铁在焊接处进行加热，在加热的过程中就可以直接把元器件卸下来了，此时一定要主要时间，要不然也会损坏焊盘的
第三部清理焊接面：
当在完成第二步时，有的时候会观察到焊接的不完美或者担心出现虚焊情况，这时候需要进行修改的。主要是两种情况的，第一种是焊锡不够，焊接点不圆润，这时需要给焊接处补焊锡，此时需要注意的是焊锡量不能补多，要不然容易连接到其它期间的引脚的。第二种是焊锡过多，这时候可以用电洛铁放在焊接处来回的滑动，会把多余的焊锡带走的，若不行，只能使用吸锡器了。
第四部检查焊点：
当完成以上三步了，最后就需要整体观察了，主要是观看焊接点是不是圆满、亮度好、紧固，有没有与其它管脚相连在一起了。
5.2 系统调试
整体系统上电调试前，大概观察下焊接的系统还存在问题，例如还有很显眼的断裂，正负极接反以及相连、虚焊、等问题，然后用万用表检测一下，电源正负极之间是否短路等严重的电源问题，最终保证系统没有问题。
5.2.1 系统程序调试
（1）在Keil软件中先创建一个工程：单击菜单栏中的“工程”，输入新建工程名，并保存。
（2）新建用户源文件：在新建的空白文本中编写程序源代码，编码完成保存文件并文件拓展名“***.c”，新文件创建完成。
（3）程序编译和调试：单击编译按钮，系统会对文件进行运行，在输出窗口中可看到提示信息，如过窗口显示有error信息，则按提示找出错误并改正，直到提示没有错误提示为止。
（4）程序编译无错误后，进入程序调试状态，可查看单片机资源状态，进行断点等方式调试。
5.2.2硬件测试
最后一步就是硬件整体测试了，主要运用万用表、直流电源和示波器对焊接好的板子进行整体调试，主要检查每一个器件是不是都正常工作了，主要分为两个环节动态调试和静态调试。其中静态调试主要分为以下四种：
1、肉眼观察。主要观看焊接点是否饱满，以及相连器件之间是否相连或者器件管脚没有焊接好，出现短路现象。
2、使用万用表调试。首先查看电源是否短路，然后测量管脚是否连接正确，有没有接线错误。
3、上电检查。在完成第一步和第二步都没有问题，接下来就可以上电了，上电以后观看每个器件是否正常工作，然后在逐一测试功能。