智能停车场管理系统的研究和设计.docx

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1、摘要1Abstract2第1章 绪论31.1问题提出31.2国内外相关背景41.3本文的研究内容41.3.1严格收费管理41.3.2安全管理41.3.3防伪性高51.3.4耐用可靠51.4本文内容组织结构5第2章 系统方案与总体设计62.1用户背景与需求62.2总体设计原则72.3总体设计92.3.1系统工作流程92.3.2总体设计方案112.4系统设备选取与组成132.5小结15第3章 控制器的硬件设计163.1微控制器的选择163.2时钟电路设计173.3其他部分设计193.4小结20第4章 系统软件设计214.1控制器操作系统214.2任务分解设计224.3管理系统23第5章 总结与展望

2、27参考文献29致谢30附录A: 智能停车系统源代码31附录B:系统电路图41摘要随着人民生活水平的提高，我国汽车保有量不断提升，私家车的数量越来多，在生活小区、办公场所、商场、旅游景点等地方，停车难问题也日益突出。解决停车难问题，除了加大基础设施投入(扩建停车场)外，有效地对现有的停车场进行合理分配、调度与管理，也是行之有效的措施，因而建设配套的停车场管理系统，对停车位进行有序地管理十分必要。目前，无论在生活小区或是在写字楼宇的建设规划中，均已对停车位的规划配备进行了充分考虑，停车场已成为人们生活服务的必备场所之一，停车场的数目增多，对停车场管理系统产生了强大的市场需求。基于上述两点需求，本

3、文设计了一套停车场管理系统，从地感线圈、道闸、吐卡机、主控板到微机管理系统，全套软硬件系统实现了对场内车位有序地分配与调度。本文将从整体方案、硬件设计、软件设计、安装实施等方面进行全面地介绍该系统。同时，本套系统在比较市场同类产品的基础上，独到地将停车管理中的日常处理从上位机(微机)移至下位机(主控板)，降低了整个系统对微机的依赖，显出了自己的竞争优势。关键词：停车场；管理系统；无线射频卡50AbstractWith the improvement of living standards，ChinaS per-capita vehicle volume rising，the number of

4、 private CarS more and more，in the living quarters，office space，shopping malls，tourist attractions and other places，the problem of parking is becoming increasingly obviousSolve the problem of parking，in addition to increasing investments in infrastructure(extend parking lots)，effectively management

5、to the existing parking lots for a reasonable distribution scheduling and management as well as effective measures thus supporting the building of the parking lot management system, the parking spaces for orderly management is very necessaryAt present，both Living Quarter and office-building program，

6、parking spaces havebeen right with the planning for a full account，a parking lot has become an essentialservice life of one of the places，The number of car parks has increased，raising a greatmarket demand of the Parking Lot Management SystemBased on the above two demands，we designed a calpark manage

7、ment system, from Car sense coil Gate，and the Temple-card machines，Main Board of computermanagement system,both hardware and software system to achieve the right site parking spaces and orderly distribution and schedulingThis paper presented a total solution，hardware design，software design，installat

8、ion，and other aspects of theimplementation of a comprehensive introduction to the systemMeanwhile，the presentation system in a comparable market similar products on the basis of Parkingwill be unique to the management of day-to-day basis from the PC shifted to he nextmachine(the control board)，reduc

9、e the entire system to rely on the computer，showingits competitive meritKeywords：Parking lot；Management system；Radio Frequency Identified Card第1章 绪论1.1问题提出科技为人服务，世界上任何先进技术的应用无一不是社会进步的标志和社会发展的需求。停车场的智能化建设也一样，随着社会的进步和发展，人们的生活方式发生着深刻的变化。城市的交通拥挤便是这种变化引起的现象之一。城市由于交通设施的增加造成的交通拥挤甚至混乱给人们的生活带来极大的不便，这种不便迫使人们去

10、寻找高技术的有效手段去解决这种不便。智能化的停车场就是顺应这一时代需求的高技术产物。这不仅可以有效地解决乱停、乱放造成的交通混乱，而且可以促进交通设施的正规化建设，同时也尽可能地减少车主丢车被盗的忧虑。另外，在技术方面，其高技术性匹配于现有其他智能化系统，具有很好的开放性，易于与其它智能化系统组合成更强大的综合性系统，顺应各种综合方式的高级管理。根据国家统计局发布的权威数字，截至2005年底，中国民用汽车保有量为3160万辆，其中私人汽车保有量为1852万辆，占总量的586。私人汽车中，载货汽车452万辆，载客汽车1384万辆。2006年中国销售了700多万辆各类汽车，粗略估计，超过60为私人

11、购买。减去2006年报废的100多万辆汽车，加上新增的400多万辆，专家估计截至2006年底，中国私人汽车保有量接近2200万辆。随着我们汽车保有量的不升提高，停车场作为建筑物附属的功能区正在凸显它的作用。停车场数据的不断增长也刺激了对停车场管理系统的需求，学界和产业界对停车场管理系统的关注与投入也在提高。目前市场上的停车场收费管理系统售价普遍偏高，一套完整的停车收费管理系统售价普遍在10万元人民币以上。高昂的价格影响了停车场管理系统的普及，目前定位于中低价位的停车场管理系统具有广阔的市场空间。1.2国内外相关背景世界各国在汽车保量高速增长初期，就已经开始重视停车场建设与停车管理，停车管理系统

12、技术条件相对比较成熟。国内外在停车场管理方面的研究主要集中智能系统应用到停车场管理领域，实现更高自动化的停车管理。智能的停车管理包含车型的自动识别、自动开关道闸、自动识别车牌号、停车自动诱导、自动计费扣费等方面，国内外学者围绕这些方面进行相关研究妒比1，部分研究成果已进入应用领域，但多数仍处在研究阶段，无论从技术成熟度或实用经济性而言，这些技术应用到实际系统还有一定的距离。停车场作为物业的一部份，仍离不开人的管理，停车场收费管理系统基本是根据车型和停车时间进行收费，人在车型的判断、车号与车主的比对上有着不可替代的实际作用。在机械化程度高、公式计算等方面，技术应用将大大提高效率；停车场管理系统中

13、，如车辆到场、离场的鉴别、道闸开关、费率计算、缴费等工作，应用到这些方面的技术条件已相对成熟，且成本低，具有较高的经济可行性在工程应用领域，技术应用的选择必须兼顾到技术的先进性、成熟度、经济性等因素，本课题正在基于这些因素的综合考虑，定位于单入口单出口的停车场，为业主提供一套高效益的停车场管理系统。1.3本文的研究内容本课题从硬件、软件完整地实现了一套停车管理系统，具有自主的知识产权。该系统具有以下优点：1.3.1严格收费管理对于目前的人工现金收费方式，一方面劳动强度大、效率低，另外一个主要弊端就是财务上造成很大的漏洞和现金流失。使用IDIC卡收费系统车场的收费都经电脑确认和统计，杜绝了失误和

14、作弊，保障了车场投资者的利益。1.3.2安全管理一卡一车，资料存档，保证车场停放车辆的安全。1.3.3防伪性高因为IDIC卡保密性极高，它的加密功能一般电脑花上十年的，时间也解不了，所以不容易仿造。1.3.4耐用可靠本系统采用的IDIC卡，为无源的非接触式的ID卡，卡内有线圈作数据传递和接收能源用，全部密封，所以防尘防水。又因为不用磁头读写，不存在磨损磁带或受干扰，或因磁头积尘而失效。非接触式IDIC，卡能使用10万次以上，在耐用、可靠程度和经济上远优于磁卡。同时，系统设计时考虑了电脑主机故障时对整个系统的影响，本系统在电脑主机故障的情况下仍能主控板的支持下正常地工作，从而不会影响停车场的正常

15、业务。根据停车场的实际情况，我们设计的系统在设备选型上选用了适合地下、户外车场管理的耐用可靠设备；在软件和系统设计上为停车场提供了一套便于维护和运行可靠的收费系统；它能有效的堵塞收费漏洞，降低操作成本，提高经济效益和减轻劳动强度。本文的工作主要体现在以下几个方面：(1)、制定了全套系统解决方案；(2)、自主设计了控制器硬件；(3)、完成系统软件编写任务。1.4本文内容组织结构本文在第二章中将介绍本系统的主要功能与整体设计方案，分析典型用户场前器硬件设计；第四章介绍系统软件部分的设计，包含控制器的软件设计、通讯协议设计、数据库设计及应用系统设计；第五章将介绍系统的实施与调试，最后进行总结与展景与

16、需求，并对停车场的业务流程进行分析，制定一套整体解决方案；在第三章中介绍本系统中控制望。第2章 系统方案与总体设计2.1用户背景与需求本系统的开发以典型的用户场景为开发背景：某智能大厦内有五层停车库，共有200个车位。考虑如下用户需求：设置一进一出的停车场收费系统。短距离感应：选用的控制器应有读取卡片的功能，能独立控制道闸起降并能提供其它设备的控制；读卡方式：采用近距离读非接触式读卡方式(5-15cm)。有图像对比系：对进出车辆实行进出监控，通过人工识别对比图片，有效保障停车场车所示：辆的安全。有车位显示：入口实现无人值守化，但要求能给司机提供车库车位信息。配备收费显示屏，有语音提示。整个停车

17、场系统要求：停车场出口收费电脑与管理中心到更高管理阶层形成一个网络体系结构。单位内部用户采用固定卡(月租卡)方式，外面车采用临时卡方式，在外面设临时车收费亭。卡片的管理(月租卡、临时卡)由统一由管理中心来发卡与管理。针对上述需求，全套系统的总体结构如图1图2.1 停车场系统结构示意图2.2总体设计原则考虑前述用户需求，并对市场同类产品进行了调研分析，本课题在总体设计时须遵循以下设计原则：先进性现代信息技术的发展，是现代科学技术发展中最活跃的领域，新产品、新技术日新月异，每一个新技术的出现都对我们的工作方式产生极大的影响，对我们工作效率的提高起到极大的推动作用。因此本系统必须采用先进的技术和设备

18、，这一方面反映了系统所具有的先进水平，另一方面又使得系统具有强大的发展潜力。同时，由于本系统是一实际使用的工程，因此其技术和设备又必须是相对成熟的。所以，在投资费用许可的情况下应当充分利用现有最新技术、最可靠的产品，以使系统在尽可能长的时间作用于社会，从长远方面考虑，这也是最经济的。 经济性考虑到停车场系统的整体造价及其本身的投资回报期长的特点，应在满足性能要求的前提下尽量使整个系统能获得更大的收益。 可靠性必须考虑采用成熟的技术与产品，在设备选型和系统的设计中尽最减少故障的发生。 可维护性我们认为可维护性是当今应用系统成功与否的很重要的因素。这里的可维护性包含二层含义：(1)易于故障的排除；

19、(2)日常管理操作简便。 安全性随着科学技术的高速发展和社会进步，各种违法犯罪分子的作案手段也不断翻新。必须采用有效的高科技措施，防止场内车辆被盗；同时，系统运作设计必须规范，保证系统自身的安全和管理人员的安全。因此，对系统安全的考虑，应当足够重视，必须采用多种手段防止各种形式与途径的损失。 整体性系统的整体性，涉及到方方面面，对于系统这样的工程必须对这些因素统筹考虑，以构成一个有机的综合管理系统。实用性设计本系统，应首先考虑能满足停车场功能要求和实际应用的需要，同时考虑司机出入的方便与安全。 开放性为保证各供应商产品的协同运作，同时考虑到投资者的长远利益，本系统必须具有一定的开放性，并结合相

20、关的国际标准或工业标准执行。 可扩充性本系统考虑今后发展的需要，因而必须具有在系统产品系列、容量与处理能力等方面的扩充与换代的可能。这种扩充不仅充分保护了原有投资，而且具有较高的综合性能价格比。规范性由于本系统是一个综合性系统，在系统设计和建设初期应着手参考各方面的标准与规范，并且应遵从该规范各项技术规定，做好系统的标准化设计与管理工作。2.3总体设计2.3.1系统工作流程入场：如图22所示，临时用户车辆进入停车场时，车辆感应器检测车到。入口处的LED显示屏显示车位信息，同时系统以语音提示客户按键取卡，客户按键，票箱内发卡器内的ID卡，经输卡机芯传送至入口票箱出卡口，并完成读卡过程。同时启动入

21、口摄像机，摄录一幅该车辆图像，并依据相应卡号，存入中央电脑的数据库中，中央电脑的位置可以放在监控室，一般放在出口收费处。司机取卡后，自动路闸起栏放行车辆，车辆通过车辆检测线圈后自动放下栏杆。月租卡车辆进入停车场时，车辆感应器检测车到，司机把月租卡在入口票箱感应区10一15公分距离内掠过，入口票箱内ID卡读写器读取该卡的特征和有关信息，判断其有效性，同时启动入口摄像机，摄录一幅该车辆图像，并依据相应卡号，存入中央电脑的数据库中。若有效，自动路闸起栏入行车辆，车辆通过车辆检测线圈后自动入下栏杆；若无效，则不允入场。图2.2 车辆入场示意图出场：如图23所示，临时用户车辆驶出停车场时，在出口处，司机

22、将非接触式ID卡交给收费员，收费员在出口处读卡器附近晃一下，依据相应卡号，存入中央电脑的数据库中，系统根据m卡号自动计算出应交费，收费员提示司机交费。收费员收费后，按确认键，电动栏杆升起。车辆通过埋在车道下的车辆检测线圈后，电动栏杆自动落下，同时收费处中央电脑将相关信息记录到数据库内。月租卡车辆驶出停车场时，设在车道下的车辆检测线圈检测车到，司机把月租卡在出口票箱感应器1015公分距离内掠过，口票箱内读卡器读取该卡的特征和有关ID信息，判别有效性。收费员确认月卡有效，自动路闸起栏杆放行车辆，车辆感应器检测车辆通过后，栏杆自动落下；若有误，则不允放行，提醒人工干预处理。同时收费处中央电脑将相关信

23、息记录到数据库内。图2.3 车辆出场示意图系统的工作流程图如下框图所示：入口出口关闸防闸检测开闸临时取卡刷卡人工干预临时卡有效卡收费，还卡有效卡开闸防砸检测超时？刷卡关闸停车.计时准备出场是否是否是否车已过闸车未过图2.4 系统工作流程图2.3.2总体设计方案针对该停车场的实际情况及用户反馈意见，计划配置了一套由一个进口、一个出口组成的非接触式ID卡停车场收费系统，停车场系统入口无人看守，入口配置车位显示屏，临时车可以自动取卡、刷卡进入车场，月卡车持卡感应进入车场。出口设置收费控制电脑，收费显示屏和语音提示系统，在非接触式ID卡停车管理系统的基础上配置图像捕捉对比系统与汉字同步提示系统，例如：

24、当车辆到达入口时，汉字显示系统显示“临时车取卡，月卡车感应读卡：当月租卡有效时，汉字显示系统显示“月租卡有效”。电脑中心配发卡机一套，以供管理中心对月租卡的管理，全套系统的网络拓扑图如图25所示。图2.5 系统网络拓扑图LED显示屏显示车位：(1)在入口的通道间安装进入地感和外出地感(进和出必须严格分开)，为了说明方便暂设大门进的地感线圈为#1(道闸下的地感)，大门出的地感线圈为#2(道闸下的地感)；车位显示屏设为#3。(2)软件对地感线圈的识别与动作：工作流程：当车经过#1、#2地感时地感将发出一个信号给控制器，控制器将相应的信号传送给停车场软件，停车场软件将相应的信息发送给显示屏。进：软件

25、识别规则与动作，当有车进入时#1号地感线圈发送一个信号给控器后软件将车位自动递减1并将信号传给#3号显示屏；出：当车出去时如果控制器收到#2号地感的信号则车位自动加1并将信息传送给#3号显示屏。汉字同步(用于使用出入口票箱，带吐卡的情况)：假设LED显示器默认显示为“日期、时间加其它，并能显示“请取卡，读卡“请通过”、“无效卡”三种状态，此三种状态由控制器控制触发。控制器与显示器连接的方法：假设用户要求显示器在平时显示“日期，时间或其它”当吐卡机地感感应到有车时，通过吐卡机的内部继电开关使吐卡机吐卡设备与读卡机读卡变为有效，LED显示屏显示“请取卡，读卡具体接线端由吐卡机提供；当读卡头感应到有

26、效卡时，道闸升起并且显示器显示“请通过”。当感应到为无效卡时，显示屏显示“无效卡，具体的接法是，显示器的地线与控制器的D0输出点1的COM点相连，常开点(No)与请通过相连，无效卡则与控制器的Do输出点2的NO联接(在控制器中设置无效卡产生的动作为Do输出点动作)。图像对比：A月租车：进入时对其月租车进行拍照，在其外出时对其拍照并调出此车的资料库及进入时的图片通过人工进行识别。B临时车：进入时对其临时车进行拍照，在其外出时对其拍照并调出此车的资料库及进入时的图片通过人工进行识别。收费显示及语音提示：(1)收费显示：停车场软件对外出车辆时间进行计算，根据收费标准计算出停车费用，并将其传输到LED

27、收费显示屏，控制方式为电脑软件直接控制。(2)语音提示：通过语音编码器对语音进行编码，如：“谢谢，你的停车收费为，IC元，对语音提示金额与显示屏显示一致的问题：A在停车场软件中规定时间收费标准；B在语音编码器中编码为：时段收费为5元，时段为10元；C根据以上约定，以后通过传输停车时间段就可以报出收费情况。2.4系统设备选取与组成如上述方案所述，全套系统由如图26所示的部件组成控制中心系统管理PC及软件发卡器入口控制器车辆图像识别出口控制器自动发卡机电子显示屏自动挡车闸语音提示机智能卡读写机智能卡及辆智能卡读写机数字车辆检测器自动挡车闸电子显示屏临时卡发行器图2.6 系统部件框图主控部分：(1)

28、自主开发主控制器，具有独存储数据和工作的能力，在没有与上位机通讯的情况下不影响车辆的进出；(2)读卡头采用与控制器配套125Khz无线射频读卡器系列读头或其它(跟据用户要求距离而定)；(3)ID卡片采用射频卡，EM只读卡。(4)道闸选用智能防砸车道闸。(5)整个停车场软件采用自由开发的停车场管理软件，实现管理中心与出口收费电脑数据共享。出入口设备组成：入口部分主要由吐卡机一个(内含ID卡读卡器、ID卡出卡机、车辆感应器、对讲分机)、控制器一个、自动路闸一个、车辆检测线圈二个、LED显示屏一个自动摄像机一个等组成。收费管理处：收费管理处内设备由收费管理电脑、ID卡控制器、报表打印机、对讲主机系统

29、、收费显示屏、语音系统、操作台、月租卡发卡设备一套组成。收费管理电脑除负责与出入口票箱读卡器、发卡器通信外，还负责对报表打印机和收费显示屏发出相应控制信号，同时完成车场数据采集下载、读用户ID卡、查询打印报表、统计分析、系统维护和月租卡发售功能。2.5小结本章通过了解与分析用户的需求，按总体设计的原则要求，理清了停车场系统的工作流程，确定了系统的整体方案，对全套系统进行了总体规划设计，并列出系统所需设备，明确了系统开发目标：自主开发的控制器与上位机软件管理系统，在接下来的章节中将对本文自主开发的部分进行详细介绍。第3章 控制器的硬件设计本系统控制器以单片机为核心，硬件结构如下图所示。控制器硬件

30、系统包括：电源部分、输出指示部分、实时时钟部分、存储部分、上位机通讯部分、RS一485通讯接口部分。设计过程采用Protel99se绘制电路原理图及PCB布线图。上位机DS1302实时时钟ISP接口非易失性存储器STC微控制器电源模块工作指示灯电路模拟串行接口RS-485通信电路图3.1 控制器硬件结构图3.1微控制器的选择STC系列单片机是由STMicroelectronics公司生产，并由宏晶公司做大陆代理的。STMicroelectronics即意法半导体公司是1987年6月在意大利的SGS微电子公司和法国的汤姆逊微电子公司合并后产生的。1998年5月，公司由原来的SGS汤姆逊(SGST

31、HOMSON)微电子公司改名为意法半导体公司(STMicroelectronics)，简称ST公司。STC单片机的具有如下优点使它成为本文首选：(1)、加密性强，很难解密或破解，解密费用很高、国内能解密的人少，一般的仿制者望而退步；(2)、超强抗干扰：高抗静电(ESD保护)轻松过2KV4KV快速脉冲干扰(EFT测试)宽电压，不怕电源抖动宽温度范围，-40一85IO口经过特殊处理单片机内部的电源供电系统、时钟电路经过特殊处理单片机内部的复位电路、看门狗电路经过特殊处理(3)、具有降低单片机时钟对外部电磁辐射的措施：禁止ALE输出；时钟机器周期，外部时钟频率可降一半；单片机时钟振荡器增益可设为12

32、Gain。(4)、超低功耗：掉电模式：典型功耗01 UA空闲模式：典型功耗2mA正常工作模式：典型功耗4mA7mA掉电模式可由外部中断唤醒，适用于电池供电系统，如水表、气表、便携设备等在系统可编程，无需编程器，可远程升级(5)、可送STC-ISP下载编程器，1万片人天。(6)、可供应内部集成MAX810专用复位电路的单片机只有D版本才有内部集成专用复位电路，原复位电路可以保留，可以不用；若不用，将RESET脚直接短接到地即可。(7)、STC单片机直接替换ATMEL，PHILIPS，Winbond产品，管脚与流行的8051兼容。3.2时钟电路设计时钟电路主要给系统提供时间，当有操作发生时可记录系

33、统时间，以便日后操作查询。本课题选用的时钟芯片是DSl302，该芯片采用串行接口协议，它是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片内含有一个实时时钟日历和31字节静态RAM。通过简单的串行接口与单片机进行通信，实时时钟日历电路提供秒、分、时、日、月、年、星期、每月的天数和闰年的天数，可自动调整时钟操作，可通过AMPM指示决定采用24或12d,时格式。DSl302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口线：RES复位、IO数据线SCLK串行时钟；时钟RAM的读写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信。DSl302工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于lmW。DS

34、l302有主电源和备用电源的双电源引脚，可编程的Vccl慢速充电器及7个附加字节的高速暂存存储器。可通过外部电池加电以长时期保存数据，并能慢速为电池充电。Ycc2在电源系统中提供主电源，由Vccl和Vcc2两者中较大者供电。在正常工作时，由Vcc2供电，Vccl处于充电状态。这非常有手于系统在断电以后，能过备用电源维持时钟内的实时时间信息以及数据。通过简单的3线串行方式接口，能在25-55V电源下可靠工作，在25V时耗电小于300nA。管脚描述晶体的选择：任何实时时钟的核心都是晶振，它为分频计数器提供精确的与低功耗的时基信号，它可以用于产生秒、分、时、日等信息。为了确保时钟长期的准确性，晶振必

35、须工作正常，不能受到干扰。除了晶体之外，所有必须的元件都被集成在器件之内。如果有额外的诸如电容和电阻等元件被连接到Xl和X2引脚，晶振将不能正常工作。这种情况下，直流工作点将发生偏移，晶振频率也会偏移，甚至在上电时，晶振不能正常起振。具有lOpF电容和IOM阻抗的被动示波器探针也会影响晶振正常工作。所有的32768KHZ晶体都有等效电容。市场上最为普遍的32KHZ晶体有两种类型：6pF和125pF。在操作时，晶体必须符合推荐的容性特性，也就是说，X1X2引脚的容性负载必须为6pF。在进行晶振的PCB布局时，X1和X2晶体引脚均为高阻引脚，必须小心处理。需确保晶体与X1、X2引脚之间的连线距离最

36、短，必须小于5ms。自动对时：如前述，由于控制器时钟的精度有限(出于成本考虑)，在每过几天可能就会产生几秒的时间误差，这方面的缺陷将采用软件方式来弥补，本课题中在控制器与上位机通讯程序中加入自动对时功能代码来实现。图3.2 定时时钟电路图3.3其他部分设计蜂鸣器电路：主要是为用户同时也是为停车系统起报警作用。图3.3 蜂鸣器电路3.4小结本章详细介绍了控制器的硬件设计，包含器件的选择、关键元器件的性能参数及实现电路原理图等。同时也了解到IC卡读写电路，通信端口电路，蜂鸣电路的工作原理，同时也查看如定时器电路，计时器电路的设计原理，从元器件的选择，到参数的选择，再到自己的整体布局，设计以上电路图

37、，能让学生更好的理解这些原理与运用。第4章 系统软件设计4.1控制器操作系统在嵌入式系统中，使用RTOS(Real Time Operating System，实时操作系统)是大势所趋，因为在大多数情况下编程效率比执行效率重要。利用Small RTOS多任务系统设计，可以使51单片机发挥的更有效，并且今后的软件维护和改进更方便，更可靠。现在基于单片机软件的发展已经从单一的线程结构方式逐渐变为多任务的设计思想，和其他的RTOS一样，单片机OS也是采用了微内核的结构，内核提供的功能有：任务的调度、任务之间的通信与同步、内存管理、时钟管理、中断管理等。其他的应用组件可由用户自己添加，以系统进程或函数

38、的方式工作，因而系统是可以裁减的。目前在嵌入式系统中，8位单片机应用还是较为广泛的。在51多任务操作系统中，Keil C51所带的RTX51 Full太大(6KB多)，且需要外部RAM，又无源代码，很多时候不实用。RTX51 Tiny虽然小(900多字节)，但是任务没有优先级和中断管理，也无源代码，也不太实用。而uCOS II虽有源代码，但是它太大，又需要外部RAM，所有函数又必须是重入函数，用在51这类小片内RAM的单片机上有点勉强。Small RTOS51为小RAM系统设计，RAM需求小，比较适合51这种资源比较少的系统上嵌入式系统内核。Small RTOS51多任务操作系统：Small

39、RTOS是一个源代码公开的多任务实时操作系统，Small RTOS 51是其在8051系列处理器上的移植(使用Keil C51)。Small RTOS可以简化那些复杂而且时间要求严格的工程的软件设计工作。Small RTOS有以下的特点：公开源代码。只要遵循许可协议，任何人可以免费获得源代码。可移植。尽量把与CPU相关部分压缩到最小，与CPU无关部分用ANSI C编写。可固化。Small RTOS为嵌入式系统设计，如果有固化手段，它可以嵌入到产品中成为产品的一部分。占先式。Small RTOS可以管理17个任务，用户最多可以使用16个任务，每个任务优先级不同。中断管理。中断可以使正在执行的任务

40、挂起。如果优先级更高的任务被中断唤醒，则高优先级的任务在中断嵌套全部退出后立即执行。中断嵌套层数可达255层。如果需要，亦可禁止中断嵌套管理。RAM需求小。Small RTOS为小RAM系统设计，因而RAM需求小，相应的，系统服务也少。目前，Small RTOS的最新版本为120O。可以进行任务的建立、删除、动态内存分配等操作。本课题的控制器OS将在此内核的基础上利用内核中的消息队列的函数实现串口通信的功能，先建立消息的发送和接收队列，为了使发送和接收不冲突，再建立信号量，实现消息队列访问的互斥。串口通信是使用中断的方式发送和接收数据的，要发送或接收的任务把数据放入发送或接收的消息队列中，串口

41、发送或接收中断依次从消息队列中取出数据并发送或接收。当消息队列中没有数据，不会产生中断。4.2任务分解设计控制器任务主要包括输出处理、节点通信处理、实时时钟处理、片外EEPROM处理、看门狗喂狗处理等模块，由中断处理进行串口收发通信。因此，将任务分解为命令处理、输入处理、输出处理、喂看门狗，共4个任务。主程序进行系统初始化以后，顺序建立4个任务，进入CPU休眠状态。各个任务运行后，首先进入任务休眠状态，等待相应任务的唤醒。任务被唤醒以后，进行相应处理，再次进入休眠状态。这样，可以减少任务切换，减轻系统负担。串口数据到来时，引发串口中断，串口中断处理程序唤醒数据接收任务。数据接收任务完成数据包的

42、接收，并根据通信数据包的特点进行错误处理。数据包被正确接收后，唤醒命令处理任务。命令处理任务判断数据包的校验和，若正确就处理相应的命令。命令处理完成以后，将回应数据打包，然后唤醒发送数据任务，将数据通过串口发送出去。任务初始化创建命令处理任务创建输入处理任务创建输出任务创建看门狗任务进入空闲状态图4.1 控制器主程序流程图4.3管理系统管理系统主要对两大对象ID卡和车辆停车记录进行管理，ID卡管理包括卡的发放、挂失、注销、变更及卡主档案资料管理等模块；停车收费记录是本系统的主要功能与目的，车辆进入情况由控制器接收发送至上位机存储管理，在主控板与上位机的通讯协议及通讯线程中，本文已介绍了进出记录

43、格式及采集接收，管理系统中，主要对这些记录查询、统计及打印生成各类报表，进而也可以对停车场的使用、收费情况进行更高一层次的数据挖掘分析。对系统参数的设定，也是上位机程序要完成的功能之一。这些参数包括通讯参数、收费费率及LED提示文字等。下面对部分主要功能模块进行介绍：停车场收费管理系统系统管理卡管理停车收费管理数据库维护操作日志系统参数设置固定卡发放月卡缴费合法卡注册发卡记录收费报表进出情况查询用户管理图4.7 管理系统功能模块图用户管理这里的用户指的是系统操作用户，用户管理提供创建用户、删除用户、用户资料管理、密码设定、分组及权限分配等功能。本文将系统操作用户分为两类：系统管理员和一般操作员

44、(主要是停车场收费保安)，停车场具有不停营运的特殊性，不同的时间段，保安轮岗值守时需要重新登录(系统提供交接班功能菜单，无须关闭重启系统)。操作员管理运行界面图48所示。图4.9 用户权限设置界面操作日志 操作日志在处理纠纷时十分重要，由于本系统数据库采用Access,Access数据库本身不提供数据库日子的功能，操作员对系统的处理记录需通过采用系统编程实现。本文的操作系统日志功能目前仅记录至菜单一级的日志功能，对操作员对系统关键数据的变动进行记录很有必要，这些将有效的解决操作员间操作纠纷。卡管理 下面为固定用户的发卡表单。系统中，临时用户的发卡在车辆入场时由吐卡机发给车主，在出差时由管理收费

45、处回收。对卡的挂失，冻结管理，由IC card表中的card useer status标识，我们对卡的状态作以下约定。0：正常使用1：欠费2：挂失3：冻结收费管理对车辆的进出场进行记录与收费是本系统的主要目的，因而收费管理也是本系统的核心内容，系统对进出的车辆进出进行拍照存储，方便收费员进行对比。收费管理包括对数据的查询、统计及收费功能的打印等功能。由于功能模块比较多，不做一一介绍。下面是软件的仿真结果。1：车辆到达登记界面，当用户到达停车场，系统对进入的车辆进行登记，比如图形显示的是湘D8888,位置为一号位置，到达时间为10：112：车辆离开登记界面，当车辆出停车场时，车辆离开的的时间为1

46、0：40，所以停车金额为1.45元，并完成车辆出停车场的登记。留出空位。3：车辆登记查询 当车辆进入停车场，如果用户不知道在哪，你可以输入车辆的信息，从而能得到自己要的信息。4：退出系统界面第5章 总结与展望本课题属于工程项目与开发类，属商用项目。从系统立项到设计、实施，我们充分考虑了用户的需求、项目的可行性、经济性等因素。整个系统的实现包括方案制订、设备选取、硬件设计、数据库设计及应用系统软件开发等几大部分。本文从系统的全局出发，从大处着眼、小处着手，进行了以下工作：1对用户需求和典型场景进行了分析，进行了总体设计方案与系统设计；2对系统中的关键设备控制器进行了硬件设计，以它为核心控制着本系统的主要连接设备(显示屏、语音提示系统、道闸、吐卡机、票据打印机等)。3控制器软件实现，选用开源Small RTOS51为控制器操作系统，并在它的基础上加入了控制器相关任务处理代码。4制定了控制器与上位机的一套通讯协议，该协议除满