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企业网站建设招标文件,公众号怎么制作合集,电商网站硬件配置,软件开发工程师年终工作总结基于STM32单片机的收费站车辆智能检测系统设计摘要本文设计并实现了一种基于STM32单片机的收费站车辆智能检测系统。本系统采用STM32F103C8T6作为主控制器#xff0c;结合RFID射频识别技术、12864液晶显示模块、继电器控制模块和上位机管理软件#xff0c;实现了车辆注册、出…基于STM32单片机的收费站车辆智能检测系统设计摘要本文设计并实现了一种基于STM32单片机的收费站车辆智能检测系统。本系统采用STM32F103C8T6作为主控制器结合RFID射频识别技术、12864液晶显示模块、继电器控制模块和上位机管理软件实现了车辆注册、出入高速管理、余额查询与充值等功能。系统通过IC卡唯一标识每辆车辆当车辆首次刷卡时记录为入库二次刷卡时记录为出库并根据停留时间计算费用。系统具有余额不足预警、非法卡识别等安全机制并通过上位机实现数据的集中管理与历史记录查询。测试结果表明该系统运行稳定识别准确率高响应速度快有效提高了收费站的通行效率和服务质量具有良好的实用价值和推广前景。关键词STM32单片机RFID技术智能收费站车辆检测不停车收费1 绪论1.1 研究背景与意义随着我国经济的快速发展和城市化进程的不断推进公路交通网络日益完善高速公路已成为人们日常出行的重要交通工具。据统计我国高速公路总里程已超过16万公里位居世界第一。在这一背景下传统的收费站人工收费模式已难以满足日益增长的交通流量需求存在通行效率低、人工成本高、管理不规范等问题。智能交通系统(ITS)作为解决现代交通问题的重要手段其中不停车收费系统(ETC)已成为高速公路收费的主流技术。然而现有的ETC系统成本较高安装复杂难以在中小型收费站或临时站点普及应用。因此设计一种成本适中、操作简便、功能完善的智能收费站车辆检测系统具有重要的现实意义。本设计基于STM32单片机平台结合RFID技术旨在构建一种经济实用、操作简便的智能收费站车辆检测系统为中小型收费站提供高效、低成本的解决方案同时为智能交通系统的发展提供技术参考。1.2 国内外研究现状1.2.1 国外研究现状国外在智能交通系统领域起步较早技术相对成熟。日本于1997年率先在全国范围内推行ETC系统采用5.8GHz DSRC技术实现了车辆的快速识别和自动扣费。欧洲各国则主要采用微波技术如德国的Toll Collect系统通过GPS和GSM技术实现货车收费。美国则主要采用电子标签与读写器结合的方式如加利福尼亚州的FasTrak系统。近年来随着物联网和人工智能技术的发展国外研究者开始将深度学习、计算机视觉等技术应用于车辆识别领域。如MIT的研究团队开发了基于卷积神经网络的车辆识别系统准确率可达98%以上斯坦福大学则提出了结合RFID和视觉识别的混合识别方案提高了系统的鲁棒性。1.2.2 国内研究现状我国ETC系统起步较晚但发展迅速。2014年交通运输部启动全国ETC联网工作到2019年底全国ETC用户已超过2亿。国内主流ETC系统采用5.8GHz DSRC技术如金溢科技、万集科技等企业的产品已在全国范围内广泛应用。在学术研究方面国内高校和研究机构也在积极探索新型车辆识别技术。清华大学提出了基于UHF RFID和图像识别的混合车辆检测方法北京交通大学研发了基于STM32的低成本ETC模拟系统浙江大学则在研究将区块链技术应用于高速公路收费系统提高数据安全性和透明度。尽管如此现有系统仍存在成本高、维护复杂、对非标准车辆识别率低等问题。因此本设计尝试在保证基本功能的前提下降低系统成本提高易用性和可靠性为智能收费系统提供新的解决方案。1.3 研究内容与目标本设计主要研究内容包括基于STM32单片机的硬件系统设计包括主控制器选型、外围电路设计等RFID射频识别技术在车辆身份认证中的应用研究系统软件架构设计包括底层驱动、业务逻辑和上位机通信收费算法研究实现基于时间的动态计费人机交互界面设计提高系统易用性系统安全机制设计防止非法操作和数据篡改设计目标实现车辆的快速识别和自动收费支持车辆信息注册、查询、修改和删除功能实现余额管理包括充值、消费和余额不足预警通过上位机实现数据集中管理和历史记录查询构建完整的系统测试方案验证系统功能和性能保证系统可靠性平均无故障时间(MTBF)不低于5000小时1.4 论文结构本文共分为六章 第一章为绪论介绍研究背景、意义、国内外现状及研究内容 第二章为系统总体设计包括需求分析、架构设计和功能模块划分 第三章为硬件设计详细描述各硬件模块的选型和电路设计 第四章为软件设计包括系统软件架构、关键算法和通信协议 第五章为系统实现与测试展示系统运行效果和性能测试结果 第六章为总结与展望归纳研究成果并提出改进方向。2 系统总体设计2.1 需求分析2.1.1 功能需求根据项目要求系统需实现以下功能车辆识别功能通过RFID技术识别车辆身份每张IC卡对应一辆车车辆管理功能注册功能将新车辆信息录入系统撤销功能将已注册车辆从系统中移除充值功能为车辆账户增加余额通行控制功能入高速记录车辆进入高速公路的时间出高速记录车辆离开高速公路的时间计算费用并扣款状态显示功能在12864液晶屏上显示车牌号、消费金额、余额、车辆状态等信息道闸控制功能通过继电器控制电机转动模拟道闸开关声音提示功能通过蜂鸣器提供操作反馈如无效卡、余额不足等上位机管理功能车辆信息的增删改查充值金额设置实时状态监控历史记录查询与数据存储2.1.2 性能需求识别速度车辆识别时间不超过1秒响应时间用户操作到系统响应不超过0.5秒识别准确率车辆识别准确率不低于98%数据存储上位机历史记录保存不少于6个月电源要求系统工作电压5V功耗不超过5W工作环境温度-10℃50℃湿度20%80%2.2 系统架构设计2.2.1 总体架构系统采用下位机上位机的双层架构模式下位机基于STM32单片机负责车辆识别、道闸控制、本地显示和基础数据处理上位机基于PC的管理软件负责数据集中管理、报表生成和系统配置系统总体架构如图2-1所示------------------------------------------------------ | 上位机系统 | | ---------------- ---------------- -------- | | | 车辆信息管理 | | 交易记录查询 | |系统配置| | | ---------------- ---------------- -------- | | | | | | | -------------------------------- | | | | | 串口通信 | --------------------------|--------------------------- | ------------------------------------------------------ | 下位机系统 | | -------- -------- -------- ------------ | | |RFID模块| |按键模块| |显示模块| |继电器控制 | | | -------- -------- -------- ------------ | | | | | | | | ------------------------------- | | | | | ------------ | | | STM32主控 | | | ------------ | ------------------------------------------------------图2-1 系统总体架构图2.2.2 硬件架构硬件系统以STM32F103C8T6单片机为核心连接RFID读写模块、12864液晶显示模块、4个独立按键、继电器控制模块、蜂鸣器和串口通信模块。各模块之间通过GPIO、UART、SPI等接口进行数据交换形成完整的硬件系统。2.2.3 软件架构软件系统采用分层架构设计分为硬件抽象层、驱动层、业务逻辑层和应用层硬件抽象层直接操作硬件寄存器提供最底层的硬件控制驱动层封装硬件操作提供统一的接口如RFID驱动、LCD驱动等业务逻辑层实现核心业务功能如车辆识别、计费算法、状态管理等应用层提供人机交互界面和通信协议如按键处理、显示控制、串口通信等2.3 功能模块设计根据系统需求将系统划分为以下功能模块2.3.1 车辆识别模块负责RFID卡的读取和识别验证卡片有效性将识别结果传递给主控系统2.3.2 车辆管理模块车辆注册录入新车信息分配唯一ID车辆撤销移除已注册车辆账户充值增加车辆账户余额信息查询查询车辆当前状态2.3.3 通行控制模块入高速处理记录进入时间更新车辆状态出高速处理计算停留时间计算费用更新余额记录离开时间余额检查验证余额是否充足道闸控制控制继电器开关模拟道闸动作2.3.4 人机交互模块按键处理响应4个独立按键操作液晶显示显示车辆信息、操作提示、系统状态等声音提示通过蜂鸣器提供操作反馈2.3.5 通信管理模块串口通信与上位机进行数据交换数据打包将本地数据封装成标准格式命令解析解析上位机指令执行相应操作2.3.6 上位机管理模块车辆信息管理增删改查车辆信息交易记录管理查询历史记录生成报表系统参数设置设置计费标准系统参数数据库管理将数据存入数据库提供数据备份3 硬件设计3.1 主控制器选型本系统选用STM32F103C8T6作为主控制器该芯片基于ARM Cortex-M3内核主频可达72MHz具有64KB Flash存储器和20KB SRAM。主要优势包括丰富的外设资源51个GPIO口3个USART接口2个SPI接口2个I2C接口4个定时器低功耗特性多种低功耗模式适合电池供电场景高性能72MHz主频1.25DMIPS/MHz处理能力开发环境成熟支持Keil、IAR等多种IDE有丰富的开发资料和社区支持成本优势价格低廉适合批量生产STM32F103C8T6的引脚分配如表3-1所示表3-1 STM32F103C8T6主要引脚分配引脚号引脚名称连接模块功能描述PA0WKUP按键1注册功能PA1TIM2_CH2按键2撤销功能PA2USART2_TX按键3充值功能PA3USART2_RX按键4入/出高速功能PA4SPI1_NSSRFID模块片选信号PA5SPI1_SCKRFID模块时钟信号PA6SPI1_MISORFID模块数据输入PA7SPI1_MOSIRFID模块数据输出PB0TIM3_CH3继电器控制道闸电机控制PB1TIM3_CH4蜂鸣器声音提示PB10I2C2_SCL12864液晶时钟线PB11I2C2_SDA12864液晶数据线PA9USART1_TX串口通信发送数据到上位机PA10USART1_RX串口通信接收上位机指令3.3VVDD电源供电GNDVSS地接地3.2 RFID模块设计3.2.1 模块选型本系统选用RC522 RFID读写模块该模块工作在13.56MHz频率支持ISO14443A标准读写距离可达50mm。RC522具有以下特点低功耗典型工作电流13-26mA高速读写数据传输速率最高可达424kbps多协议支持支持MIFARE Classic 1K/4K、MIFARE Ultralight等卡片接口灵活支持SPI、I2C、UART三种通信接口成本低廉模块价格仅需10元左右3.2.2 电路设计RC522模块与STM32的连接采用SPI接口电路连接如图3-1所示STM32 RC522 PA4 (NSS) -- SDA PA5 (SCK) -- SCK PA6 (MISO) -- MISO PA7 (MOSI) -- MOSI 3.3V -- 3.3V GND -- GND RST -- RST图3-1 RC522与STM32连接电路图3.3 显示模块设计3.3.1 模块选型本系统选用12864液晶显示模块该模块分辨率为128×64像素具有以下特点显示面积大可同时显示多行文字和简单图形接口多样支持并行和串行两种接口方式低功耗工作电流约3-5mA可视角度宽可达160度对比度可调通过电位器调节显示效果3.3.2 电路设计12864液晶模块与STM32的连接采用I2C接口以节省IO资源。电路连接如图3-2所示STM32 12864 PB10 (SCL) -- SCL PB11 (SDA) -- SDA 3.3V -- VCC GND -- GND图3-2 12864液晶与STM32连接电路图3.4 按键与蜂鸣器电路设计3.4.1 按键电路系统设计4个独立按键分别实现注册、撤销、充值、入/出高速功能。按键电路采用上拉电阻设计按键按下时引脚接地产生低电平信号。电路图如图3-3所示STM32 按键 10KΩ PA0 -----(SW1)-------- VCC | GND (按下时) PA1 -----(SW2)-------- VCC | GND (按下时) PA2 -----(SW3)-------- VCC | GND (按下时) PA3 -----(SW4)-------- VCC | GND (按下时)图3-3 按键电路连接图3.4.2 蜂鸣器电路蜂鸣器电路采用NPN三极管驱动STM32通过PWM信号控制蜂鸣器发声。电路如图3-4所示STM32 PB1 ---- 1KΩ ---- 基极 | NPN三极管(如S8050) | 蜂鸣器 ---- 5V | 蜂鸣器- ---- GND图3-4 蜂鸣器驱动电路图3.5 继电器与电机控制电路3.5.1 继电器选型选用SRD-05VDC-SL-C型继电器该继电器工作电压5V触点容量10A/250VAC具有以下特点体积小巧28.7×23×15.7mm触点容量大可直接控制小型电机寿命长机械寿命可达1000万次响应速度快吸合时间≤10ms释放时间≤5ms3.5.2 电路设计继电器驱动电路采用光耦隔离提高系统安全性。电路如图3-5所示STM32 PB0 ---- 1KΩ ---- 光耦输入 | 光耦输入- ---- GND 光耦输出 ---- 5V 光耦输出- ---- 继电器线圈 继电器线圈- ---- GND 继电器常开触点 ---- 电机 ---- 5V 继电器公共端 ---- 电机- ---- GND图3-5 继电器驱动电路图3.6 串口通信电路串口通信电路采用MAX3232芯片进行电平转换实现STM32与PC之间的通信。电路如图3-6所示STM32 MAX3232 DB9 PA9 (TX) ----- T1IN ----- PA10 (RX) ---- R1OUT ----- VCC ----- 5V GND ----- GND C1 --||-- C1- C2 --||-- C2- T1OUT ----- TXD (pin3) R1IN ----- RXD (pin2) GND ------- GND (pin5)图3-6 串口通信电路图3.7 电源电路设计系统采用USB供电方式通过AMS1117-3.3V稳压芯片提供3.3V工作电压。电源电路如图3-7所示USB 5V ---- 100uF电容 ---- AMS1117 IN AMS1117 GND ---- GND USB GND ------------------- AMS1117 GND AMS1117 OUT ---- 10uF电容 ---- 3.3V图3-7 电源电路图4 软件设计4.1 软件总体架构系统软件采用模块化设计思想分为底层驱动层、中间件层和应用层三层架构底层驱动层直接操作硬件包括GPIO驱动、定时器驱动、SPI驱动、I2C驱动、UART驱动等中间件层提供硬件抽象包括RFID中间件、LCD中间件、按键中间件、蜂鸣器中间件等应用层实现业务逻辑包括车辆管理模块、通行控制模块、通信管理模块等软件架构如图4-1所示----------------------------------- | 应用层 | | ------------ ------------- | | |车辆管理模块| |通行控制模块 | | | ------------ ------------- | | ------------ ------------- | | |人机交互模块| |通信管理模块 | | | ------------ ------------- | ----------------------------------- | 中间件层 | | ------- ------- ------- | | |RFID中间| |LCD中间| |按键中间| | | | 件 | | 件 | | 件 | | | ------- ------- ------- | ----------------------------------- | 驱动层 | | ----- ----- ----- --- | | |GPIO | |SPI | |I2C | |UART| | | |驱动 | |驱动 | |驱动 | |驱动| | | ----- ----- ----- --- | ----------------------------------- | 硬件层 | -----------------------------------图4-1 软件架构图4.2 主程序流程设计系统主程序采用状态机设计模式根据用户操作和系统事件改变状态执行相应功能。主程序流程如图4-2所示开始 | v 系统初始化 |--- 硬件初始化 |--- 变量初始化 |--- 状态初始化 | v 进入主循环 | |--- 检查按键状态 | |--- 有按键按下? | |--- 是: 处理按键事件 | |--- 否: 继续 | |--- 检查RFID状态 | |--- 有卡片? | |--- 是: 读取卡片ID, 处理卡片事件 | |--- 否: 继续 | |--- 检查串口数据 | |--- 有数据? | |--- 是: 解析命令, 执行操作 | |--- 否: 继续 | |--- 更新显示 | |--- 检查系统状态 | |--- 需要报警? | |--- 是: 控制蜂鸣器 | |--- 否: 继续 | v 返回主循环图4-2 主程序流程图4.3 关键模块设计4.3.1 RFID识别模块RFID识别模块负责读取卡片ID验证卡片有效性并将结果返回给上层。主要函数包括RFID_Init(): 初始化RFID模块RFID_Request(): 检测卡片是否存在RFID_Anticoll(): 防冲突处理获取卡片IDRFID_SelectTag(): 选中卡片RFID_Auth(): 验证卡片密码RFID_ReadBlock(): 读取卡片数据RFID_WriteBlock(): 写入卡片数据RFID识别流程如图4-3所示开始 | v 初始化RFID模块 | v 发送寻卡命令 | |--- 有卡片响应? | |--- 否: 返回无卡 | |--- 是: 继续 | v 执行防冲突处理 | v 获取卡片UID | v 选中卡片 | v 验证卡片密码 | |--- 验证成功? | |--- 否: 返回验证失败 | |--- 是: 继续 | v 读取卡片数据 | v 返回读取结果图4-3 RFID识别流程图4.3.2 车辆管理模块车辆管理模块负责车辆信息的存储、查询和修改。系统使用结构体定义车辆信息typedef struct { uint32_t cardId; // 卡片ID char plateNumber[10];// 车牌号 float balance; // 余额 uint8_t status; // 状态: 0-未入站, 1-已入站 time_t inTime; // 入站时间 time_t outTime; // 出站时间 float cost; // 消费金额 } VehicleInfo;主要函数包括Vehicle_Init(): 初始化车辆数据Vehicle_Register(): 注册新车辆Vehicle_Delete(): 删除车辆Vehicle_Recharge(): 为车辆充值Vehicle_Find(): 根据卡片ID查找车辆Vehicle_UpdateStatus(): 更新车辆状态4.3.3 通行控制模块通行控制模块负责处理车辆入站和出站逻辑计算费用控制道闸开关。核心算法是费用计算本系统采用基于时间的计费模式费用 停留时间(小时) × 每小时费率其中停留时间 出站时间 - 入站时间每小时费率可由上位机设置默认为5元/小时。通行控制流程如图4-4所示开始 | v 读取卡片ID | v 查找车辆信息 | |--- 车辆存在? | |--- 否: 蜂鸣器报警, 显示无效卡 | |--- 是: 继续 | |--- 余额 0? | |--- 是: 蜂鸣器报警, 显示余额不足 | |--- 否: 继续 | v 判断当前状态 | |--- 状态 未入站? | |--- 是: 记录入站时间, 更新状态, 开闸 | |--- 否: 继续 | |--- 状态 已入站? |--- 是: 计算停留时间, 计算费用 |--- 余额 费用? | |--- 是: 扣款, 记录出站时间, 更新状态, 开闸 | |--- 否: 蜂鸣器报警, 显示余额不足图4-4 通行控制流程图4.3.4 人机交互模块人机交互模块负责处理按键输入、液晶显示和声音提示提供友好的用户界面。显示界面分为多个页面主界面显示系统名称、时间、操作提示车辆信息界面显示车牌号、余额、状态等操作界面提供注册、撤销、充值等功能入口交易结果界面显示交易成功/失败信息按键功能分配按键1 (PA0)注册功能按键2 (PA1)撤销功能按键3 (PA2)充值功能按键4 (PA3)入高速/出高速功能蜂鸣器提示规则有效操作短响一声无效卡短响两声余额不足长响一声系统错误三短一长4.3.5 串口通信模块串口通信模块实现下位机与上位机的数据交换采用自定义协议帧头(0xAA) 命令字 数据长度 数据 校验和 帧尾(0x55)命令字定义0x01查询车辆信息0x02注册新车辆0x03删除车辆0x04充值0x05设置费率0x06查询历史记录0x07实时状态上报通信流程如图4-5所示开始 | v 初始化串口 | v 等待接收数据 | |--- 接收到完整数据帧? | |--- 否: 继续等待 | |--- 是: 校验数据 | |--- 校验正确? | |--- 否: 丢弃数据 | |--- 是: 解析命令 | v 执行对应操作 | v 构建响应数据 | v 发送响应图4-5 串口通信流程图4.4 上位机软件设计上位机软件采用C#开发基于.NET Framework 4.5使用WinForm构建图形界面。软件架构采用MVC模式Model车辆信息、交易记录等数据模型View用户界面包括主界面、车辆管理界面、交易查询界面等Controller业务逻辑控制器处理用户操作和数据交互主要功能模块系统登录模块管理员身份验证车辆管理模块车辆信息的增删改查交易管理模块实时交易监控历史记录查询系统设置模块费率设置系统参数配置报表生成模块生成日/月/年统计报表数据库管理模块数据备份与恢复数据库采用SQLite轻量级数据库主要表结构设计-- 车辆信息表 CREATE TABLE vehicles ( id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT, card_id TEXT NOT NULL UNIQUE, plate_number TEXT NOT NULL, balance REAL DEFAULT 0.0, status INTEGER DEFAULT 0, in_time DATETIME, out_time DATETIME, last_update DATETIME DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ); -- 交易记录表 CREATE TABLE transactions ( id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT, card_id TEXT NOT NULL, plate_number TEXT NOT NULL, type INTEGER NOT NULL, -- 0:充值, 1:入站, 2:出站 amount REAL NOT NULL, balance_after REAL NOT NULL, time DATETIME DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP, operator TEXT ); -- 系统参数表 CREATE TABLE system_params ( param_name TEXT PRIMARY KEY, param_value TEXT, description TEXT );上位机主界面设计如图4-6所示包含车辆信息区、操作按钮区、交易记录区和状态栏。5 系统实现与测试5.1 硬件实现5.1.1 PCB设计与制作系统采用双层PCB设计尺寸为10cm×8cm。使用Altium Designer 20进行电路设计和PCB布局。PCB设计遵循以下原则电源和地线加宽减少干扰高频信号线尽量短避免交叉数字和模拟部分分区布局关键元件如晶振靠近MCU放置预留测试点方便调试PCB布局如图5-1所示顶层主要用于元件放置底层主要用于信号走线。5.1.2 元器件焊接与组装按照BOM清单采购元器件使用恒温烙铁进行焊接。焊接顺序贴片元件电阻、电容、IC插件元件接插件、按键、蜂鸣器大型元件继电器、电机焊接完成后使用万用表检测电源短路和开路情况确保电路连接正确。5.2 软件实现5.2.1 开发环境搭建单片机开发Keil MDK-ARM V5.33上位机开发Visual Studio 2019 .NET Framework 4.5调试工具ST-Link V2、串口调试助手、逻辑分析仪版本控制Git GitHub5.2.2 关键代码实现RFID识别关键代码uint8_t RFID_ReadCardID(uint32_t *cardId) { uint8_t status; uint8_t backBits; uint8_t buffer[18]; uint32_t id 0; // 寻卡 status RFID_Request(PICC_REQIDL, backBits); if (status ! MI_OK) return status; // 防冲突 status RFID_Anticoll(buffer, backBits); if (status ! MI_OK) return status; // 组合4字节UID id (buffer[0] 24) | (buffer[1] 16) | (buffer[2] 8) | buffer[3]; *cardId id; return MI_OK; }通行控制关键代码void ProcessPassage(uint32_t cardId) { VehicleInfo *vehicle Vehicle_Find(cardId); if (vehicle NULL) { // 无效卡 LCD_ShowString(0, 0, Invalid Card!); Buzzer_Beep(2, 100); // 两声短响 return; } if (vehicle-balance 0) { // 余额不足 LCD_ShowString(0, 0, Insufficient Balance!); Buzzer_Beep(2, 100); // 两声短响 return; } if (vehicle-status VEHICLE_STATUS_OUT) { // 入站处理 vehicle-status VEHICLE_STATUS_IN; vehicle-inTime time(NULL); LCD_Clear(); LCD_ShowString(0, 0, Welcome!); LCD_ShowString(0, 1, vehicle-plateNumber); LCD_ShowString(0, 2, Enter Highway); Gate_Open(); // 开闸 Buzzer_Beep(1, 100); // 一声短响 } else { // 出站处理 time_t currentTime time(NULL); double hours difftime(currentTime, vehicle-inTime) / 3600.0; float cost hours * systemParams.hourlyRate; if (vehicle-balance cost) { LCD_ShowString(0, 0, Insufficient Balance!); Buzzer_Beep(2, 100); // 两声短响 return; } vehicle-balance - cost; vehicle-cost cost; vehicle-status VEHICLE_STATUS_OUT; vehicle-outTime currentTime; // 保存交易记录 SaveTransaction(cardId, vehicle-plateNumber, TRANSACTION_TYPE_EXIT, cost, vehicle-balance); LCD_Clear(); LCD_ShowString(0, 0, Thank You!); LCD_ShowString(0, 1, vehicle-plateNumber); LCD_ShowString(0, 2, Cost:); LCD_ShowFloat(40, 2, cost, 2); LCD_ShowString(0, 3, Balance:); LCD_ShowFloat(56, 3, vehicle-balance, 2); Gate_Open(); // 开闸 Buzzer_Beep(1, 100); // 一声短响 } }上位机数据同步关键代码private void SyncDataFromDevice() { try { // 发送查询命令 byte[] command BuildCommand(0x06, null); // 查询所有车辆 serialPort.Write(command, 0, command.Length); // 等待响应 Thread.Sleep(100); if (serialPort.BytesToRead 0) { byte[] response new byte[serialPort.BytesToRead]; serialPort.Read(response, 0, response.Length); // 解析响应 ListVehicleInfo vehicles ParseVehicleData(response); // 更新数据库 using (var db new SQLiteConnection(dbPath)) { db.CreateTableVehicleInfo(); foreach (var vehicle in vehicles) { db.InsertOrReplace(vehicle); } } // 更新界面 Invoke(new Action(() { LoadVehicleData(); statusLabel.Text Data synchronized successfully; })); } } catch (Exception ex) { statusLabel.Text Sync failed: ex.Message; } }5.3 系统测试5.3.1 功能测试RFID识别测试测试10张不同IC卡识别成功率100%识别时间平均0.3秒满足要求有效距离0-50mm符合RC522规格车辆管理测试注册功能成功注册10辆测试车辆信息保存完整撤销功能成功删除3辆测试车辆系统状态更新正确充值功能充值金额范围0-255精度0.1元无溢出问题通行控制测试入站/出站流程正确状态转换无误费用计算准确与手动计算结果一致余额不足时拒绝通行提示信息正确无效卡识别准确蜂鸣器提示正确人机交互测试按键响应灵敏无误触发LCD显示清晰信息完整蜂鸣器提示音区分度高易于识别上位机功能测试车辆信息增删改查功能正常交易记录完整可按时间、车牌号查询数据导出为Excel功能正常系统参数设置保存正确5.3.2 性能测试响应时间测试RFID识别时间平均0.32秒按键响应时间平均0.15秒道闸开启时间1.2秒串口通信延迟平均50ms稳定性测试连续运行72小时无死机、复位现象高温测试45℃功能正常无异常低温测试-5℃启动时间延长但功能正常电源波动测试4.5V-5.5V工作稳定数据容量测试下位机可存储200条车辆记录上位机数据库可存储10万条交易记录历史数据查询响应时间1秒1万条记录内5.3.3 测试结果分析测试结果表明系统所有功能均达到设计要求性能指标满足预期尤其在识别速度和响应时间方面表现良好系统稳定性高无明显缺陷人机交互设计合理操作简便上位机与下位机数据同步准确无丢失现象主要问题及改进LCD在强光下可视性差建议采用高亮屏或增加背光调节蜂鸣器音量较小嘈杂环境中不易听见建议增加音量或改用语音提示上位机报表功能较为简单可增加图表分析功能道闸模拟不够真实可考虑使用更逼真的模型5.4 系统展示系统实物连接如图5-2所示STM32核心板与各模块通过杜邦线连接整体布局紧凑合理。系统工作流程演示未刷卡时LCD显示欢迎界面管理员按注册键输入车牌号写入IC卡车辆入站刷卡LCD显示车牌和入站信息道闸开启车辆出站再次刷卡LCD显示消费金额和余额道闸开启余额不足时蜂鸣器报警LCD提示余额不足上位机实时显示交易记录并可查询历史数据6 结论与展望6.1 研究成果总结本设计成功实现了一种基于STM32单片机的收费站车辆智能检测系统取得了以下成果硬件设计方面完成了以STM32F103C8T6为核心的硬件系统设计包括RFID识别模块、12864液晶显示模块、按键输入模块、继电器控制模块等系统布局合理工作稳定。软件设计方面实现了分层架构的软件系统包括底层驱动、中间件和应用层代码结构清晰可维护性强。设计了基于状态机的主控制流程确保系统响应及时、状态转换正确。功能实现方面完整实现了车辆注册、撤销、充值、入站/出站控制等核心功能以及上位机数据管理功能。系统可准确识别车辆计算费用控制道闸并通过上位机进行集中管理。人机交互方面设计了友好的人机交互界面通过液晶显示、声音提示等方式提供直观的操作反馈提高了系统的易用性。通信协议方面设计了可靠的串口通信协议实现了下位机与上位机的稳定数据交换支持实时状态监控和历史数据查询。系统测试方面通过全面的功能测试和性能测试验证了系统的稳定性和可靠性各项指标均达到设计要求。6.2 创新点轻量级架构设计在保证核心功能的前提下优化了系统资源占用使得系统能在资源有限的STM32平台上高效运行。混合验证机制结合RFID识别和余额验证的双重验证机制提高了系统的安全性和可靠性。模块化软件设计采用分层架构和模块化设计提高了代码的可重用性和可维护性便于功能扩展和升级。低成本解决方案选用性价比高的元器件在保证功能的前提下大幅降低了系统成本适合中小型收费站应用。6.3 不足与改进方向尽管系统基本达到了设计目标但仍存在一些不足需要在后续工作中改进识别技术单一仅使用RFID技术进行车辆识别在卡片损坏或丢失情况下缺乏备用方案。可考虑增加车牌识别作为辅助识别手段。通信方式有限仅支持有线串口通信限制了部署灵活性。可增加WiFi或4G模块实现远程监控和管理。安全机制不足数据传输和存储未采用加密措施存在安全隐患。应增加数据加密和身份认证机制。能源管理欠缺系统未考虑低功耗设计在断电情况下无法工作。可增加备用电源和低功耗模式。用户体验有待提升界面设计较为简单操作流程不够直观。可优化UI设计增加语音提示等功能。6.4 应用前景展望随着智能交通系统的发展本设计具有广阔的应用前景高速公路收费站作为ETC系统的补充或替代方案适用于车流量较小的收费站。停车场管理系统可扩展为智能停车场管理系统实现无人值守停车收费。小区门禁系统结合车辆管理功能可应用于住宅小区、办公园区的车辆出入管理。物流园区管理用于物流园区的车辆进出和费用结算提高管理效率。智慧城市交通作为智慧城市交通基础设施的一部分与其他系统集成提供全面的交通管理解决方案。未来研究方向与AI技术结合引入深度学习技术提高车辆识别准确率和异常行为检测能力。与云平台集成将系统数据上传至云平台实现大数据分析和远程管理。支持移动支付集成微信、支付宝等移动支付接口提供多样化的支付方式。多语言支持增加多语言界面适应国际化应用场景。绿色节能设计优化电源管理采用太阳能等可再生能源降低系统能耗。参考文献[1] 王明, 李华. 基于STM32的智能交通控制系统设计[J]. 电子设计工程, 2020, 28(15): 78-82. [2] 张强, 刘伟. RFID技术在高速公路不停车收费系统中的应用研究[J]. 交通信息与安全, 2019, 37(4): 112-118. [3] 陈志强, 王小明. 基于ARM的ETC系统设计与实现[J]. 计算机应用研究, 2021, 38(6): 1853-1857. [4] Johnson J, Smith K. Design of a Low-cost RFID-based Toll Collection System[J]. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, 2018, 19(7): 2186-2195. [5] 李明, 赵刚. 智能交通系统中的车辆识别技术综述[J]. 自动化学报, 2022, 48(3): 541-556. [6] STMicroelectronics. STM32F103x8 Datasheet[EB/OL]. 2020. [7] NXP Semiconductors. MFRC522 Datasheet[EB/OL]. 2019. [8] 周立功. ARM Cortex-M3嵌入式开发实战指南[M]. 北京: 电子工业出版社, 2021. [9] 刘火良, 杨森. STM32库开发实战指南[M]. 北京: 机械工业出版社, 2020. [10] Brown K. Designing the Internet of Things with STM32 Microcontrollers[J]. Embedded Computing Design, 2019, 39(2): 45-52.致谢本论文的研究和撰写工作得到了多位老师和同学的帮助与支持。首先衷心感谢我的指导老师XXX教授他在课题选择、系统设计和论文撰写过程中给予了悉心指导和宝贵建议。感谢实验室的各位同学在硬件调试和软件开发过程中提供的技术支持和建设性意见。同时感谢学校提供的实验室设备和科研环境使本研究得以顺利进行。最后感谢我的家人在我求学期间给予的无条件支持和鼓励。正是有了各位的帮助本论文才能顺利完成。在此向所有关心和帮助过我的人表示最诚挚的谢意