一、前言

1.1 項目介紹

【1】項目開發背景

近年來，隨著汽車保有量的不斷增長，停車問題在家庭和社區中逐漸顯現出來。許多家庭擁有獨立的車庫，而對車庫的管理往往僅限于手動操作，缺乏智能化和實時監控的能力。針對這一現狀，設計一套基于單片機的智能停車系統成為一種便捷而有效的解決方案。通過智能技術，家庭成員不僅可以快速掌握車庫的實時信息，還能提升家居生活的安全性與便利性。

本項目基于STM32單片機，設計一款針對家庭車庫管理的智能停車系統，旨在為家庭提供一個便捷、智能化的車庫管理環境。系統通過傳感器網絡實現環境信息采集，包括溫濕度監測、煙霧濃度檢測和火光檢測。當煙霧或火光濃度超標時，系統將觸發蜂鳴器報警，保障家庭的安全。此外，通過紅外傳感器監測車輛的停放時間，實現車輛狀態的精準記錄。

為了方便家庭成員實時獲取信息，系統設計了一個1.44寸的LCD顯示屏，展示包括環境數據和停車時長的本地信息。考慮到信息的遠程訪問需求，系統通過ESP8266模塊將數據上傳到華為云物聯網平臺，用戶可通過手機APP和Windows上位機實時查看相關數據，從而更加智能地管理車庫與車輛停放狀態。

系統以低功耗、高效率為設計原則，通過優化硬件與軟件的結合，為家庭提供一個智能化、信息化的車庫管理平臺。智能停車系統不僅可以大大提升車庫的管理便利性，還能有效減少安全隱患，保障車庫和車輛的安全，使家庭生活更為安心和舒適。

框架圖：

原理圖：

【2】設計實現的功能

（1）環境溫濕度檢測

系統通過SHT30溫濕度傳感器實時監測車庫內的溫度和濕度信息，并將采集到的數據顯示在LCD屏幕上，同時上傳至云端，方便用戶隨時了解車庫的環境狀況。

（2）煙霧濃度檢測與火災預警

系統使用MQ2煙霧傳感器對車庫內的煙霧濃度進行實時檢測，當濃度超過設定的安全閾值時，蜂鳴器會自動觸發報警，提示用戶注意車庫內可能存在的火災隱患。

（3）火光檢測與報警功能

火焰檢測模塊用于實時監測車庫內是否有火光產生。一旦檢測到火光信號，系統立即啟動蜂鳴器進行聲光報警，為車庫火災的早期預防提供可靠保障。

（4）車輛停放檢測與時間記錄

通過兩個紅外反射傳感器監測車庫內車位的占用情況，當檢測到車輛進入或離開車庫時，系統會自動記錄停車或離開的時間。這一功能可幫助用戶跟蹤和管理車輛的停放時長。

（5）本地信息顯示

系統集成了一塊1.44寸的LCD顯示屏，實時顯示車庫環境的溫濕度、煙霧濃度、火光檢測狀態及車輛的停放時間信息，使用戶能夠直接在本地查看車庫的運行狀態和環境狀況。

（6）數據上傳與遠程查看

通過ESP8266-WIFI模塊，系統將監測到的各類數據上傳至華為云物聯網平臺。用戶可通過Android手機APP和Windows上位機，遠程獲取系統上傳的實時信息，從而實現對車庫狀態的遠程監控和管理。

（7）蜂鳴器報警功能

系統采用高電平觸發的有源蜂鳴器，當檢測到煙霧濃度超標或火光信號時，蜂鳴器會自動發出聲光報警，提醒用戶采取相應的應對措施。

【3】項目硬件模塊組成

（1）主控模塊

采用STM32F103RCT6芯片作為主控單元，負責數據采集、處理和各功能模塊的協調控制，是系統的核心控制器。

（2）環境溫濕度檢測模塊

使用SHT30溫濕度傳感器，負責實時監測車庫內的溫濕度數據并將其傳輸給主控模塊。

（3）煙霧檢測模塊

采用MQ2煙霧傳感器，用于監測車庫內的煙霧濃度。當檢測到煙霧濃度超過設定閾值時，向主控模塊發送報警信號。

（4）火光檢測模塊

使用火光檢測傳感器，檢測車庫內是否有火光。一旦有火光信號，傳感器將觸發主控模塊，啟動相關報警機制。

（5）車輛檢測模塊

由兩個紅外反射傳感器組成，用于監測車庫車位上是否有車輛存在，并記錄車輛的進出狀態和停放時間。

（6）顯示模塊

配備1.44寸LCD顯示屏，負責本地顯示車庫的環境信息、車輛狀態和其他相關數據，提供直觀的用戶界面。

（7）報警模塊

采用高電平觸發的有源蜂鳴器，當檢測到煙霧濃度或火光超標時，蜂鳴器發出聲光報警，提醒用戶采取必要措施。

（8）通信模塊

使用ESP8266-WIFI模塊，將本地監測到的數據上傳至華為云物聯網平臺，實現遠程信息訪問和監控。

（9）電源模塊

系統供電使用外置12V 2A電源，為主控單元和各功能模塊提供穩定的電源支持。

【4】設計意義

設計基于單片機的智能停車系統具有重要的意義，它不僅能夠提升家庭車庫管理的便利性，還在安全性、節能性和智能化管理等方面發揮積極作用。通過引入智能監測與控制技術，用戶可以實時掌握車庫的狀態和環境信息，避免傳統車庫管理方式中手動操作的繁瑣與低效。這一系統提升了家庭生活的質量，使得車庫管理更加自動化和便捷化。

智能停車系統能夠有效地增強車庫的安全性。通過集成煙霧濃度和火光檢測功能，系統可以在出現異常情況時發出報警，及時提醒家庭成員采取相應措施，預防火災等安全隱患的發生。這種實時監控功能能夠保護車庫中的車輛和周邊環境，避免因意外情況導致的損失，具有極大的現實意義。

設計這一系統還可以優化停車管理效率。通過紅外傳感器的車輛檢測功能，系統能夠記錄車輛的停放時間，幫助用戶直觀了解車輛的使用情況。結合LCD顯示屏和聯網功能，用戶不僅可以在本地查看相關信息，還能通過云平臺和手機APP遠程獲取數據，實現對車庫狀態的全面掌控。這種基于物聯網的遠程管理方式充分體現了科技的便捷性和時代感，迎合了當前智能家居的發展趨勢。

此外，該設計在環保和節能方面也具有重要意義。系統能夠通過優化資源分配減少不必要的能耗，從而降低能源消耗和家庭開支。這種優化利用資源的方式，不僅符合綠色環保的理念，還能為用戶帶來長期的經濟效益。綜上所述，設計和實現這樣的智能停車系統，能夠提升家庭的安全性、便捷性和管理效率，契合現代社會對智慧生活的需求。

【5】國內外研究現狀

智能停車系統的研發在全球范圍內都受到了廣泛關注，因為它不僅能夠提高停車場的管理效率，還能為車主提供更加便捷的服務。國內外對于此類系統的研究和應用都非常活躍，尤其是在結合物聯網(IoT)技術和移動互聯網的發展下，智能停車系統正逐漸變得更加智能化和用戶友好。

在中國，隨著城市化進程的加快，汽車保有量持續增長，停車難的問題日益突出。為此，許多企業和科研機構致力于開發高效的智能停車解決方案。例如，阿里云推出了“ET城市大腦”，其中包括了智慧停車項目，旨在通過大數據分析來優化停車資源配置，并利用車牌識別等技術實現自動化的進出管理和支付服務。此外，像“停簡單”這樣的初創公司也專注于打造基于移動互聯網的停車服務平臺，讓車主可以提前預訂車位并通過手機完成支付流程，大大簡化了停車過程。

國外方面，美國的ParkWhiz是一個非常成功的案例，它提供了一個在線市場，讓用戶可以在多個地點預訂停車位。這家公司與Google Maps進行了集成，使得司機可以直接從導航應用中找到并預定最近的可用停車位。此外，德國的博世公司也開發了一套名為“Community-based Parking”的系統，該系統允許車輛之間共享實時的停車空位信息，從而幫助駕駛員快速找到附近的免費或低成本停車位。這種基于社區的數據分享模式對于緩解城市中心地區的停車壓力尤其有效。

針對家庭或私人車庫的智能管理系統也在不斷發展之中。例如，澳大利亞一家名為Ezi-Park的企業就推出了一種專為住宅設計的自動化停車解決方案，包括了車牌識別、遠程監控等功能。而在技術層面，除了傳統的傳感器應用外，近年來還出現了更多創新性的嘗試，比如使用機器學習算法預測停車需求的變化趨勢，或是通過AR（增強現實）技術來輔助駕駛員更準確地將車輛停入狹窄的空間內。

無論是公共還是私人的停車場景，智能停車系統都是一個充滿潛力且不斷進步的領域。隨著相關技術的進一步成熟及成本的降低，預計未來會有越來越多的家庭和企業采用這類解決方案，以提升日常生活的便利性和安全性。

【6】摘要

本項目設計了一種基于STM32單片機的智能停車系統，主要用于家庭車庫的智能化管理和監控。系統通過集成溫濕度傳感器、煙霧傳感器、火光檢測傳感器和紅外車輛檢測傳感器，實現車庫環境數據的實時監測與管理。系統具備火災預警功能，當檢測到煙霧濃度或火光異常時，蜂鳴器自動觸發報警，提升車庫的安全性。此外，系統通過LCD顯示屏提供本地信息展示，并利用ESP8266模塊將數據上傳至華為云物聯網平臺，支持用戶通過手機APP和Windows上位機遠程訪問和監控車庫信息。該設計具備較高的智能化水平和實用性，為家庭停車管理提供便捷、安全的解決方案。

關鍵字

智能停車系統，STM32單片機，溫濕度監測，煙霧檢測，火光檢測，車位管理，ESP8266，物聯網，LCD顯示，遠程監控

1.2 設計思路

本項目的設計思路圍繞智能化、實時監測與便捷管理三個核心目標展開，利用STM32單片機和多種傳感器模塊實現車庫的智能管理功能。設計的第一步是硬件選型和系統架構的搭建。項目選用了STM32F103RCT6作為主控芯片，具備較高的性能和豐富的外設接口，能夠滿足多傳感器并行處理的需求。外圍設備選用SHT30溫濕度傳感器、MQ2煙霧傳感器、紅外反射傳感器、火焰檢測傳感器以及LCD顯示屏等，以實現環境監測、火災報警和車輛管理功能的多重融合。

系統分為幾個主要的功能模塊，包括環境監測模塊、車位檢測模塊、報警模塊、顯示模塊和通信模塊。環境監測模塊通過溫濕度傳感器和煙霧傳感器實現車庫內的實時環境監控；當煙霧濃度超過設定的安全閾值，系統將觸發蜂鳴器報警。此外，火焰檢測模塊能夠快速識別車庫內的火光信息，進一步提升火災預警能力。車位檢測模塊通過紅外傳感器檢測車位上是否有車輛，并記錄車輛的停放時間，方便用戶掌握車輛的狀態信息。

數據的本地顯示是通過1.44寸LCD屏幕完成的，用戶可以實時查看車庫環境信息和車輛停放情況。為了實現遠程訪問，設計了通過ESP8266模塊將監測數據上傳至華為云物聯網平臺的功能，使得用戶可以通過手機APP和Windows上位機隨時隨地獲取信息。APP和上位機基于Qt開發，采用C++語言，實現界面的友好交互以及對上傳數據的展示和分析。

在軟件設計方面，系統的程序架構基于模塊化開發，確保代碼的高可讀性和易維護性。主控單元通過中斷與輪詢相結合的方式實現各模塊的協調控制，降低資源消耗并提高系統的響應速度。數據采集、處理、顯示和通信功能獨立運行但又彼此配合，實現系統整體的穩定性和高效性。通過精確的數據采集和合理的邏輯控制，整個系統能夠滿足家庭車庫管理的各種需求，并具有很強的擴展性。

1.3 系統功能總結

序號	功能描述	功能細節
1	環境溫濕度檢測	通過SHT30溫濕度傳感器，實時監測車庫內的溫濕度數據，并將數據在LCD屏幕上顯示，同時上傳至云平臺供用戶遠程查看。
2	煙霧濃度檢測與火災預警	采用MQ2煙霧傳感器監測車庫內的煙霧濃度，當檢測到煙霧濃度超出設定閾值時，系統觸發蜂鳴器報警，提示用戶注意火災隱患。
3	火光檢測與報警	利用火光檢測傳感器實時監測車庫內的火光情況，一旦檢測到火光，系統會立即觸發蜂鳴器報警，為用戶提供火災預警功能。
4	車輛停放檢測與時間記錄	通過兩個紅外傳感器檢測車庫車位上是否有車輛停放，并記錄車輛的進出時間，提供準確的停車時長信息，便于用戶管理車輛使用情況。
5	本地信息顯示	通過1.44寸LCD顯示屏，實時顯示車庫的溫濕度、煙霧濃度、火光狀態和車輛停放時間等信息，為用戶提供直觀的本地數據展示。
6	數據上傳與遠程監控	使用ESP8266-WIFI模塊將監測到的數據上傳至華為云物聯網平臺，用戶可以通過手機APP和Windows上位機實時查看車庫信息，實現遠程監控與管理。
7	蜂鳴器報警	系統配備高電平觸發的有源蜂鳴器，在檢測到煙霧濃度超標或火光信號時，蜂鳴器自動發出報警聲，提醒用戶采取應對措施，保障車庫安全。

1.4 開發工具的選擇

【1】設備端開發

Keil 是一款廣泛使用的嵌入式系統開發工具，主要用于基于ARM、8051、C166等微控制器架構的應用程序開發。Keil由德國Keil公司開發，后來被ARM公司收購，并成為ARM開發工具的一部分。Keil軟件提供了一個集成的開發環境（IDE），包括了編輯、編譯、調試和仿真等功能，是嵌入式系統開發中常用的工具之一，尤其適用于嵌入式軟件的編寫、測試和調試。

Keil的核心是其集成開發環境（IDE），它包括了代碼編輯器、編譯器、調試器以及項目管理工具。通過這些工具，開發者可以輕松地編寫、調試和優化嵌入式應用程序。Keil的IDE支持C、C++以及匯編語言編程，并且與嵌入式硬件平臺緊密結合，能夠直接生成適用于不同微控制器架構的機器代碼。

Keil的編譯器（尤其是ARM編譯器）是其一大亮點。Keil支持多種微控制器的編譯，尤其在ARM架構的支持上非常強大。Keil的編譯器能夠生成高效的機器代碼，并且對嵌入式系統的資源優化非常到位。通過Keil，開發者可以通過優化編譯選項來減少代碼大小，提高程序的執行效率，這對內存有限、處理能力相對較弱的嵌入式系統至關重要。

除了編譯器，Keil的調試工具也是其不可忽視的優勢之一。Keil提供了強大的調試器，可以進行源代碼級調試。通過調試器，開發者可以在程序運行時實時監控變量的值，設置斷點，查看堆棧信息，甚至可以模擬硬件的運行情況。Keil支持通過硬件調試接口（如JTAG、SWD）進行硬件級調試，使得開發者能夠直接與目標硬件進行交互，捕捉到更多底層的錯誤和問題。

在支持不同硬件平臺方面，Keil為多個微控制器提供了專門的支持包，包括各種ARM Cortex-M系列、8051、C166和其他主流的嵌入式處理器。這些支持包包含了處理器的核心庫、啟動代碼、外設驅動、RTOS（實時操作系統）支持等，開發者可以根據目標硬件選擇合適的支持包，快速開始開發。這使得Keil成為嵌入式開發者的理想選擇，因為它大大簡化了開發流程。

Keil還具備強大的仿真功能。開發者可以在沒有硬件平臺的情況下進行軟件仿真，通過Keil的仿真器測試和調試程序。這種功能對于早期的開發階段尤為重要，尤其是在硬件尚未完全準備好時，開發者可以依賴仿真功能進行軟件的驗證和調試。同時，Keil支持多種外設和硬件接口的仿真，幫助開發者進行更為精確的調試。

對于多任務和實時應用，Keil也提供了對RTOS的支持。Keil的RTX RTOS是專門為嵌入式系統設計的實時操作系統，能夠在嵌入式應用中提供任務管理、時間管理、消息傳遞等功能，支持多線程編程。Keil的RTOS支持嵌入式系統中的時間敏感任務調度和資源共享，能夠為開發者提供高效的多任務管理解決方案。

Keil的另一個顯著特點是其豐富的庫和開發支持。除了硬件支持包和操作系統支持，Keil還提供了廣泛的標準庫，包括對常見外設（如串口、定時器、ADC、I2C、SPI等）的驅動程序支持。這些庫和驅動程序大大降低了開發難度，幫助開發者快速實現各種外設的控制功能。

Keil軟件是嵌入式系統開發中的重要工具，憑借其強大的集成開發環境、高效的編譯器、全面的調試功能以及對各種微控制器架構的支持，Keil廣泛應用于各類嵌入式系統的開發中。無論是小型單片機項目，還是復雜的嵌入式應用，Keil都能夠提供高效的開發解決方案。

【2】上位機開發

Qt是一款跨平臺的應用程序開發框架，用于開發具有圖形用戶界面（GUI）的應用程序。它由Qt公司（原為Trolltech公司，現為The Qt Company）開發，最初基于C++語言，支持多種操作系統平臺，如Windows、macOS、Linux、Android、iOS等。Qt的強大功能使得它不僅適用于桌面應用程序的開發，還能夠支持嵌入式系統和移動設備的開發，是許多企業和開發者在創建高性能、跨平臺應用時的首選框架。

Qt的核心特點之一是其強大的圖形用戶界面（GUI）開發功能。Qt提供了豐富的控件和窗口管理功能，開發者可以通過Qt Designer工具設計用戶界面，并將其與后端邏輯進行綁定。Qt的GUI控件包括按鈕、標簽、文本框、列表框、表格等常見元素，同時還支持2D圖形和圖像的繪制，使得開發者能夠創建富有表現力的用戶界面。此外，Qt提供了一個集成的事件處理機制，允許開發者通過事件和信號/槽機制來處理用戶的操作和界面的交互。

除了GUI開發，Qt還提供了強大的非GUI功能。Qt框架包含了大量的標準庫，可以幫助開發者處理網絡、數據庫、XML解析、文件和數據處理、多線程編程等任務。Qt的對象模型也非常靈活，支持面向對象編程，且提供了信號與槽（Signal and Slot）機制，這是Qt的一大特色。通過這種機制，開發者可以方便地實現不同對象之間的通信，使得代碼的結構更加清晰、模塊化。

Qt的跨平臺能力是其最大優勢之一。開發者可以編寫一次代碼，然后在不同操作系統之間移植，減少了開發工作量。Qt能夠自動處理不同平臺之間的差異，提供了統一的API，使得開發者無需關心底層平臺的差異性。尤其在桌面應用開發中，Qt使得Windows、macOS和Linux平臺的應用共享同一份代碼，大大提高了開發效率。

在開發過程中，Qt提供了Qt Creator集成開發環境（IDE），這是一個專門為Qt開發設計的工具，包含了代碼編輯、調試、界面設計等功能。Qt Creator具有豐富的插件支持，能夠幫助開發者快速構建、測試和部署Qt應用程序。Qt Creator支持C++編程，并能夠與其他語言（如Python）結合使用，使得開發者能夠在一個統一的環境中完成項目的所有開發工作。

Qt還支持QML（Qt Meta-Object Language），這是一種聲明式編程語言，專門用于快速開發現代化、動態響應的用戶界面。QML語言可以與JavaScript結合使用，使得開發者能夠高效地編寫跨平臺的圖形界面，同時保持代碼的簡潔和可維護性。QML特別適合用于移動設備和嵌入式系統中的開發，它能夠高效處理動態交互和動畫效果，給用戶帶來流暢的體驗。

在嵌入式開發方面，Qt也有著廣泛的應用。Qt for Embedded提供了專門為嵌入式系統設計的框架，支持低功耗、高效能的嵌入式應用開發。Qt能夠在多種嵌入式操作系統上運行，如Linux、Android、RTOS等，廣泛應用于汽車、醫療設備、消費電子、工業自動化等領域。由于Qt的高效性能和靈活性，許多企業選擇它作為開發嵌入式系統界面的首選工具。

Qt是一個功能全面的跨平臺開發框架，適用于桌面、移動設備、嵌入式系統等多種應用場景。它通過強大的GUI功能、豐富的庫支持和跨平臺能力，幫助開發者高效地構建高性能的應用程序。Qt不僅適合初學者入門開發，也適合企業級應用程序的構建，是軟件開發領域的重要工具之一。

1.5 參考文獻

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8. 崔素萍