基於 STM32 的智能車庫設計與實現：從自動停車到智能計費的完整方案

在智慧城市與物聯網高速發展的背景下，傳統車庫管理系統已無法滿足用户對自動化、便利性與數字化的期待。基於 STM32 微控制器，我們可以構建一套功能完整、成本可控、可擴展性強的“智能車庫系統”，實現 刷卡自動停車、自動分配車位、路徑規劃、抓拍、計費 等一系列智能化功能。

本文將從系統架構、硬件設計、軟件邏輯到關鍵技術實現進行全方位解析，可為學生課程設計、項目實戰或企業原型研發提供參考。

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https://blog.csdn.net/weixin_52908342/article/details/155576070

一、項目概述

本項目基於 STM32 系列 MCU（推薦 STM32F103 或 STM32F407）構建一個智能車庫控制系統。系統通過 刷卡識別車主、步進電機驅動升降杆和轉盤、攝像頭拍照、超聲波定位車輛、算法規劃停車路徑、數據庫自動分配車位並進行停車計時收費，實現完整的智能車庫流程。

系統具有以下特點：

• 全自動化停車流程：刷卡 → 攝像頭抓拍 → 分配車位 → 引導停車 → 自動計費
• 低成本可實現：基於 STM32、步進電機、超聲波模塊即可完成核心功能
• 可擴展性強：支持聯網、雲端車牌識別、微信小程序查看停車狀態等

二、系統整體架構設計

系統主要包含 信息採集層、控制執行層、算法層、數據服務層、交互層 五大模塊：

┌────────────────────────────┐
│         上位機 / 雲服務        │
│ 車位數據庫 | 停車計費邏輯 | 車牌存儲 │
└────────────────────────────┘
             ▲
             │
┌────────────────────────────┐
│            STM32 MCU        │
│ 身份識別 | 路徑規劃 | 電機控制 | 計時 │
└────────────────────────────┘
      ▲            ▲
      │            │
┌──────────┐   ┌────────────┐
│ 信息採集層 │   │ 控制執行層  │
│ 超聲波 | 攝像頭 │   │ 步進電機 | 伺服 │
└──────────┘   └────────────┘

三、硬件設計與模塊説明

1. 核心控制器：STM32

推薦 MCU：

• STM32F103C8T6：性價比高，適合課程設計
• STM32F407：計算能力強，適合需要更多外設和攝像頭接口的場景

主要負責：

• 步進電機驅動
• 刷卡識別的數據處理
• 車位路徑規劃算法
• 傳感器數據採集
• 收費計時
• 與上位機的串口/WiFi 通信

2. 刷卡系統（RFID）

使用 MFRC522 或 ID 卡讀卡器。

流程：

1. 用户刷卡
2. MCU 讀取 UID
3. 查詢車主信息
4. 放行/扣費/記錄時間

3. 攝像頭模塊

可選：

• OV7670
• GC0308
• ESP32-CAM（若支持 WiFi 圖傳）

功能：

• 進入時拍照留存
• 可用於後期車牌識別拓展

4. 步進電機 + 驅動模塊

• 驅動進出閘杆
• 控制停車平台旋轉
• 引導車輛至指定區域

常用驅動：

• A4988
• TB6600（大扭矩場景）

5. 超聲波測距（HC-SR04）

用於：

• 檢測車是否到位
• 車位是否空閒
• 輔助路徑規劃與避障

6. 計費模塊

通過 STM32 計時器或 RTC：

• 記錄停車開始時間
• 離開時計算總時長
• 輸出費用（可通過屏幕展示）

四、軟件邏輯與核心算法

1. 系統主流程

刷卡 → 身份驗證 → 攝像頭拍照 → 自動分配車位 → 路徑規劃 →  
電機引導進場 → 超聲波檢測入位 → 開始計時 →  
刷卡離場 → 計費 → 抬杆退出

2. 車位自動分配算法

可使用“最短路原則”或“空閒優先原則”：

int allocate_park() {
    for (int i = 0; i < MAX_PARK; i++) {
        if (park[i].status == EMPTY) {
            return i;
        }
    }
    return -1; // full
}

可擴展為：

• 距離入口最短
• 層級最優
• 預留 VIP 區域

3. 路徑規劃算法（簡化版）

如果是小車模型或移動平台，則可採用：

• BFS 網格尋路
• Dijkstra 最短路徑
• 或簡單“直走-轉彎-入庫”邏輯

示例偽代碼：

path = bfs(start, target);
for(step in path){
    motor_run(step.direction, step.distance);
}

4. 步進電機控制

使用 TIM3/TIM4 產生脈衝：

void step_motor_run(int steps){
    for(int i=0;i<steps;i++){
        HAL_GPIO_WritePin(STEP_PIN, GPIO_PIN_SET);
        HAL_Delay(2);
        HAL_GPIO_WritePin(STEP_PIN, GPIO_PIN_RESET);
        HAL_Delay(2);
    }
}

5. 停車計費邏輯

fee = (leave_time - enter_time) / 3600.0 * PRICE_PER_HOUR;

支持多種計費策略：

• 首小時固定費用
• 24 小時封頂
• 會員折扣

五、系統調試與測試

1. 功能測試

• 刷卡識別成功率 > 99%
• 超聲波測距誤差 ±1cm
• 步進電機重複定位誤差 < 1mm

2. 場景測試

• 車輛未停正 → 自動報警
• 車位滿 → 屏幕提示“滿位”
• 多輛車同時入場 → 隊列調度

六、擴展功能（可進一步升級）

1. 車牌自動識別（OCR/深度學習）
2. 微信小程序查看車位佔用情況
3. 雲端計費記錄同步
4. 自動泊車機器人對接
5. 多層車庫調度系統

七、總結

基於 STM32 的智能車庫系統將傳統機械式停車場升級為“智能管理新模式”。通過 刷卡識別、攝像頭拍照、步進電機自動停車、超聲波檢測、路徑規劃與計費系統 的協同工作，實現了從“進場 → 停車 → 離場”的全流程自動化。

本項目不僅適合作為大學嵌入式課程設計、畢設項目，也可以作為中小企業快速落地的智慧車庫解決方案的原型。未來結合 AI 車牌識別與雲端管理，將具備更強的商業化價值。