一、前言

1.1 项目介绍

【1】项目开发背景

近年来，随着汽车保有量的不断增长，停车问题在家庭和社区中逐渐显现出来。许多家庭拥有独立的车库，而对车库的管理往往仅限于手动操作，缺乏智能化和实时监控的能力。针对这一现状，设计一套基于单片机的智能停车系统成为一种便捷而有效的解决方案。通过智能技术，家庭成员不仅可以快速掌握车库的实时信息，还能提升家居生活的安全性与便利性。

本项目基于STM32单片机，设计一款针对家庭车库管理的智能停车系统，旨在为家庭提供一个便捷、智能化的车库管理环境。系统通过传感器网络实现环境信息采集，包括温湿度监测、烟雾浓度检测和火光检测。当烟雾或火光浓度超标时，系统将触发蜂鸣器报警，保障家庭的安全。此外，通过红外传感器监测车辆的停放时间，实现车辆状态的精准记录。

为了方便家庭成员实时获取信息，系统设计了一个1.44寸的LCD显示屏，展示包括环境数据和停车时长的本地信息。考虑到信息的远程访问需求，系统通过ESP8266模块将数据上传到华为云物联网平台，用户可通过手机APP和Windows上位机实时查看相关数据，从而更加智能地管理车库与车辆停放状态。

系统以低功耗、高效率为设计原则，通过优化硬件与软件的结合，为家庭提供一个智能化、信息化的车库管理平台。智能停车系统不仅可以大大提升车库的管理便利性，还能有效减少安全隐患，保障车库和车辆的安全，使家庭生活更为安心和舒适。

框架图：

原理图：

【2】设计实现的功能

（1）环境温湿度检测

系统通过SHT30温湿度传感器实时监测车库内的温度和湿度信息，并将采集到的数据显示在LCD屏幕上，同时上传至云端，方便用户随时了解车库的环境状况。

（2）烟雾浓度检测与火灾预警

系统使用MQ2烟雾传感器对车库内的烟雾浓度进行实时检测，当浓度超过设定的安全阈值时，蜂鸣器会自动触发报警，提示用户注意车库内可能存在的火灾隐患。

（3）火光检测与报警功能

火焰检测模块用于实时监测车库内是否有火光产生。一旦检测到火光信号，系统立即启动蜂鸣器进行声光报警，为车库火灾的早期预防提供可靠保障。

（4）车辆停放检测与时间记录

通过两个红外反射传感器监测车库内车位的占用情况，当检测到车辆进入或离开车库时，系统会自动记录停车或离开的时间。这一功能可帮助用户跟踪和管理车辆的停放时长。

（5）本地信息显示

系统集成了一块1.44寸的LCD显示屏，实时显示车库环境的温湿度、烟雾浓度、火光检测状态及车辆的停放时间信息，使用户能够直接在本地查看车库的运行状态和环境状况。

（6）数据上传与远程查看

通过ESP8266-WIFI模块，系统将监测到的各类数据上传至华为云物联网平台。用户可通过Android手机APP和Windows上位机，远程获取系统上传的实时信息，从而实现对车库状态的远程监控和管理。

（7）蜂鸣器报警功能

系统采用高电平触发的有源蜂鸣器，当检测到烟雾浓度超标或火光信号时，蜂鸣器会自动发出声光报警，提醒用户采取相应的应对措施。

【3】项目硬件模块组成

（1）主控模块

采用STM32F103RCT6芯片作为主控单元，负责数据采集、处理和各功能模块的协调控制，是系统的核心控制器。

（2）环境温湿度检测模块

使用SHT30温湿度传感器，负责实时监测车库内的温湿度数据并将其传输给主控模块。

（3）烟雾检测模块

采用MQ2烟雾传感器，用于监测车库内的烟雾浓度。当检测到烟雾浓度超过设定阈值时，向主控模块发送报警信号。

（4）火光检测模块

使用火光检测传感器，检测车库内是否有火光。一旦有火光信号，传感器将触发主控模块，启动相关报警机制。

（5）车辆检测模块

由两个红外反射传感器组成，用于监测车库车位上是否有车辆存在，并记录车辆的进出状态和停放时间。

（6）显示模块

配备1.44寸LCD显示屏，负责本地显示车库的环境信息、车辆状态和其他相关数据，提供直观的用户界面。

（7）报警模块

采用高电平触发的有源蜂鸣器，当检测到烟雾浓度或火光超标时，蜂鸣器发出声光报警，提醒用户采取必要措施。

（8）通信模块

使用ESP8266-WIFI模块，将本地监测到的数据上传至华为云物联网平台，实现远程信息访问和监控。

（9）电源模块

系统供电使用外置12V 2A电源，为主控单元和各功能模块提供稳定的电源支持。

【4】设计意义

设计基于单片机的智能停车系统具有重要的意义，它不仅能够提升家庭车库管理的便利性，还在安全性、节能性和智能化管理等方面发挥积极作用。通过引入智能监测与控制技术，用户可以实时掌握车库的状态和环境信息，避免传统车库管理方式中手动操作的繁琐与低效。这一系统提升了家庭生活的质量，使得车库管理更加自动化和便捷化。

智能停车系统能够有效地增强车库的安全性。通过集成烟雾浓度和火光检测功能，系统可以在出现异常情况时发出报警，及时提醒家庭成员采取相应措施，预防火灾等安全隐患的发生。这种实时监控功能能够保护车库中的车辆和周边环境，避免因意外情况导致的损失，具有极大的现实意义。

设计这一系统还可以优化停车管理效率。通过红外传感器的车辆检测功能，系统能够记录车辆的停放时间，帮助用户直观了解车辆的使用情况。结合LCD显示屏和联网功能，用户不仅可以在本地查看相关信息，还能通过云平台和手机APP远程获取数据，实现对车库状态的全面掌控。这种基于物联网的远程管理方式充分体现了科技的便捷性和时代感，迎合了当前智能家居的发展趋势。

此外，该设计在环保和节能方面也具有重要意义。系统能够通过优化资源分配减少不必要的能耗，从而降低能源消耗和家庭开支。这种优化利用资源的方式，不仅符合绿色环保的理念，还能为用户带来长期的经济效益。综上所述，设计和实现这样的智能停车系统，能够提升家庭的安全性、便捷性和管理效率，契合现代社会对智慧生活的需求。

【5】国内外研究现状

智能停车系统的研发在全球范围内都受到了广泛关注，因为它不仅能够提高停车场的管理效率，还能为车主提供更加便捷的服务。国内外对于此类系统的研究和应用都非常活跃，尤其是在结合物联网(IoT)技术和移动互联网的发展下，智能停车系统正逐渐变得更加智能化和用户友好。

在中国，随着城市化进程的加快，汽车保有量持续增长，停车难的问题日益突出。为此，许多企业和科研机构致力于开发高效的智能停车解决方案。例如，阿里云推出了“ET城市大脑”，其中包括了智慧停车项目，旨在通过大数据分析来优化停车资源配置，并利用车牌识别等技术实现自动化的进出管理和支付服务。此外，像“停简单”这样的初创公司也专注于打造基于移动互联网的停车服务平台，让车主可以提前预订车位并通过手机完成支付流程，大大简化了停车过程。

国外方面，美国的ParkWhiz是一个非常成功的案例，它提供了一个在线市场，让用户可以在多个地点预订停车位。这家公司与Google Maps进行了集成，使得司机可以直接从导航应用中找到并预定最近的可用停车位。此外，德国的博世公司也开发了一套名为“Community-based Parking”的系统，该系统允许车辆之间共享实时的停车空位信息，从而帮助驾驶员快速找到附近的免费或低成本停车位。这种基于社区的数据分享模式对于缓解城市中心地区的停车压力尤其有效。

针对家庭或私人车库的智能管理系统也在不断发展之中。例如，澳大利亚一家名为Ezi-Park的企业就推出了一种专为住宅设计的自动化停车解决方案，包括了车牌识别、远程监控等功能。而在技术层面，除了传统的传感器应用外，近年来还出现了更多创新性的尝试，比如使用机器学习算法预测停车需求的变化趋势，或是通过AR（增强现实）技术来辅助驾驶员更准确地将车辆停入狭窄的空间内。

无论是公共还是私人的停车场景，智能停车系统都是一个充满潜力且不断进步的领域。随着相关技术的进一步成熟及成本的降低，预计未来会有越来越多的家庭和企业采用这类解决方案，以提升日常生活的便利性和安全性。

【6】摘要

本项目设计了一种基于STM32单片机的智能停车系统，主要用于家庭车库的智能化管理和监控。系统通过集成温湿度传感器、烟雾传感器、火光检测传感器和红外车辆检测传感器，实现车库环境数据的实时监测与管理。系统具备火灾预警功能，当检测到烟雾浓度或火光异常时，蜂鸣器自动触发报警，提升车库的安全性。此外，系统通过LCD显示屏提供本地信息展示，并利用ESP8266模块将数据上传至华为云物联网平台，支持用户通过手机APP和Windows上位机远程访问和监控车库信息。该设计具备较高的智能化水平和实用性，为家庭停车管理提供便捷、安全的解决方案。

关键字

智能停车系统，STM32单片机，温湿度监测，烟雾检测，火光检测，车位管理，ESP8266，物联网，LCD显示，远程监控

1.2 设计思路

本项目的设计思路围绕智能化、实时监测与便捷管理三个核心目标展开，利用STM32单片机和多种传感器模块实现车库的智能管理功能。设计的第一步是硬件选型和系统架构的搭建。项目选用了STM32F103RCT6作为主控芯片，具备较高的性能和丰富的外设接口，能够满足多传感器并行处理的需求。外围设备选用SHT30温湿度传感器、MQ2烟雾传感器、红外反射传感器、火焰检测传感器以及LCD显示屏等，以实现环境监测、火灾报警和车辆管理功能的多重融合。

系统分为几个主要的功能模块，包括环境监测模块、车位检测模块、报警模块、显示模块和通信模块。环境监测模块通过温湿度传感器和烟雾传感器实现车库内的实时环境监控；当烟雾浓度超过设定的安全阈值，系统将触发蜂鸣器报警。此外，火焰检测模块能够快速识别车库内的火光信息，进一步提升火灾预警能力。车位检测模块通过红外传感器检测车位上是否有车辆，并记录车辆的停放时间，方便用户掌握车辆的状态信息。

数据的本地显示是通过1.44寸LCD屏幕完成的，用户可以实时查看车库环境信息和车辆停放情况。为了实现远程访问，设计了通过ESP8266模块将监测数据上传至华为云物联网平台的功能，使得用户可以通过手机APP和Windows上位机随时随地获取信息。APP和上位机基于Qt开发，采用C++语言，实现界面的友好交互以及对上传数据的展示和分析。

在软件设计方面，系统的程序架构基于模块化开发，确保代码的高可读性和易维护性。主控单元通过中断与轮询相结合的方式实现各模块的协调控制，降低资源消耗并提高系统的响应速度。数据采集、处理、显示和通信功能独立运行但又彼此配合，实现系统整体的稳定性和高效性。通过精确的数据采集和合理的逻辑控制，整个系统能够满足家庭车库管理的各种需求，并具有很强的扩展性。

1.3 系统功能总结

序号	功能描述	功能细节
1	环境温湿度检测	通过SHT30温湿度传感器，实时监测车库内的温湿度数据，并将数据在LCD屏幕上显示，同时上传至云平台供用户远程查看。
2	烟雾浓度检测与火灾预警	采用MQ2烟雾传感器监测车库内的烟雾浓度，当检测到烟雾浓度超出设定阈值时，系统触发蜂鸣器报警，提示用户注意火灾隐患。
3	火光检测与报警	利用火光检测传感器实时监测车库内的火光情况，一旦检测到火光，系统会立即触发蜂鸣器报警，为用户提供火灾预警功能。
4	车辆停放检测与时间记录	通过两个红外传感器检测车库车位上是否有车辆停放，并记录车辆的进出时间，提供准确的停车时长信息，便于用户管理车辆使用情况。
5	本地信息显示	通过1.44寸LCD显示屏，实时显示车库的温湿度、烟雾浓度、火光状态和车辆停放时间等信息，为用户提供直观的本地数据展示。
6	数据上传与远程监控	使用ESP8266-WIFI模块将监测到的数据上传至华为云物联网平台，用户可以通过手机APP和Windows上位机实时查看车库信息，实现远程监控与管理。
7	蜂鸣器报警	系统配备高电平触发的有源蜂鸣器，在检测到烟雾浓度超标或火光信号时，蜂鸣器自动发出报警声，提醒用户采取应对措施，保障车库安全。

1.4 开发工具的选择

【1】设备端开发

Keil 是一款广泛使用的嵌入式系统开发工具，主要用于基于ARM、8051、C166等微控制器架构的应用程序开发。Keil由德国Keil公司开发，后来被ARM公司收购，并成为ARM开发工具的一部分。Keil软件提供了一个集成的开发环境（IDE），包括了编辑、编译、调试和仿真等功能，是嵌入式系统开发中常用的工具之一，尤其适用于嵌入式软件的编写、测试和调试。

Keil的核心是其集成开发环境（IDE），它包括了代码编辑器、编译器、调试器以及项目管理工具。通过这些工具，开发者可以轻松地编写、调试和优化嵌入式应用程序。Keil的IDE支持C、C++以及汇编语言编程，并且与嵌入式硬件平台紧密结合，能够直接生成适用于不同微控制器架构的机器代码。

Keil的编译器（尤其是ARM编译器）是其一大亮点。Keil支持多种微控制器的编译，尤其在ARM架构的支持上非常强大。Keil的编译器能够生成高效的机器代码，并且对嵌入式系统的资源优化非常到位。通过Keil，开发者可以通过优化编译选项来减少代码大小，提高程序的执行效率，这对内存有限、处理能力相对较弱的嵌入式系统至关重要。

除了编译器，Keil的调试工具也是其不可忽视的优势之一。Keil提供了强大的调试器，可以进行源代码级调试。通过调试器，开发者可以在程序运行时实时监控变量的值，设置断点，查看堆栈信息，甚至可以模拟硬件的运行情况。Keil支持通过硬件调试接口（如JTAG、SWD）进行硬件级调试，使得开发者能够直接与目标硬件进行交互，捕捉到更多底层的错误和问题。

在支持不同硬件平台方面，Keil为多个微控制器提供了专门的支持包，包括各种ARM Cortex-M系列、8051、C166和其他主流的嵌入式处理器。这些支持包包含了处理器的核心库、启动代码、外设驱动、RTOS（实时操作系统）支持等，开发者可以根据目标硬件选择合适的支持包，快速开始开发。这使得Keil成为嵌入式开发者的理想选择，因为它大大简化了开发流程。

Keil还具备强大的仿真功能。开发者可以在没有硬件平台的情况下进行软件仿真，通过Keil的仿真器测试和调试程序。这种功能对于早期的开发阶段尤为重要，尤其是在硬件尚未完全准备好时，开发者可以依赖仿真功能进行软件的验证和调试。同时，Keil支持多种外设和硬件接口的仿真，帮助开发者进行更为精确的调试。

对于多任务和实时应用，Keil也提供了对RTOS的支持。Keil的RTX RTOS是专门为嵌入式系统设计的实时操作系统，能够在嵌入式应用中提供任务管理、时间管理、消息传递等功能，支持多线程编程。Keil的RTOS支持嵌入式系统中的时间敏感任务调度和资源共享，能够为开发者提供高效的多任务管理解决方案。

Keil的另一个显著特点是其丰富的库和开发支持。除了硬件支持包和操作系统支持，Keil还提供了广泛的标准库，包括对常见外设（如串口、定时器、ADC、I2C、SPI等）的驱动程序支持。这些库和驱动程序大大降低了开发难度，帮助开发者快速实现各种外设的控制功能。

Keil软件是嵌入式系统开发中的重要工具，凭借其强大的集成开发环境、高效的编译器、全面的调试功能以及对各种微控制器架构的支持，Keil广泛应用于各类嵌入式系统的开发中。无论是小型单片机项目，还是复杂的嵌入式应用，Keil都能够提供高效的开发解决方案。

【2】上位机开发

Qt是一款跨平台的应用程序开发框架，用于开发具有图形用户界面（GUI）的应用程序。它由Qt公司（原为Trolltech公司，现为The Qt Company）开发，最初基于C++语言，支持多种操作系统平台，如Windows、macOS、Linux、Android、iOS等。Qt的强大功能使得它不仅适用于桌面应用程序的开发，还能够支持嵌入式系统和移动设备的开发，是许多企业和开发者在创建高性能、跨平台应用时的首选框架。

Qt的核心特点之一是其强大的图形用户界面（GUI）开发功能。Qt提供了丰富的控件和窗口管理功能，开发者可以通过Qt Designer工具设计用户界面，并将其与后端逻辑进行绑定。Qt的GUI控件包括按钮、标签、文本框、列表框、表格等常见元素，同时还支持2D图形和图像的绘制，使得开发者能够创建富有表现力的用户界面。此外，Qt提供了一个集成的事件处理机制，允许开发者通过事件和信号/槽机制来处理用户的操作和界面的交互。

除了GUI开发，Qt还提供了强大的非GUI功能。Qt框架包含了大量的标准库，可以帮助开发者处理网络、数据库、XML解析、文件和数据处理、多线程编程等任务。Qt的对象模型也非常灵活，支持面向对象编程，且提供了信号与槽（Signal and Slot）机制，这是Qt的一大特色。通过这种机制，开发者可以方便地实现不同对象之间的通信，使得代码的结构更加清晰、模块化。

Qt的跨平台能力是其最大优势之一。开发者可以编写一次代码，然后在不同操作系统之间移植，减少了开发工作量。Qt能够自动处理不同平台之间的差异，提供了统一的API，使得开发者无需关心底层平台的差异性。尤其在桌面应用开发中，Qt使得Windows、macOS和Linux平台的应用共享同一份代码，大大提高了开发效率。

在开发过程中，Qt提供了Qt Creator集成开发环境（IDE），这是一个专门为Qt开发设计的工具，包含了代码编辑、调试、界面设计等功能。Qt Creator具有丰富的插件支持，能够帮助开发者快速构建、测试和部署Qt应用程序。Qt Creator支持C++编程，并能够与其他语言（如Python）结合使用，使得开发者能够在一个统一的环境中完成项目的所有开发工作。

Qt还支持QML（Qt Meta-Object Language），这是一种声明式编程语言，专门用于快速开发现代化、动态响应的用户界面。QML语言可以与JavaScript结合使用，使得开发者能够高效地编写跨平台的图形界面，同时保持代码的简洁和可维护性。QML特别适合用于移动设备和嵌入式系统中的开发，它能够高效处理动态交互和动画效果，给用户带来流畅的体验。

在嵌入式开发方面，Qt也有着广泛的应用。Qt for Embedded提供了专门为嵌入式系统设计的框架，支持低功耗、高效能的嵌入式应用开发。Qt能够在多种嵌入式操作系统上运行，如Linux、Android、RTOS等，广泛应用于汽车、医疗设备、消费电子、工业自动化等领域。由于Qt的高效性能和灵活性，许多企业选择它作为开发嵌入式系统界面的首选工具。

Qt是一个功能全面的跨平台开发框架，适用于桌面、移动设备、嵌入式系统等多种应用场景。它通过强大的GUI功能、丰富的库支持和跨平台能力，帮助开发者高效地构建高性能的应用程序。Qt不仅适合初学者入门开发，也适合企业级应用程序的构建，是软件开发领域的重要工具之一。

1.5 参考文献

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2. Yunqiang Li, G. Lin. “Design of intelligent parking lot based on Arduino.” IOP Conference Series: Materials Science and Engineering(2019). 
3. 杨正祥,徐桂敏.立体旋转式智能停车场的设计与实现[J].实验技术与管理,2017. 
4. 安旭,许凌云,刘松.基于RFID的智能立体停车场管理系统的设计与实现[J].电子设计工程,2017. 
5. 张秋艳,刘艺.基于RFID的智能停车场管理系统设计[J].榆林学院学报,2022. 
6. 马剑南.基于Atmega128单片机的智能停车场管理系统[J].价值工程,2012. 
7. 付阳,张晓刚,许凯龙等.基于STM32和CoppeliaSim Edu的自动泊车系统设计与仿真[J].电子制作,2023. 
8. 崔素萍