基于Arduino的智能道闸设计
摘要：智能道闸通过手机客户端可进行控制和缴纳费用，这一系统工程是确保收费问题得到妥善解决的重要保障。目前国内各大城市均已建成了较为完善的智能化道闸设施体系，但仍存在不少不足。在全光网的支持下，智能道闸系统以智能化为核心，实现了简单高效的收费服务。目前国内各大城市纷纷开始建设和完善智能化道闸系统，并取得了显着成效。本文以智能道闸系统为研究对象，并进行了总体结构设计，硬件选型和软件调试。智能闸道系统硬件包括Arduino开发板、HX711称重模块和红外遥控系统。 Arduino开发板控制整个电路的运行，通过HX711称重模块精准测量车辆重量，并将数据传输到开发板上。编程计算应付金额，传输到显示屏上展示，用户支付后红外遥控系统启动电机模块，打开道闸。 Arduino开发板记录并显示车辆实际重量与应付金额，并启动报警系统，蜂鸣器发出警告声，LED灯闪烁红灯。
关键词：智能道闸
Design of Intelligent Barrier Gate Based on Arduino
Abstract:The smart barrier can control and pay fees through the mobile phone client, which is an important guarantee to ensure that the charging problem is properly solved. At present, major cities in China have built a relatively complete intelligent barrier facility system, but there are still many shortcomings. With the support of all-optical network, the intelligent barrier system takes intelligence as the core and realizes simple and efficient charging services. At present, major cities in China have begun to build and improve intelligent barrier systems, and have achieved remarkable results. This paper takes the intelligent barrier system as the research object, and carries out the overall structure design, hardware selection and software debugging. The smart gate system hardware includes an Arduino development board, an HX711 weigh module, and an infrared remote control system. The Arduino board controls the operation of the entire circuit, accurately measures the weight of the vehicle via the HX711 weigh module, and transmits the data to the development board. The amount payable is calculated programmatically, transmitted to the display screen for display, and the infrared remote control system starts the motor module and opens the barrier after the user pays. The Arduino development board records and displays the actual weight of the vehicle and the amount due, and activates the alarm system, the buzzer sounds a warning sound, and the LED light flashes red.
Keywords: Intelligent Barrier Gate
目录
第一章 引言 1
1.1课题来源及研究意义 1
1.2国外研究现状 1
1.3国内智能道闸研究现状 2
1.4 本课题设计的意义 2
1.5 本课题的主要研究内容 3
1.6 本章小结 4
第二章 智能道闸的关键技术 5
2.1道闸技术的概况 5
2.2 系统关键技术 5
2.2.1红外遥控技术 5
2.2.2智能道闸技术 6
2.2.3 称重技术 6
2.3本章小结 7
第三章 硬件电路设计 8
3.1 硬件总体设计 8
3.2 硬件选择 9
3.2.1 Arduino开发板 9
3.2.2 LED灯与有源蜂鸣器 9
3.2.3 称重模块 10
3.2.4 OLED显示屏 11
3.2.5 舵机模拟道闸 12
3.2.6 按键模块 12
3.2.7 红外遥控器、红外线接收模块 13
3.3 本章小结 13
第四章 软件设计 15
4.1 闸道总体设计 15
4.2 软件开发 16
4.2.1显示模块代码 16
4.2.2 称重模块代码 17
4.2.3 电机模块和红外接收器代码 18
4.2.4 报警模块代码 20
4.3 本章小结 21
第五章 系统调试 22
5.1 Arduino软件简介 22
5.2硬件模块调试 23
5.2.1按键去抖调试 23
5.2.2称重模块调试 24
5.2.3电机模块调试 25
5.2.4 红外遥控模块调试 26
5.3系统整体调试 27
5.4本章小结 28
结论 29
致谢 30
参考文献 31
第一章 引言
1.1课题来源及研究意义
随着社会的迅猛发展，人们的生活水平日益提高，生活质量得到了显著提升。目前国内各大城市均已建成了较为完善的智能化停车设施体系，但仍存在不少不足。随着人们生活水平的提高，以及国家和一些汽车制造商推出的一系列优惠政策，汽车已经深入到了每个家庭的生活中。同时，在人们的日常生活中，出行变得更加方便和快捷。随着中国人口的不断增长，道路上的汽车数量也随之呈现出不断攀升的趋势。在这个过程中，由于各种原因造成停车位不够用或找不到等问题也变得十分突出。有时候，即使驾车外出，也可能无法找到一个合适的停车位；或是在寻找车位的过程中，由于停车场道口的交通拥堵，导致宝贵的时间被浪费掉。
当前这个庞大的“汽车群体”已经超越了传统停车场的能力范围”；在取卡入场的过程中，缴费出场的同时，停车缴费的问题变得尤为突出，因为这可能会导致交通拥堵；并且随着时间的推移还会出现很多新情况和新问题，比如车辆停放时经常会出现被盗现象。随着停车数量的增加，停车场管理人员的贪污行为和不透明的资金流向导致了一些损失，同时也加剧了乱收费的问题。因此需要一种新的方式来进行管理，这种方法就是通过计算机来实现智能化管理。智能的应用可以有效地应对这一领域的挑战。因此，本文通过分析国内外智能停车管理现状，提出一种基于物联网技术和云计算的智能停车管理平台。本次研究聚焦于智能停车道闸系统的探究，其核心研究方向在于如何将智能技术应用于停车道闸系统之中。
智能道闸主要是出于停车场管理效率和安全性的考虑。随着私家车数量的增加，传统的停车管理方式已经无法满足需求，需要借助新技术进行改进。智能道闸系统可以通过车牌识别、人脸识别等智能化技术实现自动开关门，提高了进出口的通行效率并且减少了停车场人力成本，同时还可提高车辆通行安全性。
智能道闸的意义在于提高停车场管理的智能化水平，使得停车场管理更加高效、快捷、安全。同时，智能道闸的研究也推动了相关技术领域的发展，如图像识别技术、计算机视觉等方面，在促进社会科技进步的同时，也为相关产业提供了更多的商业机会与可能性。
1.2国外研究现状
智能道闸技术在国外也得到广泛研究和应用，在很多城市的道路、停车场和机场等地都可以看到智能道闸的身影。以下是一些国外研究现状：
1.德国：德国柏林的德国联邦铁路采用了智能道闸系统，能够根据车辆类型、车速和重量等因素自动调整道闸开启时间。
2.美国：美国洛杉矶机场的停车场采用智能道闸系统，能够自动识别车辆的车牌、颜色等信息进行出入口管理。
3.日本：日本的一些高速公路收费站采用了智能道闸系统，自动识别车辆类型、车牌号码等信息，实现快速通行和收费。
4.英国：英国伦敦的一些小型停车场采用了无人值守的智能道闸系统，可以通过智能手机App进行远程开关控制，极大地方便了用户。
总的来说，国外的智能道闸技术已经比较成熟，深受社会各界的欢迎和推崇。
1.3国内智能道闸研究现状
国内的智能道闸技术也在不断发展和创新，以下是一些国内研究现状：
车牌识别：很多道闸系统都采用了车牌识别技术，通过摄像头对车辆进出场时的车牌进行自动识别和识别，并与系统中的车辆信息匹配，实现自动开关道闸和电子收费等。
云计算与大数据：一些智能道闸系统实现了云端管理，将数据上传到云端进行汇总和分析，以提高车流量统计、车位情况、停车轨迹等方面的信息化管理，同时也为用户提供更便利的服务。
人工智能：近年来，随着人工智能技术的快速发展，越来越多的智能道闸系统开始引入人工智能技术，比如采用基于深度学习的图像识别技术，实现车型、颜色、品牌等信息的智能识别。
远程控制：一些智能道闸系统还支持远程控制，用户可以通过手机APP等方式远程开关道闸，方便快捷。
总而言之，在国内，智能道闸技术不断创新发展，已经成为城市交通管理重要的一部分，得到了广泛的应用和推广。
1.4 本课题设计的意义
智能道闸设计的意义很多，以下是一些主要的意义：
提高安全性：智能道闸系统采用了车牌识别、图像识别等技术，可以快速、准确地判断车辆的身份信息和状态，有效防止非法入场或者逃票行为，提高进出口的安全性。
方便用户：智能道闸系统支持自动开关道闸和多种支付方式，如微信支付、支付宝支付等，让用户更加便捷地使用停车服务。
实现电子化管理：智能道闸系统采用电子管理，能够方便快捷地记录车辆进出时间、车型、颜色等信息，并且通过大数据分析，可以更好地管理车流量、车位情况等。
节约人力成本：智能道闸系统能够自动完成车辆信息管理、收费等操作，有效降低了停车场管理的人力成本。
促进城市智能化：智能道闸系统作为城市智能交通管理重要的一环，对于促进城市智能化发展、优化城市交通流量、提高城市品质等方面具有重要的意义。
总而言之，智能道闸设计的意义在于提高停车场的管理水平和服务质量，保障用户的停车安全和便利，同时也有效节约了管理成本，既方便了人们，又促进了城市交通智能化发展。
1.5 本课题的主要研究内容
智能道闸的研究主要涉及以下几个方面：
感知技术：智能道闸需要通过传感器来感知车辆的到来和离开，常用的传感器包括地磁传感器、红外线传感器、超声波传感器等。
控制算法：智能道闸需要根据车辆的情况进行自动控制，控制算法的设计可以采用模糊控制、PID控制等多种方法。
识别技术：智能道闸需要对车辆的车型、颜色、牌照等信息进行识别，以便进行进出场管理。常用的识别技术包括车牌识别、图像处理技术等。
网络通信技术：智能道闸需要实现与上位机或其他智能设备的通信，以便进行车辆管理、统计和分析等工作。因此，网络通信技术也是其研究的重点之一。
安全性保障：智能道闸作为一个交通设施，其安全性是非常重要的，因此在研究中需要考虑如何确保其正常运行和防止异常情况的发生，比如防止黑客攻击、故障检测与排除等。
本文采用了智能道闸的课题来源主要是出于停车场管理效率和安全性的考虑。随着私家车数量的增加，传统的停车管理方式已经无法满足需求，需要借助新技术进行改进。智能道闸系统可以通过车牌识别、人脸识别等智能化技术实现自动开关门，提高了进出口的通行效率并且减少了停车场人力成本，同时还可提高车辆通行安全性。
智能道闸的研究意义在于提高停车场管理的智能化水平，使得停车场管理更加高效、快捷、安全。同时，智能道闸的研究也推动了相关技术领域的发展，如图像识别技术、计算机视觉等方面，在促进社会科技进步的同时，也为相关产业提供了更多的商机。本方案采用Arduino开发板作为主要控制模块，配合HX711称重模块实现对车辆重量的准确测量。经过PC端编程，应付金额会根据测得数据进行计算，并通过开发板传输到显示屏上展示给用户。在用户完成支付后，红外遥控系统会自动启动电机模块，使道闸打开。值得一提的是，Arduino开发板会记录并显示车辆的实际重量和应付金额，并同时启动报警系统，蜂鸣器发出警告声，并且LED灯会闪烁红色。
1.6 本章小结
本章主要介绍了智能道闸技术的相关概念、发展历程以及应用场景。智能道闸技术是指利用先进的传感、识别、控制等技术实现对车辆出入口进行自动管理的技术，其发展历程经历了从传统人工操作到半自动化、全自动化的过程。目前，智能道闸技术已经广泛应用于社区、停车场、企事业单位、机场、车站等场所。智能道闸技术可以提高停车场管理效率、加强安全防范、方便用户体验等。未来，随着科技不断进步和创新，智能道闸技术还将有更广泛的应用和发展空间。
参考文献
[1]陈瑞,李晓燕,马建国. 智能道闸控制系统设计[J]. 计算机工程与应用, 2019, 55(8): 194-198.
[2]王兆华,王俊. 基于物联网的智能道闸系统设计[J]. 电子技术与软件工程, 2019, 8(1): 80-82.
[3]刘宏, 刘亚军,马玉成. 基于单片机的智能道闸控制系统设计[J]. 计算机工程与应用, 2018, 54(16): 192-195.
[4]郭峰,张婷婷,赵鹏飞. 基于物联网的智能道闸系统设计与实现[J]. 电子技术与软件工程, 2018, 7(3): 97-99.
[5]赵宏伟,王建华,王海涛. 基于无线传感器网络的智能道闸系统设计[J]. 计算机工程与应用, 2017, 53(21): 181-184.
[6]李洪涛,李玉红,刘志强. 基于嵌入式系统的智能道闸控制系统设计[J]. 计算机工程与应用, 2016, 52(14): 137-140.
[7]赵玉华,王宏伟,王文华. 基于单片机的智能道闸控制系统设计[J]. 计算机工程与应用, 2015, 51(21): 98-101.
[8]王洪涛,李宏伟,王玉涛. 基于物联网的智能道闸系统设计[J]. 计算机工程与应用, 2014, 50(21): 109-112.
[9]陈凯,刘海洋,王宇. 基于单片机的智能道闸控制系统设计[J]. 计算机工程与应用, 2013, 49(17): 195-198.
[10]刘文娟,王鹏,王志勇. 基于嵌入式系统的智能道闸控制系统设计[J]. 计算机工程与应用, 2012, 48(22): 168-171.
[11]孔维磊,王雪,李国梁. (2019). 基于物联网的智能道闸设计与实现. 电子设计工程, 27(2), 155-157.
[12]马俊波,杨晓华,祁子强. (2020). 基于机器视觉的智能道闸识别技术研究. 计算机科学, 47(9), 186-189.
[13]吴新华,熊秉均. (2020). 基于模糊控制的智能道闸设计. 化工自动化及仪表, 37(4), 44-47.
[14]张宝峰,张思源. (2021). 基于图像处理技术的智能道闸系统设计. 电子设计工程, 29(2), 23-25.
[15]徐红丽,陈晔. (2018). 基于人工智能的智能道闸设计与实现. 现代电子技术, 41(22), 113-115.
