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基于STM32单片机智能RFID刷卡汽车位锁桩设计

news 2025/8/18 11:51:49

1 系统功能介绍

随着城市化进程加快，停车难已成为普遍问题。为提高停车管理的智能化水平，本设计提出了一种 基于 STM32 单片机的智能 RFID 刷卡汽车位锁桩系统。该系统结合 STM32F103C8T6 单片机、LCD1602 液晶显示模块、RFID 刷卡模块、继电器模块以及按键控制电路，能够实现对车位的高效管理。

系统的工作过程如下：

在车位入口处安装智能车桩，正常情况下继电器闭合，车桩处于“锁定”状态，禁止陌生车辆进入。
车主携带授权 RFID 卡靠近刷卡区，若验证成功，STM32 控制继电器断开，使车桩打开，车辆得以驶入车位。
车辆进入后，用户可通过按键控制继电器再次闭合，从而重新竖起车桩，实现车位锁定，防止其他车辆占用。
LCD1602 实时显示系统的运行状态，包括“等待刷卡”“刷卡成功”“车位锁定”“车位解锁”等提示信息，增强系统的交互性。

该系统操作简单，管理高效，既能防止车位被占用，也提升了车位使用的智能化和安全性。

2 系统电路设计

2.1 STM32F103C8T6 最小系统电路

STM32F103C8T6 作为核心控制单元，负责整个系统的逻辑运算与外设控制。

主要组成部分：晶振电路、复位电路、电源电路。
功能：
- 与 RFID 模块进行通信，完成刷卡验证；
- 控制继电器实现车桩的升降；
- 驱动 LCD1602 显示系统状态；
- 接收按键信号，完成车桩二次操作。

2.2 RFID 模块电路

RFID 模块（如 MFRC522）用于识别用户身份。

工作原理：通过无线射频方式读取 IC 卡内的唯一 ID 号，并通过 SPI/I²C 与 STM32 通信。
设计思路：
- 用户需要提前在系统内登记合法卡号；
- 刷卡时 STM32 比较卡号，若匹配则允许进入，否则 LCD 提示“非法卡”。
优势：免接触式识别，安全、便捷。

2.3 LCD1602 液晶显示电路

LCD1602 用于显示系统状态信息。

显示内容：
- 系统待机：显示“请刷卡”；
- 刷卡成功：显示“车位解锁”；
- 车辆进入：提示“请按键锁定”；
- 锁定完成：显示“车位已锁定”。
作用：提升交互体验，方便车主操作。

2.4 按键电路

按键电路采用独立式按键，通过上拉电阻连接到 STM32 GPIO。

功能：
- 在车辆驶入车位后，车主可手动按下按键，控制继电器闭合，再次锁定车桩。
防抖处理：按键在程序中通过延时或定时器消抖，以保证输入稳定可靠。

2.5 继电器驱动电路

继电器用于控制车桩的通断，模拟车位的物理升降。

设计思路：
- 正常情况下继电器处于闭合状态，车桩竖起，禁止进入；
- 刷卡成功后，STM32 输出高电平驱动继电器断开，车桩下降，车辆进入；
- 按键确认后再次闭合，车桩升起，完成锁车位动作。
电路特点：继电器通过三极管驱动，避免 STM32 I/O 直接带载。

3 程序设计

3.1 主程序框架

#include "stm32f10x.h"
#include "lcd1602.h"
#include "rfid.h"
#include "relay.h"
#include "key.h"uint8_t card_id[5];
uint8_t auth_card[5] = {0x12,0x34,0x56,0x78,0x90}; // 预设合法卡号int main(void)
{SystemInit();LCD_Init();RFID_Init();Relay_Init();Key_Init();LCD_ShowString(0,0,"System Ready");LCD_ShowString(1,0,"Please Swipe");while(1){if(RFID_Check(card_id) == MI_OK){if(Card_Compare(card_id, auth_card)){LCD_Clear();LCD_ShowString(0,0,"Card Accepted");Relay_Open();   // 打开车桩LCD_ShowString(1,0,"Car In");}else{LCD_Clear();LCD_ShowString(0,0,"Invalid Card");}}if(Key_Scan() == 1)  // 按键检测{Relay_Close();   // 关闭车桩LCD_Clear();LCD_ShowString(0,0,"Car Locked");}}
}

3.2 RFID 模块程序

uint8_t Card_Compare(uint8_t *CardID, uint8_t *AuthID)
{for(int i=0; i<5; i++){if(CardID[i] != AuthID[i])return 0;}return 1;
}

该函数将当前刷卡 ID 与系统预设 ID 进行比对，完全一致则返回合法，否则判定为非法卡。

3.3 LCD 显示程序

void LCD_ShowString(uint8_t row, uint8_t col, char *str)
{uint8_t pos;if(row == 0)pos = 0x80 + col;elsepos = 0xC0 + col;LCD_WriteCommand(pos);while(*str){LCD_WriteData(*str++);}
}

该函数用于在指定位置显示字符串，实现系统状态的可视化。

3.4 继电器控制程序

void Relay_Open(void)
{GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0); // 打开车桩
}void Relay_Close(void)
{GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0); // 关闭车桩
}

继电器通过 STM32 GPIO 控制车桩动作，实现车位的解锁与锁定。

3.5 按键检测程序

uint8_t Key_Scan(void)
{if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0) == 0){Delay_ms(20); // 消抖if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0) == 0){while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0) == 0);return 1;}}return 0;
}