基于STM32单片机的车牌识别设计

1 系统功能介绍

本设计基于 STM32 单片机 实现了一套车牌识别系统，主要应用于模拟停车场的车辆进出管理与收费流程。随着智慧交通和智能停车场的发展，车牌识别系统已成为信息化管理的重要组成部分。本系统通过摄像头采集车牌图像，利用单片机与外部识别算法模块实现车牌识别，并结合液晶显示屏、蜂鸣器和按键交互，实现用户友好的操作体验。

该设计重点在于硬件电路的搭建和程序逻辑控制，特别是在用户交互方面，增加了按键控制和蜂鸣器提示，使得系统既能进行自动识别，又能模拟停车场收费的管理功能。

系统主要功能：

1. 摄像头采集车辆车牌图像，用户可通过调节焦距保证图像清晰。
2. 将车牌调整至液晶显示中央红线下方时，蜂鸣器提示“嘀”声，系统自动开始识别。
3. 未识别车牌时，按下 K1 按键 可查看历史已识别车牌和模拟收费信息。
4. 成功识别车牌后，车牌信息会显示在液晶上，用户需按下 K2 按键 返回主界面。
5. 整个系统实现了实时采集、智能识别、人机交互和收费管理的综合功能。

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2 系统电路设计

整个系统电路由以下部分组成：STM32F103C8T6 单片机最小系统电路、摄像头模块电路、TFT 液晶显示电路、按键电路、蜂鸣器电路和电源电路。

2.1 STM32F103C8T6 单片机核心电路

STM32F103C8T6 作为系统的核心控制单元，负责各模块之间的数据交互和逻辑运算。

• 主要功能：

  • 接收摄像头模块传输的图像数据；
  • 与车牌识别算法模块进行通信；
  • 驱动液晶显示屏输出实时画面与识别结果；
  • 管理按键与蜂鸣器逻辑，完成用户交互；
  • 存储和处理车牌及模拟收费信息。

• 特点：

  • 72MHz 主频，性能强大；
  • 具备丰富的 IO 接口，方便连接摄像头、液晶、按键等外设；
  • 内置 USART、SPI、I²C 等多种通信接口，扩展性好。

2.2 摄像头模块电路

摄像头模块用于采集车牌图像，是车牌识别的前端关键部分。

• 功能：

  • 拍摄车辆图像，确保清晰度可调；
  • 实时传输图像至单片机进行处理；

• 设计说明：

  • 模块焦距可通过旋钮调节，以保证车牌图像清晰；
  • 输出接口与 STM32 的 DCMI 或串口扩展通信模块相连。

2.3 TFT 液晶显示电路

TFT 液晶作为人机交互的主要窗口，用于显示摄像头实时画面、识别到的车牌号及收费信息。

• 显示内容：

  • 实时摄像头画面；
  • 红线辅助定位车牌位置；
  • 识别成功后的车牌号和停车费用信息。

• 设计接口：

  • 使用 FSMC 或 SPI 接口与 STM32 连接，确保数据传输速度满足实时显示需求。

2.4 按键输入电路

系统设置了两个功能按键：

• K1 按键：在未识别到车牌时，可查看历史已识别的车牌信息及模拟收费记录。
• K2 按键：在识别到车牌并显示结果后，按下 K2 返回主界面。

按键电路采用上拉电阻设计，低电平触发，并通过软件进行消抖处理。

2.5 蜂鸣器电路

蜂鸣器作为系统提示输出装置，提供声音反馈。

• 作用：

  • 当车牌被放置在红线位置并开始识别时，蜂鸣器短响一声“嘀”；
  • 提供额外的操作提示音，增强交互体验。

蜂鸣器通过 NPN 三极管驱动，由单片机 IO 口输出高低电平控制。

2.6 电源电路

系统整体由 5V 电源供电，通过 AMS1117 稳压芯片降压至 3.3V 提供给 STM32 和外围模块。液晶与摄像头根据模块需求提供稳定电源，确保系统可靠运行。

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3 程序设计

程序设计是系统的核心部分，涵盖了初始化、图像采集与处理、车牌识别逻辑、按键与蜂鸣器控制、LCD 显示和收费管理等环节。

3.1 系统初始化

初始化各硬件模块，包括 LCD、摄像头、蜂鸣器、按键和串口通信。

void System_Init(void) {LCD_Init();             // 液晶初始化Camera_Init();          // 摄像头初始化Beep_Init();            // 蜂鸣器初始化Key_Init();             // 按键初始化UART_Init(115200);      // 串口初始化
}

3.2 图像采集与车牌识别

摄像头采集图像，并传送至识别模块进行处理。当检测到车牌位于液晶中央红线区域时，蜂鸣器提示，随后进行车牌识别。

void Plate_Detect(void) {if (CarPlate_In_Position()) { Beep_On();                  // 蜂鸣器提示Delay_ms(100);Beep_Off();char plate[16];if (Recognize_Plate(plate)) {LCD_ShowString(0,0,"Plate:");LCD_ShowString(1,0,plate);Save_Record(plate);     // 保存识别结果与收费信息}}
}

3.3 按键控制逻辑

按键 K1 与 K2 的逻辑分别用于历史记录查看与返回主界面。

void Key_Scan(void) {if (Key1_Pressed()) {Show_History();             // 显示已识别车牌和计费信息}if (Key2_Pressed()) {LCD_Clear();                // 返回主界面LCD_ShowString(0,0,"Waiting...");}
}

3.4 收费管理逻辑

系统模拟停车场计费功能，每识别一辆车即计费一次。

int fee = 0;void Save_Record(char *plate) {fee += 5;   // 假设每次固定收费5元Store_Plate_Info(plate, fee);
}void Show_History(void) {LCD_Clear();LCD_ShowString(0,0,"History:");char record[32];Get_Last_Record(record);LCD_ShowString(1,0,record);
}

3.5 主循环设计

主循环执行图像采集、识别、按键处理等任务，保证系统实时性。

int main(void) {System_Init();LCD_ShowString(0,0,"Waiting...");while(1) {Plate_Detect();Key_Scan();}
}

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4 总结

本设计基于 STM32 单片机实现了车牌识别系统，涵盖了摄像头采集、LCD 显示、蜂鸣器提示、按键交互和收费管理等功能。系统在硬件上采用 STM32F103C8T6 作为核心，结合摄像头模块、LCD 屏、按键和蜂鸣器实现完整的人机交互；在软件上，通过合理的程序结构完成了图像识别、数据存储和界面切换等功能。

该系统不仅能够实时识别车辆车牌，还能模拟停车场的收费功能，并通过蜂鸣器和液晶显示提供良好的用户体验。整体设计思路清晰，功能模块化，便于扩展与升级，例如未来可结合无线通信模块，将车牌识别信息上传至云端，实现智能停车场的网络化管理。