基于STM32的智慧停车场管理系统
摘 要
城市机动车保有量持续攀升之后，校园、园区和小型商业停车场最常见的问题并不是单纯车位不足，而是剩余车位不透明、入出库效率偏低、收费环节依赖人工，以及局部拥堵容易在短时间内被放大。对中小体量停车场来说，直接建设复杂平台成本偏高，因此，围绕单片机实现一套轻量、可视、可计费的停车管理装置具有较强现实意义。
本文结合三车位场景，设计了一套以STM32为核心的智慧停车管理装置。装置由OLED显示、DS1302时钟、RC522刷卡识别、车位检测、步进电机道闸、蜂鸣提示、车位引导灯和ESP8266通信等部分组成。程序运行过程中，装置实时显示日期时间与剩余车位，依据车位检测结果更新占用状态；当用户刷卡后，装置完成身份核验、入库或出库判断、道闸联动、停车时长计算以及金额显示，并将关键信息上传至手机端。
调试结果表明，该装置能够完成IC卡注册与删除、剩余车位统计、入库时间记录、出库计时计费、异常卡报警和移动端数据同步等功能，具有结构清楚、交互直接、成本较低的特点。对于小型停车场、教学演示平台或嵌入式课程设计场景而言，这类方案具备较好的可实现性，也为后续接入车牌识别、云端管理和更精细的收费逻辑提供了基础。
关键词：智慧停车；IC刷卡；车位引导；计时计费
Abstract
With the continuous increase in urban vehicle ownership, the most common problems in school, industrial park, and small commercial parking lots are not simply a shortage of parking spaces, but rather a lack of transparency regarding available spaces, low entry and exit efficiency, reliance on manual payment, and the tendency for localized congestion to escalate rapidly. For small and medium-sized parking lots, building a complex platform directly is too costly. Therefore, implementing a lightweight, visual, and billing-enabled parking management device based on a microcontroller is of significant practical importance.
This paper designs a smart parking management device based on an STM32 microcontroller, specifically for a three-car parking scenario. The device consists of an OLED display, a DS1302 clock, an RC522 card reader, parking space detection, a stepper motor barrier, a buzzer, parking guidance lights, and an ESP8266 communication module. During operation, the device displays the date, time, and available parking spaces in real time, updating occupancy status based on parking space detection results. When a user swipes their card, the device verifies identity, determines entry or exit, activates the barrier, calculates parking duration, displays the amount, and uploads key information to a mobile device.
Debugging results show that the device can complete functions such as IC card registration and deletion, remaining parking space statistics, entry time recording, exit time and billing, abnormal card alarm, and mobile terminal data synchronization. It features a clear structure, direct interaction, and low cost. For small parking lots, teaching demonstration platforms, or embedded course design scenarios, this type of solution has good feasibility and provides a foundation for subsequent integration with license plate recognition, cloud management, and more refined charging logic.
Keywords：Smart parking; IC card payment; Parking guidance; Time-based billing
目 录
摘 要............................................................................................................................ I
Abstract.......................................................................................................................... II
第1章 绪论.................................................................................................................. 5
1.1 研究背景......................................................................................................... 5
1.2 研究意义......................................................................................................... 5
1.3 国内外研究现状............................................................................................. 6
1.3.1 国内研究现状...................................................................................... 6
1.3.2 国外研究现状...................................................................................... 6
1.4 本文结构安排................................................................................................. 7
第2章 系统总体设计.................................................................................................. 9
2.1 功能设计......................................................................................................... 9
2.2 设计架构....................................................................................................... 10
第3章 系统硬件设计................................................................................................ 11
3.1 STM32单片机最小系统............................................................................... 11
3.1.1 单片机芯片........................................................................................ 11
3.1.2 晶振电路............................................................................................ 11
3.1.3 复位电路............................................................................................ 12
3.2 OLED显示屏模块电路设计........................................................................ 12
3.3 DS1302时钟模块电路设计.......................................................................... 13
3.4 ESP8266 WIFI模块电路设计...................................................................... 14
3.5 RCC522 RFID模块电路设计....................................................................... 15
3.6 红外传感器模块电路设计........................................................................... 16
3.7 步进电机驱动模块电路设计....................................................................... 17
3.8 按键模块电路设计....................................................................................... 17
第4章 系统软件设计................................................................................................ 19
4.1 整体工作流程............................................................................................... 19
4.2 OLED显示软件设计.................................................................................... 20
4.3 实时时钟软件设计....................................................................................... 21
4.4 云平台通信软件设计................................................................................... 22
4.5 RFID射频识别程序流程.............................................................................. 24
4.6 剩余车位检测软件设计............................................................................... 25
4.7 步进电机转动软件设计............................................................................... 26
4.2 按键控制软件设计......................................................................................... 1
第5章 系统功能调试.................................................................................................. 2
5.1 车位状态显示调试......................................................................................... 2
5.2 IC卡注册与删除功能调试............................................................................. 2
5.3 入库刷卡与车位引导调试............................................................................. 2
5.4 出库计费功能调试......................................................................................... 3
5.5 无效卡与满位报警调试................................................................................. 3
5.6 手机端数据上传调试..................................................................................... 3
第6章 总结与展望...................................................................................................... 5
6.1 总结................................................................................................................. 5
6.2 展望................................................................................................................. 5
致谢................................................................................................................................ 6
参考文献........................................................................................................................ 7
附录1 原理图............................................................................................................... 9
附录2 源代码............................................................................................................. 10
第1章 绪论
1.1 研究背景
停车问题如今已经从单一的供给不足，逐渐演变为供给与管理同时失衡。很多场地并非一点空位都没有，而是车主在入口处无法及时知道哪儿有位、何时能出、是否需要排队，于是车辆在场内反复绕行，局部拥堵反而比车位紧缺本身更先出现。对于体量不大的停车区域，这种低效更明显，因为人工值守往往无法做到持续、精确和同步更新。
智慧停车概念出现后，大型场景开始引入平台化调度、视频识别和联网支付，但中小型停车场并不总适合直接照搬重平台模式[1]。一方面，部署成本和维护成本较高；另一方面，许多场景只需要把进出识别、余位提示、车位引导和计费结算这些核心功能先做扎实，就已经能明显改善管理体验。也正因此，基于单片机的小型停车装置始终具有稳定的教学价值和应用价值。
从技术条件看，低成本主控芯片、OLED显示、RFID识别、红外或地磁检测、步进电机驱动以及无线通信模块都已较为成熟，将其整合为一套结构紧凑的停车管理装置，既方便展示停车流程的关键节点，也便于后续逐步扩展到更复杂场景[2]。
1.2 研究意义
研究基于STM32的智慧停车装置，首先有利于把停车管理中的几个核心矛盾拆开处理。车主最关心的是能否快速进场、知道剩余车位和停车费用，管理者则更关注车辆身份、出入记录、收费准确性和设备联动是否可靠[3]。用单片机搭建基础管理装置，可以把这些需求落到清晰的模块中，便于逐项验证，也便于后续维护。它不依赖复杂服务器集群，硬件构成相对直观，功能重点集中在刷卡识别、余位显示、车位引导、进出控制和计时结算等环节，适合作为实际项目的简化原型，也适合作为嵌入式课程中把传感、显示、存储、通信与执行机构综合起来的训练载体[4]。
当前完成的是三车位、IC卡和本地计时计费的实现，但其设计思想可以继续延伸到更多车位、更复杂收费规则、手机端可视化甚至车牌识别联动。换句话说，这不是一套封闭演示装置，而是一个便于继续生长的基础框架。
1.3 国内外研究现状
1.3.1 国内研究现状
国内智慧停车研究呈现出两条并行路线，一条偏平台化，强调停车数据汇聚、云端调度和运营管理；另一条偏装置化，重点落在车位锁、车位检测、入口识别、计费与车位引导等可直接部署的硬件终端。近两年文章里比较明显的变化，是从只谈概念转向更关注具体实现路径，尤其强调低成本感知、信息同步和无人值守能力。侯静云等人提出基于窄带物联网的智能车位锁管理系统，以STM32为控制核心，结合三轴地磁传感器、蓝牙和App交互完成车位占用检测与预约开锁[5]。该研究说明国内在小型停车管理方向上，已经很重视感知端和移动端协同，而不只讨论管理平台本身。罗忠亮等人设计了基于云服务器的智能车位锁装置，采用STM32F103RCT6为主控，并加入4G通信、微信小程序、自动计费和在线支付功能，测试结果覆盖车位感知、出入管理和费用结算多个环节[6]。这类工作更接近真实停车业务，强调从车位端到用户端的数据贯通。陈诗蔚在智慧停车停车位人工智能检测系统研究中，把图像处理与人工智能结合起来，用于实时反映停车位占用状态并输出提示信息[7]。这一思路说明国内停车研究正在从传感器单点检测逐步扩展到视觉识别辅助判断，停车位是否可用不再只靠触发式硬件信号。蒋海燕则从管理架构入手，提出基于区块链的智能停车系统，给出应用层、服务层、数据层、网络层和物理层的分层结构，并通过测试验证其功能完整性[8]。这一研究虽偏平台设计，但折射出国内停车管理已经开始考虑数据可信、交互流程和平台结构的规范化问题。
整体而言，国内研究已经覆盖感知、控制、平台和交互多个层面，不过也存在一些不足：其一，不少工作偏重单一模块，真正把余位显示、入口控制、计费、移动端同步做成闭环的案例仍不算多；其二，小规模场景下的低成本实现经验虽然不少，但标准化表达较弱；其三，异常状态处理，如无效卡、车位满载、设备联动失败等细节验证还不够充分。后续发展大概率会继续向多模块闭环、低成本部署和场景细化三方面推进。
1.3.2 国外研究现状
国外智慧停车研究更强调实时感知、停车资源预测和网络化协同，常见路线包括RFID识别、红外检测、摄像头识别、IoT数据库联动以及雾计算、边缘计算架构等。与国内相比，国外论文在停车搜索时间缩短、环境影响下降和用户体验改善这些指标上的讨论往往更直接，评价维度也更偏应用效果。
Elfaki等人在2023年提出实时停车控制与监测方案，围绕车位利用率、支付灵活性和安全防护展开设计，将智能停车视为缓解拥堵与降低碳排放的具体工具[9]。该研究的特点是把停车控制与监测统一讨论，说明国外并不把入口管理和场内信息视作割裂问题。Alsafar等人在2024年构建基于IoT的停车管理方案，采用红外传感器与Firebase实时数据库，并在入口显示屏上直接提示最近可用车位[10]。这种设计与中小型停车场需求颇为接近，强调的是低成本传感、状态即时刷新以及引导信息直达用户。Koya等人同样在2024年围绕RFID停车管理展开研究，使用RFID、IR传感器、舵机和显示终端完成车辆识别、余位指示和计费过程[11]。这一类工作与嵌入式装置路线高度一致，说明国外在教学和小型应用领域也重视可实现性强的组合式硬件方案。Ala’anzy等人在2025年提出基于IoT与雾计算的实时停车管理方法，并结合SDU University Park的实际案例验证其在高峰时段的有效性[12]。这个组织案例显示，国外研究正在把多层网络架构与真实停车场验证结合起来，力图解决更接近城市级应用的响应效率问题。
不过，国外研究也并非没有局限。很多方案在架构上较完整，但针对小型离线场景的实现细节反而写得不够细；另一些论文强调预测与网络层设计，却弱化了本地显示、异常告警和入口执行机构这些看似朴素却很关键的环节。未来趋势仍会继续朝边缘感知、低时延协同、多源数据融合以及更细致的现场验证发展。
1.4 本文结构安排
本次设计围绕智慧停车场管理这一应用背景展开，以STM32单片机为核心控制单元，结合刷卡识别、车位检测、时间计费与道闸控制等功能，对停车场车辆进出管理流程进行整理与实现，通过软硬件配合来完成车位状态更新、费用计算与通行控制等内容，从而形成一套具备基础管理能力的嵌入式停车系统。
第一章 绪论从停车管理需求的实际情况入手，对相关背景进行梳理，并对当前常见的停车管理方式进行简要分析，在此基础上引出本次设计的研究方向与主要内容，同时对后续章节安排做出说明。
第二章 系统总体设计对系统整体结构进行划分，对各个功能模块之间的关系进行整理，并给出系统的基本工作流程，对刷卡识别、车位检测以及控制执行之间的协同关系进行说明。
第三章 系统硬件设计章围绕系统所使用的各类硬件模块展开，对STM32单片机最小系统、电源电路、RC522模块、显示模块以及驱动模块等内容进行具体设计与连接关系说明。
第四章 系统软件设计对系统程序结构进行梳理，对主程序流程以及各个功能子程序的实现过程进行描述，包括按键处理、车位检测、刷卡识别和计费逻辑等内容。
第五章 系统功能调试结合实际运行过程，对系统各项功能进行调试记录，通过对车辆进出、车位变化以及计费过程进行观察，对系统运行效果进行整理与分析。
第六章 总结与展望对本次设计完成的内容进行归纳，对系统运行情况进行简单评价，同时对后续可以改进的方向进行说明，为进一步完善系统提供思路。
第2章 系统总体设计
2.1 功能设计
本设计围绕停车场出入口管理与车位调度来展开，系统以STM32单片机为核心，对刷卡识别、车位检测、时间记录、费用计算以及道闸控制进行统一处理，通过多模块协同配合，可以完成车辆进出判定、车位引导以及状态显示等功能，同时结合红外检测与时间计费机制，形成一套具备基础管理能力的智慧停车场控制系统。
（1）车辆刷卡进出管理功能
系统通过RC522模块完成车辆进场与离场的刷卡识别，单片机在读取卡片信息后进行合法性判断，并记录车辆入场时间，在出场时再次读取卡片信息进行匹配，通过这一过程可以完成车辆身份识别与进出控制，同时保证同一车辆数据记录的一致性。
（2）车位检测与剩余车位统计功能
系统围绕三个车位进行设计，通过红外检测信号判断车位占用状态，并实时更新车位使用情况，单片机根据各车位状态进行汇总计算，可以得到当前剩余车位数量，并将结果输出到显示模块，用来反映停车场实时使用情况。
（3）车位引导指示功能
当系统检测到存在空余车位时，会根据预设规则点亮对应车位的引导LED灯，通过灯光提示车辆驶向可用车位，车辆进入并占位后关闭对应指示灯，这一过程可以减少车辆在场内无序寻找车位的情况，提高停车效率。
（4）停车计时与费用计算功能
系统通过DS1302时钟模块获取实时时间，在车辆进场时记录起始时间，在出场时读取当前时间并计算停车时长，根据设定的计费规则进行费用换算，同时将停车时长与扣费金额进行整理输出，用来完成基本的计费处理过程。
（5）道闸控制功能
系统在车辆满足进场或出场条件时，输出控制信号驱动ULN2003模块，进而带动步进电机转动，通过设定步进角度来实现道闸抬杆与落杆动作，控制车辆通行状态，在非允许状态下保持道闸关闭，从而起到通道管理作用。
（6）充电枪归位检测约束功能
系统通过红外传感器对充电枪状态进行检测，在车辆出场前对归位状态进行判断，只有检测到充电枪已经放回后才允许执行出场流程，这一限制可以约束车辆规范使用充电设备，避免设备未归位直接离场的情况出现。
（7）信息显示与人机交互功能
系统通过OLED显示模块输出当前时间、剩余车位数量、车辆进出状态以及费用信息，同时结合按键输入实现参数设置与状态调整，通过显示与输入配合，可以完成基本的人机交互过程，便于现场使用与调试。。
2.2 设计架构
该停车装置由STM32主控模块、OLED显示模块、DS1302时钟模块、RC522刷卡识别模块、车位检测模块、车位引导灯模块、步进电机驱动模块、蜂鸣器提示模块、ESP8266无线通信模块以及按键设置模块组成。STM32负责协调各模块时序；DS1302提供日期时间基础；OLED显示年、月、日、时、分、秒、星期、余位与收费信息；RC522识别车辆对应IC卡；三个车位检测点负责反馈停车状态；引导灯提示可停放位置；步进电机模拟道闸抬杆与落杆；蜂鸣器给出开门、关门和异常提示音；ESP8266完成数据上传；按键则用于进入注册、删除或时间设置等模式。总体设计框架如图2-1所示。
图2-1 总体设计框架