电子工业社版（2022）第三册4.2 模拟停车场自动收费系统的搭建与调试一等奖课件ppt

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1、信息意识：了解物联网应用系统对信息社会发展的作用,具有自主动手解决问题、掌握核心技术的意识。2、计算思维：学会运用计算思维解决停车场自动收费系统中的问题，包括数据采集、传输、处理、计算功能的实现等。3、数字化学习与创新：通过搭建和调试停车场自动收费系统，熟悉数字技术的应用，掌握数字化学习和创新的能力。4、信息社会责任：培养对信息社会的责任感和道德意识，关注数据安全和隐私保护等问题。
通过实地考察，马宁把自己的想法描述出来了，但他还不知道该如何具体实施，模拟停车场自动收费系统真的能做出来吗?一般来说，制作一个物联网应用系统的作品具体需要哪些步骤?我们在本节解决马宁的上述疑问，根据前面学习的物联网原理与知识，使用智能开发板、智能终端、传感器、执行器，模拟停车场自动收费系统的实现过程，并对系统进行调试。
本节我们自己动手，搭建一个简易的物联网应用系统并进行调试，通过搭建与调试作品，深入了解物联网应用中的数据采集、传输、处理与反馈过程。
1.收费系统应用场景：（1）根据停车场自动收费系统程序的具体应用场景，可以分为 RFID 射频卡初始化及充值部分和 RFID 感应收费部分，这两个部分对应的功能都能够在一个智能开发板上完成，最终通过按智能开发板上的 A、B 按键即可分别实现。
（2）首先实现 RFID 射频卡初始化及充值功能。将要识别的 RFID 射频卡置于智能开发板的 RFID感应区，当按下智能开发板的A键后，感应区扫描 RFID射频卡，并初始化 RFID 射频卡，同时给 RFID 射频卡的电子钱包充值。RFID 射频卡初始化及充值的程序如图 4.2.1 所示。
图 4.2.1 按下 A 键完成初始化及充值的程序
（3）然后实现 RFID 感应收费功能。它是停车场自动收费系统中实现物联网应用的主要环节。通过物联网，系统从RFID 射频卡的电子钱包中扣费,并将电子钱包中的余额信息发送到用户的手机上。
图 4.2.2 按下 B 键完成 RFID 感应扣费的程序
（4）一般地，物联网应用系统的程序可以分为传感器感知部分、数据传输部分、执行器控制部分与实验平台接收部分。下面我们进行设计与编写代码。RFID 感应收费的实现过程是:按下智能开发板的 B键，RFID 感应区实时扫描 RFID 射频卡，当感应到 RFID 射频卡时进行扣费，按照以上过程编写的程序与模拟运行后终端接收的消息如图4.2.2和图 4.2.3 所示。
图 4.2.3 终端接收的消息
（5）上面介绍的程序中还有许多不完善的地方，例如，应该设置当检测到车辆安全通过后再落下挡车闸杆的机制，又如，当 RFID 射频卡中的钱包有钱时，就不应初始化钱包了。请同学们按照前面叙述的系统应具备的功能，将想要制作的停车场自动收费系统的程序编写出来，并进一步完善。
1.在编写物联网应用系统的程序时，可以根据描述功能的流程图来编写实现各个功能的程序，如按下 B 键进行 RFID 感应扣费的程序，就是根据4.1 节的图 4.1.2 所示的 RFID 刷卡停车自动收费流程图编写的，编写程序时逻辑要合理，语法要正确。
1、数据库管理：引入数据库管理系统（DBMS）来存储和管理停车场数据，例如车辆信息、停车记录和收费记录等。通过使用SQL语言进行数据库操作，可以实现数据的快速检索、备份和恢复等功能。
2、前端开发技术：采用现代化的前端开发技术，如HTML、CSS和JavaScript，可以构建更美观、交互性更强的用户界面。还可以考虑使用前端框架和库，如React、Angular或Vue.js，以提高开发效率和用户体验。
1.编写模拟停车场自动收费系统的程序后，我们需要根据物联网应用需要实现的功能与实现方式的分解图来对各个模块进行连接。在模拟停车场自动收费系统中，模块的连接主要分为感知模块的连接与执行器的连接，感知模块主要使用 RFID 阅读器实现对 RFID 射频卡数据的采集，然后将数据通过 I2C 引脚传输到智能开发板中。将执行器连接到智能开发板的 PO 引脚上，当接收到智能开发板的命令时，执行相应的动作。图 4.2.4 为模拟停车场自动收费系统各模块的连接示意图。
图 4.2.4 模拟停车场自动收费系统中各模块连接示意图
1.智能开发板上有若干个实现输入输出数字量和模拟量的引脚(见图4.2.5 的左图)，2 个连接直流电机的引脚(M1、M2)，还有 2 个连接集成电路的 I2C 引脚。在连接传感器与智能开发板时，可以利用程序指令中的提示选择对应的引脚号，如图 4.2.5 的右图所示。
图 4.2.5 引脚连接类型及指令中选择引脚的提示
1、无线通信技术：应用无线通信技术，如Wi-Fi、蓝牙、LRaWAN或NB-IT等，实现停车场设备和服务器之间的远程通信。这样可以消除有线网络的限制，并方便地扩展系统的覆盖范围。
2、车辆识别和认证：结合车牌识别技术、RFID标签或车载传感器等，对进入停车场的车辆进行身份识别和认证。这样可以确保只有授权的车辆才能使用停车场，并提供更精确的计费和管理。
活动3 系统运行与调试
1.连接好各个模块后，需要将程序指令刷入智能开发板，然后运行程序，测试系统的效果。例如，在模拟停车场自动收费系统中，我们通过读取 RFID 射频卡的信息，来实现收费、收费信息的传输与挡车闸杆的升降。在进行系统测试时，就需要检查刷卡后智能终端显示的余额是否正确，挡车闸杆是否实现了正常升降。对系统的测试可以分为两个部分，程序功能调试与硬件模块测试。
2.在进行程序功能调试时，需要注意程序是否完整、是否存在逻辑错误.是否能够实现系统的既定功能，发现程序出现报错信息时，应检查程序中是否有语法错误，是否出现指令缺失。例如，在编写按下 B 键实现 RFID感应收费的程序时，用蓝牙发送消息要注意数据的类型转换，即需要将其他的数据类型转换为蓝牙可发送的字节数据，如图 4.2.6 所示。
图 4.2.6 数据类型的转换
3.在进行硬件模块测试时，需要通过运行效果来检查系统功能是否能正常实现。如果出现错误，可以从硬件的连接与硬件设备故障两方面来进行测试与纠正。首先，检查硬件连接是否正确，每条引脚线是否一一对应;检查电源中的电量是否充足，用数据线连接电源，检查程序能否正常运行其次，检查硬件设备是否出现故障，例如按下 A 键无法实现相应效果时可以用智能开发板连接 RFID 阅读器，编写采集 RFID 射频卡信息的程序将阅读器返回的数据打印(在控制台显示)出来，检查能否正常采集与反馈数据，如图4.2.7 所示。
图 4.2.7 检查能否正常采集与反馈数据
完成模拟停车场自动收费系统的具体操作流程如下:将程序刷入智能开发板后，控制台会显示“刷入成功”的信息，打开手机蓝牙 App，找到名称为“RFID”(名称可以在程序指令中自己设定)的蓝牙设备，将该设备与智能手机连接，连接成功后会在 App 顶端显示“连接成功”的信息。将RFID 射频卡靠近 RFID 感应区,首先按下 A 键给 RFID 射频卡初始化并充值，然后按下B 键进行 RFID 感应收费及向智能手机发送数据，此时控制台会显示蓝牙连接成功的信息，接着就可以在智能手机上收到反馈的余额信息了。
模拟停车场自动收费系统制作与调试1.各小组根据本项目要完成的系统的功能，编写程序并连接各个模块。2.小组成员进行分工合作，对系统的功能进行测试。3.根据测试结果思考并尝试对系统的功能进行优化4.再次完成系统测试，并把结果填写在表 4.2.1中。
表 4.2.1 模拟停车场自动收费系统测试表
1、日志记录与分析：实现系统的日志记录功能，将关键事件、错误和异常信息等记录到日志文件中。通过分析日志，可以追踪问题、监测系统运行状况，并进行故障排查和性能优化。
2、调试工具与技术：使用调试工具和技术来定位和解决系统中的问题。例如，在开发环境中使用调试器进行代码单步调试，或者使用性能分析工具来检测系统的瓶颈并进行性能调优。
1.物联网应用系统制作过程一般包括哪6类？
（1）需求分析与定义 （2）系统设计与架构（3）开发与编码 （4）测试与验证 （5）部署与上线 （6）运维与优化
2.完成模拟停车场自动收费系统的基础功能后，以小组为单位进行讨论，从实际需求出发，对系统设计进行拓展。例如，当前系统的停车收费方式为按次收费，而真实场景中通常是按时收费的，请同学们尝试修改程序，完成实现按时收费的模拟停车场自动收费系统，要实现按时收费，需要用到如图 4.2.8 所示的编程软件中关于时间的模块。
图 4.2.8 编程软件中的时间模块
模拟停车场自动收费系统的搭建与调试需要明确停车场自动收费系统的功能和要求，包括收费标准、计费方式、停车位管理等方面的需求。在搭建完成后，对系统进行全面的测试和调试，验证系统的正常运行。测试包括模拟车辆进入和离开停车场，验证计费准确性等。根据实际情况对系统进行优化，提高可靠性和性能。
问：如何提高模拟停车场自动收费系统的性能和可靠性？
答：（1）硬件设备优化 （2）数据处理与算法优化（3）网络通信与数据传输优化 （4）异常处理与容错机制（5）安全与隐私保护 （6）实时监控与维护（7）用户反馈与改进