一、设计背景与核心需求
在城市停车场管理中，传统人工值守模式存在效率低、计费易出错、车位利用率低等问题，难以满足车主快速停车与停车场智能化管理需求。基于STM32的智能RFID刷卡车位控制系统，借助STM32的高性能处理能力与RFID身份识别技术，可实现车位自动识别、闸机联动、车位状态监测与信息显示，契合毕设课设中“RFID通信+外设联动+智能管理”的教学目标。
本系统以STM32F103C8T6为核心，核心需求明确：采用RC522 RFID模块读取用户卡片信息（支持授权卡/临时卡区分）；实现2个车位的状态监测（红外传感器检测车辆有无）；授权卡刷卡后自动开启闸机（步进电机模拟），临时卡刷卡后提示缴费（模拟）；通过LCD12864显示车位占用情况、卡片类型与操作提示；具备异常报警功能（无效卡刷卡、车位满时闸机误触发），蜂鸣器与LED提示；适配Proteus仿真环境，硬件稳定、程序严谨，满足毕设课设对功能性与可靠性的考核。
二、系统总体架构设计
系统采用“识别-检测-控制-显示-报警”五层模块化架构，以STM32F103C8T6为核心，各模块通过GPIO、SPI等接口协同形成功能闭环。
识别层为RC522 RFID模块（通过SPI接口接PA5-PA7），负责读取RFID卡片的UID信息，区分授权卡与临时卡；检测层包含2组红外对管传感器（接PB0-PB1），安装于车位地面，检测车辆是否占用；控制层是核心，通过STM32处理RFID数据、分析车位状态，输出指令控制闸机步进电机（接PB8-PB11，驱动模块ULN2003）与缴费提示模块；显示层为LCD12864（通过I2C接口接PB12-PB13），实时展示车位编号、占用状态（空/满）、卡片类型（授权/临时）；报警层由蜂鸣器（接PC13）与红色LED（接PC14）组成，无效操作时触发声光提示；交互层设1个复位按键（接PC15），用于异常时重置系统状态。
三、核心模块设计与实现
（一）RFID识别与车位检测模块
RFID识别逻辑：STM32通过SPI通信初始化RC522模块，发送读卡指令后，模块读取卡片UID并传输至STM32。系统预设授权卡UID列表，STM32将读取的UID与列表比对，匹配则判定为授权卡，不匹配则为临时卡或无效卡。授权卡刷卡时，进一步检测是否有空闲车位；临时卡刷卡时，触发模拟缴费流程（LCD提示“Pay First”）。
车位检测模块：红外对管传感器发射端持续输出信号，车辆占用车位时遮挡光线，接收端输出低电平；无车辆时输出高电平。STM32每500ms采集一次传感器信号，存储于车位状态变量（0为空闲，1为占用），若2个车位均为1（满位），则无论何种卡片刷卡，均触发满位报警。
（二）闸机控制与显示报警模块
闸机控制逻辑：授权卡刷卡且存在空闲车位时，STM32向ULN2003驱动模块发送脉冲信号，控制步进电机正转（模拟闸机开启，转动90°），延时5秒后控制电机反转（闸机关闭）；若刷卡时无空闲车位，闸机不动作，蜂鸣器短鸣3次。临时卡完成模拟缴费后，触发相同闸机动作逻辑；无效卡刷卡时，仅蜂鸣器报警，无闸机动作。
显示与报警模块：LCD12864分区域显示信息，左侧显示2个车位状态（“车位1：空”/“车位1：满”），右侧显示卡片操作结果（“授权卡：闸机开启”/“无效卡：请重试”）；异常状态（满位、无效卡）时，红色LED闪烁，蜂鸣器按1秒间隔发声，直至操作结束或按下复位键。STM32通过定时器TIM2实现传感器采样周期控制，TIM3控制步进电机转动角度，确保动作精准。
四、系统调试与验证
系统仿真基于Proteus 8.15搭建，构建STM32最小系统，接入RC522模块、红外传感器、步进电机、LCD12864与报警器件，检查接线无误后调试。
功能测试中，授权卡刷卡且车位1空闲，闸机正常开启，LCD显示“授权卡：闸机开启”“车位1：满”；临时卡刷卡后完成模拟缴费，闸机同步动作；无效卡刷卡时，蜂鸣器与LED报警；2个车位均满时，授权卡刷卡也触发满位提示。稳定性测试连续模拟20次刷卡流程，包含授权卡、临时卡、无效卡场景，系统无识别错误、闸机误动作问题，显示更新及时。仿真结果表明，系统功能完整、逻辑严谨，符合毕设课设考核标准。
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