代码收藏家技术教程 2025-03-06

单片机设计系列4——低成本物联网硬件ESP8266 D1mini的应用（自助停车场项目实践部分）

简介说明

承接上文单片机设计3（视觉部分），本文接着来写自助停车场项目的主控部分。主控采用的是低成本物联网开发硬件——ESP8266单片机。在设计3中完成对车牌的视觉识别之后，接下来将得到的数据串口传输给主控，来完成这个项目的剩余部分功能。

单片机设计系列3——视觉模块MaixCAM项目之车牌识别-CSDN博客https://blog.csdn.net/2301_81315771/article/details/145464249?spm=1001.2014.3001.5501https://blog.csdn.net/2301_81315771/article/details/145464249?spm=1001.2014.3001.5501

芯片介绍

ESP8266 D1mini是一款基于ESP8266芯片的开源硬件开发板，上图是引脚分配以及尺寸标准。

基本特性

芯片与架构：采用乐鑫科技的ESP8266芯片，这是一款超低功耗的UART-WiFi透传模块，内置Tensilica L106超低功耗32位微型MCU，主频支持80MHz和160MHz。

存储与内存：通常配备4M字节的闪存，部分版本如D1 Mini V3则配备了16M字节的闪存，具备较大的存储空间用于程序和数据的存储。

工作电压：工作电压为3.3V，使用Micro-B type USB线进行连接。

功能特点

通信能力：支持802.11 b/g/n协议，WiFi @ 2.4 GHz，支持WPA/WPA2安全模式，内置TCP/IP协议栈，可轻松实现设备的无线网络连接。

多种工作模式：支持STA/AP/STA+AP工作模式，还支持Smart Config功能（包括Android和iOS设备），方便设备的无线配置。

丰富接口：包含11个数字IO引脚以及1个模拟输入引脚，除了D0口其他口都支持interrupt/PWM/I2C/one-wire等功能。

低功耗设计：深度睡眠保持电流为10uA，关断电流小于5uA，2ms之内唤醒、连接并传递数据包，待机状态消耗功率小于1.0mW。

开发环境与编程支持

兼容Arduino IDE：可以使用Arduino IDE对其进行开发，开发者可以通过简单的配置在Arduino IDE中选择相应的开发板进行编程。

支持MicroPython：除了Arduino IDE，D1mini还支持MicroPython编程语言，为开发者提供了更多的选择。

应用场景

物联网项目：由于其具备WiFi功能和易于开发的特点，广泛应用于各种物联网项目中，如智能家居设备、可穿戴设备、传感器网络等。

教育与学习：作为一款低成本且功能丰富的开发板，非常适合电子爱好者和学生进行学习和实验，帮助他们快速上手物联网开发。

功能实现

项目介绍

本设计采用ESP8266 D1mini开发板作为核心主控，以LicheeRV Nano（见上一篇博客）开发板作为视觉方案，构造了一个成本极低、识别准确、功能强大的电子停车场自助管理系统。本设计采用合理的PCB板设计，实现以下功能：

当车牌号出现在摄像头前时，系统自动识别车牌号，并发送给主控芯片，主控芯片控制LED灯亮起、起落杆打开、蜂鸣器发声、OLED屏幕显示来车信息，并显示“欢迎到来”。
即刻将车牌信息上传到网页，记录“存在”状态并开始实时计时（计费），当车辆进入停车场车位（PCB板指定位置）后，触发红外感应装置，对应车位的指示灯亮起，表示此处已有车辆。
当同样的车牌再次出现在摄像头时，OLED显示对应车牌号以及“下次再见”，起落杆抬起，网页上更新车辆状态为“离开”。

本设计了实现一个低成本的停车场自助管理系统，功能丰富稳定可靠。

代码设计

对ESP8266 D1mini的程序要求如下：

通过串口接收车牌号信息。
记录车牌的进入和离开时间。
显示停车时长和状态。
通过Web服务器提供实时数据和HTML界面展示。

代码构建

第一步，连接WIFI：

#include <ESP8266WiFi.h>

const char* ssid = "WIFI_SSID";
const char* password = "PASSWORD";

WiFi.begin(ssid, password);
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
  delay(1000);
  Serial.println("Connecting to WiFi...");
}
Serial.println("WiFi connected");
Serial.println("IP address: " + WiFi.localIP().toString());

使用ESP8266WiFi库连接WiFi。
连接到指定的WiFi网络（SSID和密码）。
如果连接失败，程序会在控制台输出连接提示。
连接成功后，打印本地IP地址。

第二步，创建Web服务器：

#include <ESP8266WebServer.h>
ESP8266WebServer server(80);

server.on("/", handleRoot);
server.on("/data", handleData);
server.begin();

使用ESP8266WebServer库创建一个Web服务器，监听端口80。
定义两个路由：
1. /：返回一个包含车牌记录的HTML页面。
2. /data：返回一个JSON格式的实时数据接口。
启动Web服务器。

第三步，OLED显示：

#include <U8g2lib.h>
U8G2_SSD1306_128X64_NONAME_F_HW_I2C u8g2(U8G2_R0, /* reset=*/ U8X8_PIN_NONE);

使用U8g2lib库控制一个I2C接口的OLED屏幕（SSD1306型号）。
初始化OLED屏幕，设置分辨率为128×64。
显示以下内容：
1. 欢迎信息（10秒后切换为停车数）。
2. 车牌号（当有车牌进入或离开时）。

第四步，车牌记录管理：

struct PlateRecord {
  String plateNumber;
  unsigned long startTime;
  unsigned long duration;
  bool isActive;
};
PlateRecord records[MAX_RECORDS];
int recordCount = 0;

使用一个结构体PlateRecord存储车牌信息，包括：
1. 车牌号（plateNumber）。
2. 开始时间（startTime）。
3. 持续时间（duration）。
4. 是否处于活动状态（isActive）。
最大记录数为10（MAX_RECORDS）。
使用一个数组records存储所有车牌记录，recordCount记录当前已存储的记录数。

第五步，LED灯控制：

const int ledPin = 2;
pinMode(ledPin, OUTPUT);
digitalWrite(ledPin, HIGH);
delay(1000);
digitalWrite(ledPin, LOW);

使用GPIO2（D4）控制LED灯。
当有车牌记录添加或更新时，LED灯会亮起1秒。

第六步，数据处理：

void handlePlate(String plateNumber) {
  int index = findPlateIndex(plateNumber);
  
  if (index == -1) {
    // 添加新记录
    records[recordCount].plateNumber = plateNumber;
    records[recordCount].startTime = millis();
    records[recordCount].duration = 0;
    records[recordCount].isActive = true;
    recordCount++;
    
    showWelcomeMessage(plateNumber);
  } else {
    // 更新现有记录
    if (records[index].isActive) {
      // 车牌离开
      records[index].duration = millis() - records[index].startTime;
      records[index].isActive = false;
      
      showGoodbyeMessage(plateNumber);
    } else {
      // 车牌重新进入
      records[index].startTime = millis();
      records[index].isActive = true;
      
      showWelcomeMessage(plateNumber);
    }
  }
}

当通过串口接收到车牌号时，调用handlePlate()函数。
检查车牌是否已存在：
1. 如果不存在，添加新记录。
2. 如果存在，根据当前状态（isActive）更新记录：
  1. 如果是活动状态，标记为离开并记录时长。
  2. 如果是非活动状态，重新启动计时。

第七步，OLED显示更新：

void showWelcomeMessage(String plateNumber) {
  u8g2.clearBuffer();
  u8g2.setFont(u8g2_font_wqy16_t_gb2312);
  u8g2.drawUTF8(0, 16, "欢迎到来！");
  u8g2.drawUTF8(0, 32, plateNumber.c_str());
  u8g2.sendBuffer();
}

void showGoodbyeMessage(String plateNumber) {
  u8g2.clearBuffer();
  u8g2.setFont(u8g2_font_wqy16_t_gb2312);
  u8g2.drawUTF8(0, 16, "下次再见！");
  u8g2.drawUTF8(0, 32, plateNumber.c_str());
  u8g2.sendBuffer();
}

显示欢迎信息或再见信息，包含车牌号。
使用中文字体（u8g2_font_wqy16_t_gb2312）在OLED屏幕上显示文本。

第八步，计时更新：

void updateTimers() {
  for (int i = 0; i < recordCount; i++) {
    if (records[i].isActive) {
      records[i].duration = millis() - records[i].startTime;
    }
  }
}

每次循环时，更新所有活动记录的持续时间（保证网页的计时时长实时更新）。

第九步，Web界面生成：

void handleRoot() {
  // 生成HTML页面
  server.send(200, "text/html; charset=UTF-8", html);
}

当访问路径/data时，返回一个JSON格式的实时数据。
JSON数据包含所有车牌记录的车牌号、时长和状态。

第十步，数据接口：

void handleData() {
  // 创建JSON数据
  server.send(200, "application/json", jsonResponse);
}

当访问路径/data时，返回一个JSON格式的实时数据。
JSON数据包含所有车牌记录的车牌号、时长和状态。

依赖库

ESP8266WiFi：用于WiFi连接。
ESP8266WebServer：用于Web服务器。
ArduinoJson：用于处理JSON数据。
U8g2lib：用于控制OLED屏幕。

TIPS

ESP8266/ESP32设备均只支持2.4GHz频段的WIFI连接，如果手机使用热点连接，会优先使用5Ghz频段的WIFI，如果出现ESP设备WIFI连接超时或者连接失败的情况，请尝试更换频段或者更换热点设备。

项目创新点/关键技术指标

1.车牌识别数据准确快速，识别置信度高。本设计在低成本单片机LicheeRV Nano上部署了AI视觉模型，实现高帧率稳定OCR文字识别，并以正则化表达式筛选正确的车牌格式传输到主控。

2.网页信息可视化服务。本系统可以实时展示停车场数据并在网页显示，包括停车数量、车牌号，以及实时停车时间计时，简单高效。

3.极低成本以及高片上资源利用率。主控采用成本不到10元的D1 mini芯片，既能驱动GPIO，也能实现串口通信，还能实现网页服务器建设，整块主控的内存利用率和引脚利用几乎极致。同时，视觉模块LicheeRV Nano单片机的成本也仅有59元，便能高效稳定地运行车牌视觉识别模型。

其他

本项目目前还在半成品阶段，还差最后的装配和应用环节，预计将在25.3前完成，届时整个项目的成果我会发在CSDN上，具体的EDA文件（PCB）、ESP8266代码、MaixCAM代码，整个项目的文件材料我也会分享，有需要可以联系作者邮箱lingui_fzu@qq.com。

本设计非常适合新手接触完整的项目，整体结构简单，适合零基础或有初步认识的同学学习制作。

作者：南檐巷上学

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