硬件编程 · 停车位占用监测 · 2026-07-11

——基于 ESP32 和超声波传感器的低成本社区车库方案

需求洞察

目标用户：社区物业、小型车队车库、共享办公停车场管理员，以及希望 DIY 智能车库的爱好者。

真实痛点：

1. 老旧社区或小车库没有车位引导系统，车主绕圈找位，浪费时间和燃油。
2. 物业缺乏实时数据，无法统计车位使用率、合理分配资源。
3. 市售地磁或视觉方案安装贵、施工复杂，不符合小预算改造需求。

为什么值得做：

用一个 30 元出头的节点就能完成一个车位的数字化，数据可直接进云平台。该方案门槛极低，可快速复制到多个车位，形成低成本物联网停车网络，兼具实用性与教学价值。

方案设计

感知层

• HC-SR04 超声波模块发射 40kHz 脉冲，测量模块到车底或地面的距离。
• 安装高度固定（如车库顶或侧面支架），设定阈值区分“有车”与“无车”。

控制层

• ESP32 作为主控，负责触发测距、处理回波信号、判断占用状态。
• 根据距离数据执行消抖和滤波，避免飞鸟或行人误判。
• 利用 ESP32 的 Deep‑sleep 和 RTC 定时器唤醒，每 30 秒唤醒一次进行测量，其余时间芯片处于睡眠状态，显著降低功耗。

执行层

• GPIO2 驱动一颗 LED，有车时常亮或闪烁，无车时熄灭，便于现场巡检。
• 可扩展继电器或警示灯，但本方案以成本优先仅用 LED 指示。

日志/联网层

• ESP32 连接 2.4GHz Wi‑Fi，通过 MQTT 协议上报 JSON 格式数据到本地或云 Broker。
• 上报内容：车位 ID、占用状态、距离值、信号强度、电池电压（若有）。
• 支持 TLS 加密（可选），保证传输安全。
• 服务端可结合 Node‑RED 或 Home Assistant 可视化，也可推送到微信/钉钉通知。

物料清单

物料总成本约 26 元，满足 35 元预算要求。如需更稳定安装可增加扎带和亚克力支架，仍在预算内。

接线与结构

按照项目给定的 GPIO 进行接线（同时结合超声波模块典型工作模式）：

• HC-SR04 VCC → ESP32 5V 或 3V3（部分模块支持 3.3V，此处使用 5V 供电以获得更稳定回波，ESP32 5V 引脚由 USB 供电）
• HC-SR04 GND → ESP32 GND
• HC-SR04 Trig → ESP32 GPIO5（输出触发脉冲）
• HC-SR04 Echo → ESP32 GPIO18（输入回波脉宽）
• LED 正极（长脚） 串联 220Ω 电阻 → ESP32 GPIO2
• LED 负极 → ESP32 GND

微调说明：原接线指定 Trig=5, Echo=18, LED=2。此安排完全符合 ESP32 的 GPIO 功能，且 5 与 18 均非启动引脚，不会影响下载模式。GPIO2 内部有弱上拉，但此处输出高电平点亮 LED，亦无冲突。超声波模块的 Echo 引脚必须接输入捕获脚，GPIO18 为输入模式。若需要增加硬件中断可选用其他引脚，但 Echo 仅通过 pulseIn() 测量已足够，不强制使用中断编号，因此保持原方案不变。

结构思路：将超声波模块倒装于车位正上方或侧面高处，探测波束垂直向下或斜向照射。探测区域避开墙角等固定障碍物，保证无车时返回地面距离，有车时返回车顶或车底距离。开发板和面包板可封装在防水接线盒内固定于横梁。

核心代码

#include <WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>
#include "esp_sleep.h"

// WiFi & MQTT 配置
const char* ssid = "Your_SSID";
const char* password = "Your_PASS";
const char* mqtt_server = "192.168.1.100";
const int mqtt_port = 1883;
const char* topic = "parking/spot1";
const char* clientId = "ESP32_Parking1";

// 引脚定义
#define TRIG_PIN 5
#define ECHO_PIN 18
#define LED_PIN  2

// 距离阈值（厘米），小于此值认为有车
#define THRESHOLD_DIST 30.0

// 唤醒间隔（秒）
#define SLEEP_DURATION_SEC 30

WiFiClient espClient;

float readDistance() {
  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(TRIG_PIN, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
  long duration = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH, 30000); // 30ms timeout
  float dist = duration * 0.034 / 2;   // 声速换算为 cm
  return dist;
}

void setup_wifi() {
  WiFi.begin(ssid, password);
  int attempts = 0;
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED && attempts < 20) {
    delay(500);
    attempts++;
  }
}

void reconnect_mqtt() {
  while (!client.connected()) {
    if (client.connect(clientId)) {
      // 连接成功
    } else {
      delay(2000);
    }
  }
}

void go_to_sleep() {
  esp_sleep_enable_timer_wakeup(SLEEP_DURATION_SEC * 1000000ULL);
  esp_deep_sleep_start();
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(TRIG_PIN, OUTPUT);
  pinMode(ECHO_PIN, INPUT);
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
  digitalWrite(LED_PIN, LOW);

  // 首次上电执行一次测量与上报，之后进入睡眠
  float distance = readDistance();
  bool occupied = (distance < THRESHOLD_DIST);

  // LED 指示
  digitalWrite(LED_PIN, occupied ? HIGH : LOW);

  setup_wifi();
  if (WiFi.status() == WL_CONNECTED) {
    reconnect_mqtt();
    // 构建 JSON 字符串
    String payload = "{\"occupied\":" + String(occupied) + ",\"distance\":" + String(distance) + "}";
    delay(100);  // 保证数据发完
  }
  client.disconnect();
  WiFi.disconnect(true);

  go_to_sleep();
}

void loop() {
  // 永远不会执行到这里，因为 deep sleep 后复位进入 setup()
}