楊在華

(西安外事學(xué)院 工學(xué)院，陜西 西安 710077)

基于單片機(jī)的低功耗遙控車位鎖研究

楊在華

(西安外事學(xué)院 工學(xué)院，陜西 西安 710077)

根據(jù)當(dāng)前用戶對于遙控車位鎖的需求，研究了基于單片機(jī)的低功耗遙控車位鎖，選用PIC16F630單片機(jī)，設(shè)計(jì)了車位鎖的硬件部分和軟件部分。該遙控車位鎖應(yīng)用紅外技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，性能優(yōu)良，安全性高，功耗低，應(yīng)用前景十分廣泛。

PIC16F630；紅外技術(shù)；車位鎖

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車數(shù)量在逐年增加，停車難問題備受社會關(guān)注。目前，很多城市都存在停車位緊張的問題，因此，怎樣科學(xué)地提高停車位的利用率是物業(yè)管理需要解決的問題[1]。遙控車位鎖中應(yīng)用紅外遙控技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)可以提高其保密性和可靠性[2]。本文基于PIC16F630單片機(jī)設(shè)計(jì)了低功耗遙控車位鎖，具有防盜、解鎖、上鎖和報(bào)警等功能，車主通過無線遙控器在接近車位時(shí)可控制車位鎖的解鎖和上鎖，實(shí)現(xiàn)了不下車操作，應(yīng)用效果良好。

1 遙控車位鎖整體結(jié)構(gòu)研究

本文設(shè)計(jì)的低功耗遙控車位鎖(見圖1)包括如下幾部分：驅(qū)動電動機(jī)、起降架、控制電路及車位鎖遙控器。控制電路包括單片機(jī)、時(shí)鐘和電源電路。單片機(jī)的輸出端和電動機(jī)控制模塊(控制驅(qū)動電動機(jī)運(yùn)行)相連接，輸入端和落下狀態(tài)傳感器、升起狀態(tài)傳感器、車輛在位狀態(tài)傳感器和遙控信號接收電路相連接，車位鎖遙控器中有遙控信號發(fā)送電路，用于發(fā)送車位鎖升降控制信號。當(dāng)車輛即將到達(dá)車位時(shí)，遙控器按下下降鍵，車位鎖下降，車停入停車位；車離開車位時(shí)，遙控器按下上升鍵，車位鎖上升，以防止車位被占用；車停到停車位后，上升車位鎖，還能起到防盜作用。車位鎖的低電量情況和動作情況可以通過其內(nèi)部的聲光報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警。本文研究的遙控車位鎖能夠?qū)崿F(xiàn)車位鎖的自動鎖閉和開起控制，提高了汽車的防盜系數(shù)，滿足社會需求，具有節(jié)能、降低成本和智能化等特點(diǎn)，市場的應(yīng)用前景廣泛。

圖1 遙控車位鎖組成圖

2 智能遙控車位鎖的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 無線遙控技術(shù)

無線遙控不需接觸被控目標(biāo)就可對其進(jìn)行控制，設(shè)備的移動相對自由，主要應(yīng)用在家電、工程控制和航空航天領(lǐng)域。根據(jù)傳輸控制指令載體，無線遙控系統(tǒng)分為超聲波遙控系統(tǒng)、紅外線遙控系統(tǒng)及無線電遙控系統(tǒng)。由于紅外線遙控技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定和易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)，應(yīng)用廣泛[3]，因此本遙控車位鎖也采用紅外遙控技術(shù)。遙控器產(chǎn)生遙控編碼脈沖，驅(qū)動紅外發(fā)射管發(fā)出紅外遙控信號，接收遙控信號，并對其進(jìn)行放大、檢波、整形，解調(diào)出遙控編碼脈沖。遙控編碼脈沖是2組串行二進(jìn)制碼，對于一般的紅外遙控系統(tǒng)，此串行碼輸入到微控制器，由其內(nèi)部CPU完成對遙控指令解碼，并執(zhí)行相應(yīng)的遙控功能。

2.2 主要芯片選型

2.2.1 單片機(jī)選型

采用PIC16F873單片機(jī)作為系統(tǒng)的微機(jī)控制器,其特性如下：1)功耗低，運(yùn)行速度快，抗電源波動能力強(qiáng)，電壓為2.0～5.5 V；2)片內(nèi)程序高度保密，安全性高；3)有22個(gè)可編程I/O接口；4)采用在線串行編程和低壓編程技術(shù)；5)片上帶獨(dú)立振蕩器的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，上電復(fù)位電路，掉電模式、空閑模式和省電模式等，可簡化硬件設(shè)計(jì)。

2.2.2 編碼芯片選型

編碼解碼芯片是實(shí)現(xiàn)智能遙控車位鎖的關(guān)鍵，本系統(tǒng)選擇EV1527芯片作為編碼芯片。

3 遙控車位鎖控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

遙控車位鎖的整體原理框圖如圖2所示。

圖2 遙控車位鎖的整體原理框圖

3.1 遙控發(fā)射模塊

本遙控車位鎖中發(fā)射模塊選擇基于芯片EV1527設(shè)計(jì)的高頻電路，其電路原理圖如圖3所示。

圖3 遙控發(fā)射電路原理圖

EV1527編碼芯片通過K1～K4等4個(gè)按鍵控制不同編碼的輸出，本遙控車位鎖的設(shè)計(jì)中只選擇了1個(gè)按鍵。按下開關(guān)S1時(shí)，導(dǎo)通Q3，芯片開始工作，指示燈D1閃爍，說明按鍵有效將發(fā)出無線遙控信號，數(shù)據(jù)輸出通過TXD引腳串行實(shí)現(xiàn)。經(jīng)測量，采用12 V/23 A的電池在空曠地帶遙控發(fā)射模塊有效距離達(dá)到50～150 m。

3.2 遙控接收模塊

遙控車位鎖設(shè)計(jì)的重要部分是接收模塊接收調(diào)幅信號后，解調(diào)信號并將其發(fā)送給單片機(jī)控制器，從而實(shí)現(xiàn)遙控。為了降低功耗，在接收到信號時(shí)遙控模塊才正常工作，其余時(shí)刻為休眠狀態(tài)。

本遙控車位鎖選用的接收模塊為無線超外差射頻模塊J05E，該模塊的性能穩(wěn)定性良好。因?yàn)闊o線發(fā)射部分的編碼芯片選擇芯片EV1527，因此需要在接收模塊中對其進(jìn)行解碼。本接收模塊選擇軟件解碼方式。軟件解碼由單片機(jī)和外圍電路組成，外圍電路包括J05E超外差接收模塊、存儲器及其他控制電路。

3.3 報(bào)警和指示模塊

遙控車位鎖選擇蓄電池的供電方式，因此需要及時(shí)監(jiān)測其電量的使用情況，否則會加快蓄電池的耗損，降低其使用壽命，甚至有可能損壞蓄電池性能。本遙控車位鎖設(shè)計(jì)了欠壓檢測電路(蓄電池的正常工作電壓為12 V)，如果<9 V，則通過蜂鳴器單片機(jī)發(fā)出報(bào)警，告知用戶蓄電池需要充電，確保車位鎖的正常使用。由于遙控車位鎖在使用過程中難免會遇到一些特殊的情況，如遙控按鍵錯(cuò)按停車時(shí)按了升起，起降桿起降時(shí)遇到障礙物等，此時(shí)，電動機(jī)會出現(xiàn)過載情況，如果不及時(shí)進(jìn)行處理，電動機(jī)會造成損壞；因此，設(shè)計(jì)了過載檢測電路來保護(hù)電動機(jī)，同時(shí)也需要指示電路和報(bào)警電路來提醒用戶，避免對遙控車位鎖造成不必要的損壞。

通過芯片CAT809T對電池的電量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，如果不注意發(fā)電蓄電池的電量，則芯片CAT809T會發(fā)出低電平信號，單片機(jī)PIC16F873接收到低電平信號之后，下達(dá)控制命令，蜂鳴器報(bào)警。為了保證電動機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對其進(jìn)行過流保護(hù)，電動機(jī)控制接口與輸出之間串聯(lián)0.5 Ω電阻，當(dāng)通過電流>4 A時(shí)，采樣電阻兩端壓降超過T T L高電平最低電壓為2 V時(shí)，PIC16F873檢測到電平信息變化，電動機(jī)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)，并發(fā)出警報(bào)提醒用戶。

4 遙控車位鎖控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)需要生成遙控車位鎖的打開和閉合編碼，才能實(shí)現(xiàn)車位鎖的打開和閉合。電源檢測系統(tǒng)主要用來檢測系統(tǒng)的電池電量情況，當(dāng)電量過低時(shí)，指示燈報(bào)警提醒車主。其系統(tǒng)流程框圖如圖4所示。

圖4 遙控車位鎖控制軟件程序流程圖

5 遙控車位鎖功能測試

本文設(shè)計(jì)的遙控車位鎖采用12 V/23 A蓄電池供電，而選擇的單片機(jī)的工作電壓為5 V；因此，需要電源管理電路將12 V的供電電壓轉(zhuǎn)化成單片機(jī)的5 V正常工作電壓。開關(guān)電源芯片選擇LM2596。電源管理電路包括電源芯片、電容和二極管等。其優(yōu)勢在于節(jié)能性：電容全部采用非點(diǎn)解電容，不工作時(shí)不耗電，因此節(jié)省了電量，滿足了遙控車位鎖的低功耗要求。整個(gè)遙控車位鎖的核心部位為單片機(jī)，也就是中央處理器，它控制著整個(gè)電路的運(yùn)行，工作方式選擇間歇式，PIC16F630單片機(jī)定時(shí)處SLEEP睡眠狀態(tài)，無遙控信號時(shí)，電路處于休眠狀態(tài)；有遙控信號時(shí)，電路處于工作狀態(tài)。J05E的CE端口，啟動超外差無線接收模塊工作，檢查有無無線編碼進(jìn)入，若無，CE置低電平，關(guān)閉無線接收模塊，降低功耗，延長了電池的使用時(shí)間。

經(jīng)測試，該遙控車位鎖的遙控距離可以達(dá)到30 m，系統(tǒng)從睡眠到喚醒的時(shí)間≤0.5 s。對遙控車位鎖的耗電量進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算方法參照文獻(xiàn)[4]進(jìn)行。系統(tǒng)靜態(tài)電流(無機(jī)械動作)為0.021 A，動態(tài)電流(有機(jī)械動作)約為0.36 A，則1天的靜態(tài)損耗為0.021×12×24=6.048 (W)；動態(tài)損耗主要在控制電動機(jī)正反轉(zhuǎn)時(shí)消耗，每次運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間約為3 s，若每天升降4次，則1天的動態(tài)損耗為(0.36×12×3×4)/3 600=0.014 (W)。因此，系統(tǒng)1天的總損耗為6.048+0.014=6.062 (W)，對于1個(gè)充滿電的12 V、7 Ah蓄電池，車位鎖可使用的時(shí)間約為(12×7×20)/6.35=277 (d)。

6 結(jié)語

本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中采用PIC16F630芯片，數(shù)據(jù)收發(fā)由紅外無線方式實(shí)現(xiàn)，具有聲光報(bào)警功能，提高了車位鎖的安全性。其有效傳輸距離約為30 m，損耗低，響應(yīng)快，符合節(jié)能的發(fā)展需求，市場應(yīng)用前景寬廣。

[1] 凌云,柴政.智能車位鎖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電腦知識與技術(shù).2009,5(3):691-692.

[2] 胥萌，何廣軍，劉彬，等．基于單片機(jī)的智能遙控車位鎖研究[J].電腦知識與技術(shù)，2012，8(19)：4712-4714．

[3] 趙春紅，楊勇．基于單片機(jī)和無線電遙控技術(shù)的密碼鎖設(shè)計(jì)[J].測控技術(shù)，2005，24(9)：9-11，31．

[4] 李玲,陳惠濱.基于KEELOQ的無線遙控車位鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．電子技術(shù)應(yīng)用，2013(12):52-54.

責(zé)任編輯鄭練

TheResearchofLow-powerRemoteControlParkingLockbasedonSingle-chipComputer

YANG Zaihua

(Xi′an International University, Xi′an 710077, China)

According to the current user demand for remote parking lock, this paper mentioned that low-power remote control parking lock based on single-chip computer. It used PIC16F630 as microcontroller, designing the parking lock of hardware and software components. It used infrared technology for data transmission, which had excellent performance, high security, low power consumption, and very broad application prospect.

PIC16F630, infrared technology, parking lock

TN 409

：A

楊在華(1976-)，男，工程師，講師，碩士，主要從事軟件工程應(yīng)用和電子工程應(yīng)用等方面的研究。

2014-12-27