薛德寬 位浩杰 胡愛(ài)芹 黃興洲 任學(xué)智 關(guān)華清

[中國(guó)石油大學(xué)(華東)理學(xué)院 山東 青島 266580]

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物理技術(shù)研究

基于單片機(jī)的地下車庫(kù)車位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)*

薛德寬 位浩杰 胡愛(ài)芹 黃興洲 任學(xué)智 關(guān)華清

[中國(guó)石油大學(xué)(華東)理學(xué)院 山東 青島 266580]

提出了一種基于單片機(jī)的地下車位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，應(yīng)用于地下車庫(kù)車位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè).該系統(tǒng)以單片機(jī)為基礎(chǔ)，采集車位照明燈光信號(hào)被遮擋前后的硅光電池的電壓信號(hào)，用電壓比較電路處理硅光電池的電壓信號(hào)，并將處理之后的電信號(hào)傳送至單片機(jī)，最后將車位實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在液晶屏上顯示.本系統(tǒng)將硅光電池和車庫(kù)照明系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，提升了照明燈光的應(yīng)用價(jià)值；實(shí)現(xiàn)了車位信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提高了車庫(kù)的運(yùn)作效率.

硅光電池 車位監(jiān)測(cè) 單片機(jī)

1 引言

隨著城市化建設(shè)和車輛數(shù)目的增加，地下車庫(kù)建設(shè)的數(shù)量和規(guī)模也在不斷擴(kuò)大.目前地下車庫(kù)的燈光系統(tǒng)僅用來(lái)照明，造成了資源的浪費(fèi)；車位的監(jiān)測(cè)大多依靠人工記錄進(jìn)行管理，車庫(kù)的運(yùn)作效率不高[1].少數(shù)車庫(kù)的管理系統(tǒng)應(yīng)用地磁傳感器，建設(shè)和維護(hù)成本高，普及率很低.本系統(tǒng)采用基于光電轉(zhuǎn)換原理的硅光電池，利用其反應(yīng)速度快、精度高、工作性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，將正對(duì)硅光電池的照明燈光作為一種檢測(cè)信號(hào)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理后來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)車位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè).系統(tǒng)將車位信息和燈光信號(hào)有機(jī)結(jié)合，提高了照明燈光的利用率，也方便了車庫(kù)的管理，提高車庫(kù)的運(yùn)作效率，對(duì)硅光電池的特性研究和實(shí)用化開(kāi)發(fā)具有十分重要的意義.

2 系統(tǒng)理論基礎(chǔ)

如圖1所示,在無(wú)外加電壓時(shí)，光照引起半導(dǎo)體的載流子遷移,在其兩端產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)，即光生伏特效應(yīng).硅光電池的基本原理就是光生伏特效應(yīng)，基本結(jié)構(gòu)為PN結(jié)，受光照后產(chǎn)生一個(gè)由N區(qū)到P區(qū)的光電流i，在有光線作用時(shí)硅光電池就相當(dāng)于一個(gè)電壓源[2].

圖1 PN結(jié)因光照產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本車位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由電源模塊、車位信息監(jiān)測(cè)模塊、車位數(shù)據(jù)處理模塊和車位信息顯示模塊組成.電源模塊即照明系統(tǒng)、單片機(jī)和液晶屏的供電電源；車位信息檢測(cè)模塊包括照明系統(tǒng)與硅光電池；車位數(shù)據(jù)處理模塊包括STC89C52單片機(jī)與LM324N電壓比較器電路；車位信息顯示模塊為液晶屏.圖2為該系統(tǒng)的原理框圖.

圖2 車位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理框圖

4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

車位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能主要是利用LED燈光信號(hào)對(duì)車位有無(wú)車輛進(jìn)行監(jiān)測(cè).系統(tǒng)主要硬件模塊由車位信息監(jiān)測(cè)模塊和車位數(shù)據(jù)處理模塊組成.

4.1 車位信息監(jiān)測(cè)模塊

車位信息監(jiān)測(cè)模塊是本系統(tǒng)的車位數(shù)據(jù)采集端，主要由LED燈與正對(duì)的硅光電池組成.硅光電池的上電極為柵狀受光電極，柵狀電極下涂有抗反射膜，用以增加透光，減小反射，下電極是一層襯底鋁，當(dāng)光照射時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)與光照強(qiáng)度有關(guān)的電動(dòng)勢(shì)，一般可產(chǎn)生0.2～0.6 V電壓，50 mA電流.硅光電池結(jié)構(gòu)如圖3所示.當(dāng)汽車駛進(jìn)車位時(shí)，車位中心位置的硅光電池被汽車遮擋，硅光電池表面的光強(qiáng)減小，兩端的電壓為低電壓；當(dāng)汽車駛出車位時(shí)，車位中心位置的硅光電池不被遮擋，硅光電池表面光強(qiáng)增加，兩端的電壓為高電壓[3].

圖3 硅光電池結(jié)構(gòu)

4.2 電壓比較電路的設(shè)計(jì)

當(dāng)燈光信號(hào)被汽車遮擋時(shí)，硅光電池兩端的電壓值經(jīng)過(guò)LM324N電壓比較器電路比較后，輸出單片機(jī)可以檢測(cè)到低電平信號(hào)；當(dāng)燈光信號(hào)沒(méi)被汽車遮擋時(shí)，硅光電池兩端的電壓值經(jīng)過(guò)LM324N電壓比較器電路比較后，輸出單片機(jī)可以檢測(cè)到高電平信號(hào)[4].電壓比較電路如圖4所示.

圖4 電壓比較電路

4.3 車位數(shù)據(jù)處理模塊

車位數(shù)據(jù)處理模塊是本系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理中心，主要由STC89C52單片機(jī)組成.STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，性能穩(wěn)定，滿足車位數(shù)據(jù)的處理和對(duì)12864液晶顯示屏的控制要求.當(dāng)車庫(kù)照明系統(tǒng)工作時(shí)，單片機(jī)接收車位數(shù)據(jù)，完成一次刷新，刷新車位信息確保車位數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，并在液晶顯示屏上實(shí)時(shí)顯示.

5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

車輛出入車庫(kù)系統(tǒng)工作流程圖如圖5所示.

圖5 系統(tǒng)工作流程圖

本系統(tǒng)單片機(jī)的主要功能是車位數(shù)據(jù)的處理和液晶屏的數(shù)據(jù)顯示；根據(jù)車輛出入庫(kù)的流程對(duì)單片機(jī)進(jìn)行調(diào)試編程，車位數(shù)據(jù)處理的主程序框圖如圖6所示[5].

圖6 數(shù)據(jù)處理主程序框圖

6 結(jié)束語(yǔ)

光電傳感器的應(yīng)用和開(kāi)發(fā)是研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，本系統(tǒng)針對(duì)現(xiàn)在地下車庫(kù)內(nèi)照明浪費(fèi)嚴(yán)重和管理困難的問(wèn)題，提出了一種硅光電池應(yīng)用于地下車庫(kù)車位監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，即可以提高照明系統(tǒng)的附加值，解決了照明節(jié)能的問(wèn)題；也幫助管理停車場(chǎng)，提高了停車場(chǎng)的利用率.鑒于不同車庫(kù)內(nèi)環(huán)境的區(qū)別，硅光電池兩端電壓不同的問(wèn)題可以從處理電壓比較電路部分進(jìn)一步加以完善.本系統(tǒng)的原理基礎(chǔ)正確,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案可行，硬件設(shè)計(jì)可靠，已成功地制作演示儀器，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科學(xué)研究工作中發(fā)揮了作用.

1 陳魯,王濤.地下車庫(kù)燈光導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).信息技術(shù)與信息化,2014(01):64～67

2 陳中儒.光電傳感器——光電池.科技資訊,2008(06):6～7

3 張瑋,楊景發(fā),閆其庚.硅光電池特性研究.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2009(09):42～46

4 童詩(shī)白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).北京:高等教育出版,2014.423～433

5 范宜添.基于單片機(jī)的智能車庫(kù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì).電子技術(shù),2014(05):39～72

6 周聯(lián),盧佃清,史林興.硅光電池特性研究.實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2011(11):37～39

Design on Parking Monitoring System of Underground Garage Based on MCU

Xue Dekuan Wei Haojie Hu Aiqin Huang Xingzhou Ren Xuezhi Guan Huaqing

(China University of Petroleum,Qindao,Shandong 266580)

This paper presents a new underground parking monitoring system based on MCU, used in the real-time monitoring of the underground parking garage. The system is based on MCU, collectingvoltage signal of silicon photovoltaic cells before and after the illumination light signal is blocked, processing silicon photocell voltage signal using the voltage comparator circuit. At last, the electrical signal after treatment is transmitted to the MCU, and real-time data is displayed on the LCD screen. The system combines silicon photovoltaic cells and garage lighting to enhance the value of the illumination light, achieving real-time monitoring of parking information, so that it can improve the operational efficiency of the garage.

silicon photovoltaic cells; parking monitoring system; MCU

*中國(guó)石油大學(xué)(華東)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練國(guó)家級(jí)項(xiàng)目,項(xiàng)目編號(hào)：201410425067

薛德寬(1994- )，男，在讀本科生，主要研究方向?yàn)榭梢?jiàn)光通信工程.指導(dǎo)教師：陳文娟(1969- )，女，碩士，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)閮x器管理與制作.

2015-05-06)