蘇小康 朱景昊 謝鼎盛 李華春 汪貴龍（東北林業(yè)大學(xué)交通學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150040）

1 概述

隨著近年來(lái)汽車(chē)數(shù)量的不斷增長(zhǎng)，在大、中城市都出現(xiàn)了停車(chē)難問(wèn)題，停車(chē)位高昂的價(jià)格讓許多有車(chē)一族望而卻步，但許多停車(chē)位的車(chē)主并不是24 小時(shí)停車(chē)，當(dāng)他們駕車(chē)外出時(shí)停車(chē)位處于閑置狀態(tài)，考慮到資源的合理利用如果可以設(shè)計(jì)出一款車(chē)位鎖將車(chē)位在空閑時(shí)間出租，既能給車(chē)位車(chē)主帶來(lái)經(jīng)濟(jì)利益，又可以解決部分車(chē)主的停車(chē)難問(wèn)題，太陽(yáng)能供電式智能共享車(chē)位鎖不僅可以解決該問(wèn)題而且如果將車(chē)鎖應(yīng)用于公共停車(chē)位還能實(shí)現(xiàn)停車(chē)位互聯(lián)網(wǎng)化管理解放勞動(dòng)力。

2 硬件設(shè)計(jì)

硬件電路是車(chē)位鎖控制系統(tǒng)的核心部件，車(chē)鎖預(yù)約命令是通過(guò)APP 實(shí)現(xiàn)，所以硬件部分主要集中在控制車(chē)位鎖的終端。

2.1 驅(qū)動(dòng)器電路：車(chē)位鎖設(shè)備的驅(qū)動(dòng)器，主要作用是為車(chē)位鎖提供電源，就是將太陽(yáng)能析產(chǎn)生的12V 穩(wěn)定低壓直流供電匹配為步進(jìn)電機(jī)所需的6V 低壓直流負(fù)載，提供步進(jìn)電機(jī)正常工作所需要電源。驅(qū)動(dòng)器是車(chē)位鎖升降的核心部分，驅(qū)動(dòng)電源是設(shè)備正常運(yùn)行的保障。驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)為恒壓輸出，輸出功率為控制器電路負(fù)載和步進(jìn)電機(jī)電路負(fù)載之和，共需33.5W。因?yàn)榕鋫溆刑崾倦娐泛推渌娮釉O(shè)備、且驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)換有一定效率、各種電路元器件之間有一定差異，為整個(gè)電路增加出17%的設(shè)計(jì)余量因此實(shí)際功率最大值設(shè)計(jì)為40W。

2.2 控制器電路：控制器電路主要由負(fù)責(zé)電源轉(zhuǎn)換的DC/DC 驅(qū)動(dòng)電路、MCU 微型處理器、Wi-Fi 無(wú)線(xiàn)收發(fā)電路、超聲波傳感器、紅外傳感器、壓力傳感器，以及周邊電路組成。無(wú)線(xiàn)傳輸部分選擇ESP8266 模塊。ESP8266 編程方法多樣，有更多的軟件支持且價(jià)格比ESP32 更加的低廉。

2.3 車(chē)位鎖電路：車(chē)位鎖電路主要由太陽(yáng)能析供電電路，步進(jìn)電機(jī)控制電路、語(yǔ)音提示電路和監(jiān)控電路組成。由傳感器感測(cè)到車(chē)位鎖外部環(huán)境變換后，將信息交由MCU 微處理器處理，處理后將反饋信號(hào)輸入步進(jìn)電機(jī)的控制器實(shí)現(xiàn)車(chē)位鎖的升降，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)約和控制功能當(dāng)控制結(jié)構(gòu)發(fā)出命令以后，車(chē)位鎖結(jié)構(gòu)上升關(guān)閉鎖扣裝置將上方的按鈕摁下，完成對(duì)裝置結(jié)構(gòu)的管控。除此之外裝置在上升時(shí)對(duì)底部的按鍵裝置功能有按壓作用，通過(guò)對(duì)上升裝置的升起和落下對(duì)車(chē)位鎖電路進(jìn)行保護(hù)。

2.4 加熱融雪電路及太陽(yáng)能析防塵自動(dòng)電刷電路：車(chē)位鎖應(yīng)用情況復(fù)雜，多雨雪地域可能會(huì)由于積雪導(dǎo)致車(chē)位鎖和太陽(yáng)能析無(wú)法正常工作，會(huì)對(duì)嵌入式車(chē)鎖的使用帶來(lái)極大不便。因此在升降體頂端設(shè)置一個(gè)微型加熱棒，當(dāng)遇到雨雪天氣時(shí)通過(guò)溫度傳感器和光線(xiàn)傳感器驅(qū)動(dòng)加熱棒自動(dòng)開(kāi)啟消除積雪。同時(shí)太陽(yáng)能析工作于室外長(zhǎng)期使用或遇到沙塵會(huì)覆蓋塵土，這對(duì)于太陽(yáng)能析的正常使用會(huì)造成極大影響，因此我們?cè)谔?yáng)能析后配備有微型電機(jī)連接雨刷，定期自動(dòng)開(kāi)啟進(jìn)行除塵，保證太陽(yáng)能析正常工作與此同時(shí)對(duì)加熱和融雪功能通過(guò)控制溫度在一定范圍內(nèi)，能夠保證對(duì)車(chē)位鎖電池壽命的延長(zhǎng)使得車(chē)位鎖得到更好的保護(hù)。

2.5 提示功能電路：車(chē)位鎖提示電路由語(yǔ)音提示電路、夜間燈光提示電路和電量提示電路組成，語(yǔ)音提示電路是在車(chē)位鎖未接受指令情況下通過(guò)紅外傳感器感應(yīng)到有車(chē)輛停駐時(shí)自動(dòng)發(fā)出語(yǔ)音提示，當(dāng)傳感器接收信號(hào)消失后持續(xù)15s 開(kāi)關(guān)自動(dòng)斷開(kāi)語(yǔ)音提示結(jié)束。夜間提示功能通過(guò)光電傳感器感受到外界光線(xiàn)亮度下降到一定值后光電開(kāi)關(guān)自動(dòng)關(guān)閉，同時(shí)超聲波傳感器感應(yīng)車(chē)輛停駐若感應(yīng)值達(dá)到上限，閉合開(kāi)關(guān)開(kāi)啟燈光提示。

2.6 太陽(yáng)能析電路：太陽(yáng)能電池析會(huì)將收集的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，然后通過(guò)轉(zhuǎn)換器輸入蓄電池，將原本的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)?2V的穩(wěn)定低壓直流再通過(guò)變壓電路轉(zhuǎn)換為動(dòng)力裝置需要的6V 穩(wěn)定低壓直流，太陽(yáng)能析裝置主要有：太陽(yáng)能析、轉(zhuǎn)換器、12V 蓄電池，除此之外在太陽(yáng)能析上設(shè)置有凸透鏡吸更多的太陽(yáng)能，完成對(duì)光照資源的更大化利用，除此之外設(shè)置的雨刷結(jié)構(gòu)可以完成對(duì)太陽(yáng)能析的清潔，確保太陽(yáng)能析能夠最大程度的吸收太陽(yáng)能。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件設(shè)計(jì)的任務(wù)是開(kāi)發(fā)出車(chē)位鎖手機(jī)端操作APP 以及負(fù)責(zé)控制車(chē)位鎖的MCU 軟件，車(chē)位鎖信息傳遞原理圖如圖：

圖1

3.2 手機(jī)APP 功能：車(chē)位鎖APP 從車(chē)位提供者，車(chē)位使用者，車(chē)位管理者三個(gè)方面考慮設(shè)計(jì)，設(shè)有空閑車(chē)位查詢(xún)、停車(chē)位共享時(shí)間發(fā)布、停車(chē)位預(yù)約、付費(fèi)平臺(tái)，車(chē)位狀態(tài)查詢(xún)，車(chē)位實(shí)時(shí)監(jiān)控，車(chē)位電量顯示功能，關(guān)于車(chē)位鎖和車(chē)輛的匹配，車(chē)位的位置信息是通過(guò)手機(jī)APP 設(shè)置定位并沒(méi)有安裝定位模塊這是因?yàn)椴糠周?chē)位所在位置信號(hào)接收器無(wú)法接收信號(hào)會(huì)造（轉(zhuǎn)下頁(yè)）成失靈。APP 通過(guò)對(duì)車(chē)位信息發(fā)布和預(yù)定來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)位的共享，當(dāng)駕駛?cè)说竭_(dá)停車(chē)位之后掃描停車(chē)二維碼對(duì)車(chē)位鎖進(jìn)行控制，停車(chē)位的關(guān)鍵步驟主要是對(duì)停車(chē)位進(jìn)行共享而后實(shí)現(xiàn)控制，按照使用步驟使用完成后必須對(duì)車(chē)位鎖進(jìn)行控制上升，完成所有功能后駕駛?cè)穗x開(kāi)完成 使用功能。

3.3 MCU 微型處理器：考慮到傳播速度采用性能較好的STC12C5A60S2 單片機(jī)為主控制器。相比于普通的51 單片機(jī)STC12C5A60S2 有8 路10 位AD，同時(shí)多出了兩個(gè)定時(shí)器，設(shè)有PWM功能和SPI 接口。

3.4 軟件發(fā)布及分享：通過(guò)將部分車(chē)位鎖的安裝和停車(chē)APP 的使用指導(dǎo)完成對(duì)停車(chē)APP 的推廣，將停車(chē)位共享的最大優(yōu)點(diǎn)顯示出來(lái)體現(xiàn)出整個(gè)裝置的優(yōu)越性，從而實(shí)現(xiàn)軟件的推廣。

3.5 APP 編寫(xiě)：使用APIcloud 編寫(xiě)APP 所需程序，對(duì)APP需要實(shí)現(xiàn)的二維碼掃描和需要實(shí)現(xiàn)的程序控制功能采用Java語(yǔ)言編寫(xiě)，在完成裝置軟件編寫(xiě)后我們可以對(duì)APP 顯示出的二維碼進(jìn)行上傳和分享，實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的功能。

4 裝置測(cè)試

將軟件安裝到硬件中，將手機(jī)APP 與MCU 微型處理器進(jìn)行連接，調(diào)整測(cè)試，檢測(cè)硬件系統(tǒng)是否能夠正常運(yùn)行，對(duì)車(chē)鎖機(jī)械結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行壓力和紅外測(cè)試，檢測(cè)預(yù)定功能完成情況。除此之外對(duì)車(chē)位鎖供給一定的水查看裝置是否有防水功能，對(duì)正常工作時(shí)對(duì)車(chē)位鎖進(jìn)行防塵實(shí)驗(yàn)，確保裝置能夠有一定的防塵功能為了使裝置實(shí)際可使用性能大幅增加我們對(duì)太陽(yáng)能析的供電性能進(jìn)行測(cè)試，確保能夠在正常的工作狀態(tài)下達(dá)到使用年限，使得設(shè)計(jì)的裝置可靠性高，實(shí)用性好可以投入實(shí)際生產(chǎn)中去。

5 結(jié)論

我們研究的太陽(yáng)能供電式智能共享車(chē)位鎖，能夠通過(guò)手機(jī)APP 將私人車(chē)位進(jìn)行有償出租還能對(duì)公共車(chē)位進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)管理，可在積雪和沙塵條件下正常使用，利用清潔能源的同時(shí)、解放了勞動(dòng)力、實(shí)現(xiàn)了資源的最大利用化。能夠有效的緩解大、中型城市的停車(chē)問(wèn)題，滿(mǎn)足停車(chē)需求同時(shí)創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益。