基于射頻感應(yīng)的停車樁控制器設(shè)計(jì)

陳思 汪蓮 鄧貴蘭 歐陽(yáng)康 王紀(jì)嬋

摘要：提出了一種停車樁控制器。應(yīng)用超聲波反射原理，實(shí)現(xiàn)了車輛有或無的檢測(cè)；采用霍爾開關(guān)集成傳感器，準(zhǔn)確判斷停車樁檔桿的位置，實(shí)現(xiàn)了停車樁的開啟與閉合控制；采用射頻感應(yīng)芯片，無需手動(dòng)遙控控制，實(shí)現(xiàn)車輛的自由進(jìn)出。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，停車樁感應(yīng)控制器能夠自動(dòng)檢測(cè)停車位中有無車輛， 能夠自動(dòng)感應(yīng)控制停車樁的開閉.

關(guān)鍵字：射頻感應(yīng)；停車樁

隨著中國(guó)汽車數(shù)量的增多，停車位的需求也隨之增加。多數(shù)私家車主選擇購(gòu)買一個(gè)專用的停車位，但停車位被占用的現(xiàn)象多有發(fā)生，于是就急需設(shè)計(jì)專門管理停車位的設(shè)備。本文提出一種停車樁射頻感應(yīng)控制器設(shè)計(jì)方案，可以實(shí)現(xiàn)車輛出入停車位時(shí)的自動(dòng)開啟和關(guān)閉，使用簡(jiǎn)單方便。

一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文提出的停車樁射頻感應(yīng)控制器的組成主要有：STC12C2052AD單片機(jī)芯片[1][2]、射頻感應(yīng)模塊[3]、超聲波測(cè)距傳感器[4]和霍爾開關(guān)集成傳感器等。系統(tǒng)硬件電路原理框圖如圖1所示。

圖1 智能射頻感應(yīng)停車樁硬件電路原理框圖

二、工作原理

通過智能射頻感應(yīng)停車樁整機(jī)的工作過程可知各部分構(gòu)成電路需要達(dá)到的設(shè)計(jì)目的。下面分別給出其它各部分的工作原理和電路。

1、控制芯片：停車樁采用STC12C2052AD系列單片機(jī)芯片，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。

2、ISP通信電路：ISP通信電路主要用于停車樁的軟件升級(jí)，含Gnd/P3.0/P3.1/Vcc四個(gè)信號(hào)，接到電路板上的四針插座上，通過電腦RS-232接口進(jìn)行軟件升級(jí)。

3、位置傳感器：位置傳感器電路由霍爾集成傳感器IC1、IC2、IC3開關(guān)管T1，限流電阻R1，上拉電阻R2、R3組成，IC3是六反相器CD4069，用來加強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力。

4、車輛在位傳感器電路：車輛在位應(yīng)用超聲波測(cè)距原理，由發(fā)射電路和接收電路兩部分組成。發(fā)射電路如圖2所示，它由多反相器IC1（由低功耗CMOS集成電路CD4069構(gòu)成）、超聲波發(fā)射換能器TX（F）和電源控制三極管T1構(gòu)成。

超聲波接收電路主要由IC1CX20106A、超聲波換能器RX（S）和電源控制三極管T1三部分構(gòu)成。CX20106A是紅外接收專用集成電路，其性能穩(wěn)定可靠、使用廣泛，還因?yàn)榧t外線常用的載波頻率為38KMz，與超聲波發(fā)射頻率40KMz十分接近，所以在此把它作為超聲波檢測(cè)接收電路，圖3是超聲波接收電路原理圖。

圖2 超聲波發(fā)射原理圖

圖3 超聲波接收電路原理圖

三、射頻感應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

射頻感應(yīng)系統(tǒng)部分主要包括發(fā)射電路、接收電路、編碼電路和解碼電路四部分，下面就這幾方面分別進(jìn)行介紹。

1、射頻感應(yīng)發(fā)射電路原理如圖4所示。射頻發(fā)射電路采用315MHz聲表面諧振器穩(wěn)頻，它用樹脂封裝，頻率穩(wěn)定性較好，免調(diào)試。射頻感應(yīng)發(fā)射電路發(fā)射天線長(zhǎng)度可在0～25cm之間。本文射頻感應(yīng)發(fā)射電路配合PT2262編碼器加印制板波浪型8cm天線發(fā)射，在開闊地最大發(fā)射距離約為160m，在障礙區(qū)相對(duì)要近些，對(duì)于射頻感應(yīng)停車樁產(chǎn)品來說這個(gè)距離比較適合。

圖4 射頻發(fā)射電路原理圖 圖5射頻感應(yīng)接收電路原理圖

2、射頻感應(yīng)接收電路是智能射頻感應(yīng)停車樁能否實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)目標(biāo)的關(guān)鍵所在。停車樁在待機(jī)狀態(tài)下，唯有射頻感應(yīng)接收電路處于正常工作狀態(tài)，因此射頻感應(yīng)接收電路的功耗問題是關(guān)鍵所在，不但要求電路具有超低功耗又能夠保證其穩(wěn)定性和靈敏度。美國(guó)Micrel半導(dǎo)體公司最新推出的MICRF002是應(yīng)用于無線射頻感應(yīng)方面的單片無線OOK（ON-OFF Keyed）接收掃頻芯片，其高頻信號(hào)接收功能全部集成于片內(nèi)，以達(dá)到用最少的外圍器件和最低的成本，并獲得最可靠的接收效果。

3、編碼和解碼電路采用臺(tái)灣普城公司生產(chǎn)的低功耗低價(jià)位通用編碼、解碼電路PT2262/2272。編碼芯片是PT2262，PT2272是對(duì)應(yīng)的解碼電路，只有當(dāng)?shù)刂肪幋a同PT2262完全一致時(shí)，PY2272輸出互鎖高電平控制信號(hào)。

四、主程序框圖如圖

基于單片機(jī)的智能射頻感應(yīng)停車樁整機(jī)的工作過程如下：停車樁在待機(jī)狀態(tài)下，除超聲波傳感器和射頻感應(yīng)系統(tǒng)外，包括單片機(jī)在內(nèi)的所有電路都處在斷電狀態(tài)，超聲波模塊監(jiān)測(cè)車輛是夠停在車位，并根據(jù)結(jié)果控制停車樁開啟和關(guān)閉；射頻感應(yīng)接收器感應(yīng)發(fā)射端信號(hào)，當(dāng)有信號(hào)時(shí)，即車輛駛近，將信號(hào)送給電源控制電路和單片機(jī)端口，電源控制電路收到信號(hào)后接通電源給單片機(jī)供電，單片機(jī)開始工作并控制停車樁開啟；位置傳感器監(jiān)測(cè)停車樁處于開啟還是關(guān)閉狀態(tài)。

五、結(jié)束語(yǔ)

本文通過硬件和軟件相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)的智能射頻感應(yīng)停車樁的設(shè)計(jì)；并且把超聲波測(cè)距原理引入到射頻感應(yīng)停車樁中，實(shí)現(xiàn)了停車樁的車輛在位檢測(cè)，解決了車輛在位時(shí)由于誤操作致使停車樁起降桿卡在車底的問題?？紤]到超聲波測(cè)距電路成本較高，且停車樁對(duì)距離測(cè)量的準(zhǔn)確度要求不是太高，因此本文把成本較低的紅外線接收電路引用到超聲波接收電路中，因?yàn)槌暡ê图t外線頻率相近，即達(dá)到了目的又節(jié)約了成本。

參考文獻(xiàn)

[1] 《單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐》陳奧初等著，北京航空航天大學(xué)出版社，2002

[2] 《單片機(jī)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》侯殿友著，人民郵電出版社，2010

[3] 《實(shí)用射頻感應(yīng)電路》肖景和等編著，人民郵電出版社，2002

[4] 閆東磊.基于ATmega8L高精度超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì).武漢：武漢理工大學(xué)，2010

項(xiàng)目來源：

2016年湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目（869）

作者簡(jiǎn)介：

陳思，1993年9月，男，漢族，湖南省常德市漢壽縣，在讀學(xué)生，長(zhǎng)沙師范學(xué)院汽車電子技術(shù)專業(yè)學(xué)生；王紀(jì)嬋（通信作者），男，副教授，長(zhǎng)沙師范學(xué)院汽車電子技術(shù)專業(yè)教師。