基于单片机的低功耗遥控车位锁研究

杨在华

(西安外事学院 工学院，陕西 西安 710077)

基于单片机的低功耗遥控车位锁研究

杨在华

(西安外事学院 工学院，陕西 西安 710077)

根据当前用户对于遥控车位锁的需求，研究了基于单片机的低功耗遥控车位锁，选用PIC16F630单片机，设计了车位锁的硬件部分和软件部分。该遥控车位锁应用红外技术进行数据传输，性能优良，安全性高，功耗低，应用前景十分广泛。

PIC16F630；红外技术；车位锁

随着我国经济的发展，汽车数量在逐年增加，停车难问题备受社会关注。目前，很多城市都存在停车位紧张的问题，因此，怎样科学地提高停车位的利用率是物业管理需要解决的问题[1]。遥控车位锁中应用红外遥控技术和单片机技术可以提高其保密性和可靠性[2]。本文基于PIC16F630单片机设计了低功耗遥控车位锁，具有防盗、解锁、上锁和报警等功能，车主通过无线遥控器在接近车位时可控制车位锁的解锁和上锁，实现了不下车操作，应用效果良好。

1 遥控车位锁整体结构研究

本文设计的低功耗遥控车位锁(见图1)包括如下几部分：驱动电动机、起降架、控制电路及车位锁遥控器。控制电路包括单片机、时钟和电源电路。单片机的输出端和电动机控制模块(控制驱动电动机运行)相连接，输入端和落下状态传感器、升起状态传感器、车辆在位状态传感器和遥控信号接收电路相连接，车位锁遥控器中有遥控信号发送电路，用于发送车位锁升降控制信号。当车辆即将到达车位时，遥控器按下下降键，车位锁下降，车停入停车位；车离开车位时，遥控器按下上升键，车位锁上升，以防止车位被占用；车停到停车位后，上升车位锁，还能起到防盗作用。车位锁的低电量情况和动作情况可以通过其内部的声光报警电路进行报警。本文研究的遥控车位锁能够实现车位锁的自动锁闭和开起控制，提高了汽车的防盗系数，满足社会需求，具有节能、降低成本和智能化等特点，市场的应用前景广泛。

图1 遥控车位锁组成图

2 智能遥控车位锁的关键技术

2.1 无线遥控技术

无线遥控不需接触被控目标就可对其进行控制，设备的移动相对自由，主要应用在家电、工程控制和航空航天领域。根据传输控制指令载体，无线遥控系统分为超声波遥控系统、红外线遥控系统及无线电遥控系统。由于红外线遥控技术具有结构简单、性能稳定和易于实现等特点，应用广泛[3]，因此本遥控车位锁也采用红外遥控技术。遥控器产生遥控编码脉冲，驱动红外发射管发出红外遥控信号，接收遥控信号，并对其进行放大、检波、整形，解调出遥控编码脉冲。遥控编码脉冲是2组串行二进制码，对于一般的红外遥控系统，此串行码输入到微控制器，由其内部CPU完成对遥控指令解码，并执行相应的遥控功能。

2.2 主要芯片选型

2.2.1 单片机选型

采用PIC16F873单片机作为系统的微机控制器,其特性如下：1)功耗低，运行速度快，抗电源波动能力强，电压为2.0～5.5 V；2)片内程序高度保密，安全性高；3)有22个可编程I/O接口；4)采用在线串行编程和低压编程技术；5)片上带独立振荡器的实时时钟，上电复位电路，掉电模式、空闲模式和省电模式等，可简化硬件设计。

2.2.2 编码芯片选型

编码解码芯片是实现智能遥控车位锁的关键，本系统选择EV1527芯片作为编码芯片。

3 遥控车位锁控制系统硬件设计

遥控车位锁的整体原理框图如图2所示。

图2 遥控车位锁的整体原理框图

3.1 遥控发射模块

本遥控车位锁中发射模块选择基于芯片EV1527设计的高频电路，其电路原理图如图3所示。

图3 遥控发射电路原理图

EV1527编码芯片通过K1～K4等4个按键控制不同编码的输出，本遥控车位锁的设计中只选择了1个按键。按下开关S1时，导通Q3，芯片开始工作，指示灯D1闪烁，说明按键有效将发出无线遥控信号，数据输出通过TXD引脚串行实现。经测量，采用12 V/23 A的电池在空旷地带遥控发射模块有效距离达到50～150 m。

3.2 遥控接收模块

遥控车位锁设计的重要部分是接收模块接收调幅信号后，解调信号并将其发送给单片机控制器，从而实现遥控。为了降低功耗，在接收到信号时遥控模块才正常工作，其余时刻为休眠状态。

本遥控车位锁选用的接收模块为无线超外差射频模块J05E，该模块的性能稳定性良好。因为无线发射部分的编码芯片选择芯片EV1527，因此需要在接收模块中对其进行解码。本接收模块选择软件解码方式。软件解码由单片机和外围电路组成，外围电路包括J05E超外差接收模块、存储器及其他控制电路。

3.3 报警和指示模块

遥控车位锁选择蓄电池的供电方式，因此需要及时监测其电量的使用情况，否则会加快蓄电池的耗损，降低其使用寿命，甚至有可能损坏蓄电池性能。本遥控车位锁设计了欠压检测电路(蓄电池的正常工作电压为12 V)，如果<9 V，则通过蜂鸣器单片机发出报警，告知用户蓄电池需要充电，确保车位锁的正常使用。由于遥控车位锁在使用过程中难免会遇到一些特殊的情况，如遥控按键错按停车时按了升起，起降杆起降时遇到障碍物等，此时，电动机会出现过载情况，如果不及时进行处理，电动机会造成损坏；因此，设计了过载检测电路来保护电动机，同时也需要指示电路和报警电路来提醒用户，避免对遥控车位锁造成不必要的损坏。

通过芯片CAT809T对电池的电量进行实时检测，如果不注意发电蓄电池的电量，则芯片CAT809T会发出低电平信号，单片机PIC16F873接收到低电平信号之后，下达控制命令，蜂鸣器报警。为了保证电动机的正常运转，对其进行过流保护，电动机控制接口与输出之间串联0.5 Ω电阻，当通过电流>4 A时，采样电阻两端压降超过T T L高电平最低电压为2 V时，PIC16F873检测到电平信息变化，电动机立即停止运转，并发出警报提醒用户。

4 遥控车位锁控制系统软件设计

系统需要生成遥控车位锁的打开和闭合编码，才能实现车位锁的打开和闭合。电源检测系统主要用来检测系统的电池电量情况，当电量过低时，指示灯报警提醒车主。其系统流程框图如图4所示。

图4 遥控车位锁控制软件程序流程图

5 遥控车位锁功能测试

本文设计的遥控车位锁采用12 V/23 A蓄电池供电，而选择的单片机的工作电压为5 V；因此，需要电源管理电路将12 V的供电电压转化成单片机的5 V正常工作电压。开关电源芯片选择LM2596。电源管理电路包括电源芯片、电容和二极管等。其优势在于节能性：电容全部采用非点解电容，不工作时不耗电，因此节省了电量，满足了遥控车位锁的低功耗要求。整个遥控车位锁的核心部位为单片机，也就是中央处理器，它控制着整个电路的运行，工作方式选择间歇式，PIC16F630单片机定时处SLEEP睡眠状态，无遥控信号时，电路处于休眠状态；有遥控信号时，电路处于工作状态。J05E的CE端口，启动超外差无线接收模块工作，检查有无无线编码进入，若无，CE置低电平，关闭无线接收模块，降低功耗，延长了电池的使用时间。

经测试，该遥控车位锁的遥控距离可以达到30 m，系统从睡眠到唤醒的时间≤0.5 s。对遥控车位锁的耗电量进行计算，计算方法参照文献[4]进行。系统静态电流(无机械动作)为0.021 A，动态电流(有机械动作)约为0.36 A，则1天的静态损耗为0.021×12×24=6.048 (W)；动态损耗主要在控制电动机正反转时消耗，每次运转时间约为3 s，若每天升降4次，则1天的动态损耗为(0.36×12×3×4)/3 600=0.014 (W)。因此，系统1天的总损耗为6.048+0.014=6.062 (W)，对于1个充满电的12 V、7 Ah蓄电池，车位锁可使用的时间约为(12×7×20)/6.35=277 (d)。

6 结语

本系统在设计过程中采用PIC16F630芯片，数据收发由红外无线方式实现，具有声光报警功能，提高了车位锁的安全性。其有效传输距离约为30 m，损耗低，响应快，符合节能的发展需求，市场应用前景宽广。

[1] 凌云,柴政.智能车位锁的设计与实现[J].电脑知识与技术.2009,5(3):691-692.

[2] 胥萌，何广军，刘彬，等．基于单片机的智能遥控车位锁研究[J].电脑知识与技术，2012，8(19)：4712-4714．

[3] 赵春红，杨勇．基于单片机和无线电遥控技术的密码锁设计[J].测控技术，2005，24(9)：9-11，31．

[4] 李玲,陈惠滨.基于KEELOQ的无线遥控车位锁系统设计[J]．电子技术应用，2013(12):52-54.

责任编辑郑练

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

杨在华(1976-)，男，工程师，讲师，硕士，主要从事软件工程应用和电子工程应用等方面的研究。

2014-12-27