基于单片机智能车位锁的设计与实现

吴奔雷+徐泽华+程亮+梅斌

摘 要 为了解决停车难、乱停车、车位被占等问题，文章介绍了一种基于单片机的智能车位锁的设计方案，以单片机为控制核心，以蓝牙为数据传输媒介，配合上超声波感应模块和步进电机驱动模块及其机械装置，让手机和单片机进行通信，实现对车位锁的智能控制，具有实用性强、成本低、操作简单等特点。

关键词 单片机；智能；车位锁；蓝牙

中图分类号 G2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2017）183-0076-02

现代工作生活中，汽车已走进千家万户，它给我们带来的除了出行的迅速与便捷之外，还带来了停车难、乱停车、车位被占等一系列问题，停车位的优化管理成为了一个普遍且亟待解决的社会问题。若设计一种基于单片机控制的蓝牙车位锁，实现对车位锁的智能化控制，让车主不用下车去手动开关车位锁，直接在车内通过手机蓝牙软件来操纵车位锁的升降，这样就大大提高了车位锁的实用性和便捷性。

1 车位锁系统设计方案

通过功能需求分析，需要设计单片机控制电路，超声波测距模块，步进电机驱动模块，蓝牙通信模块等来完成以下功能：用户通过手机控制车位锁的升降、实时反馈车体位置信息给手机、提示用户控制车位锁升降等。对于手机与单片机间的通信模块，选择使用蓝牙通信，相较于红外遥控和WiFi，蓝牙有着独特的优势，它不像红外遥控，必须要对准其接受窗才能让单片机接收到信号，也不像WiFi那样需要有WiFi覆盖点和高额的成本。使用蓝牙通信，只需手机与单片机点对点连接上即可进行无死角通信，性价比最高。

2 硬件电路设计

2.1 单片机控制电路

本次设计选取51系列单片机，他是一个集成了CPU、存储器、定时器/计数器和I/O口等部件的微型计算机。功耗低，性能强，有8K在系统可编程Flash存储器，指令代码可兼容传统的8051。通过时钟系统、复位系统以及电源系统组成单片机的最小系统，再加上超声波电路和步进电机驱动电路即可满足该智能车位锁的硬件电路设计。

2.2 超声波感应电路

车辆在位以及汽车和车位锁的相对位置信息是通过超声波感应电路实现，本设计选取常见的HC-SR04超声波模块，其有4个接口端，VCC接直流5V，GND接地，TRIG为触发控制信号接单片机I/O口，ECHO为回响信号也接到单片机的任一I/ O口即可。

其基本工作原理：1）采用I/O的TRIG触发测距，要给上至少10us的高电平信号。2）自动发送有8个40kHz的方波，感应电路自动检测是否有信号返回信号。3）有信号返回时，通过单片机的I/O口ECHO输出一个高电平，该高电平的持续时间即为超声波从发出信号到收回信号的总时间，故其测试距离=（ECHO高电平持续时间*声速）/2，持续时间的记录由定时器TO来完成。

2.3 步进电机驱动电路

步进电机使用ULN2003A驱动芯片，它是一个7路的反向器电路，价格低廉，负载能力强且电流增益高，其输出端允许通过的IC电流为200mA，饱和压降1V。使用的步进电机28BYJ-48是一种四相八拍电机，他能够将电脉冲信号转换成角位移量，其工作电压为12V，用ULN2003A驱动能充分发挥步进电机的功能。

将驱动芯片的4个IN分别接到单片机的4个I/O口，作为输入，步进电机5根导线接到ULN2003A的输出端（红线为+）。单片机通过I/O口每给到一个脉冲信号，通过驱动，步进电機就会按照设定好的方向转动一个固定的角度，在程序中用for循环语句可让其持续转动。通过单片机控制电机的正/反转，即可模拟车位锁机械部分的升/降。

2.4 蓝牙信息传输模块

要实现手机与车位锁单片机的通信，蓝牙模块是不可或缺的部分。本设计选用HC-06作为蓝牙模块，它主要采用CSR的主流蓝牙芯片和蓝牙V2.0的标准协议。有四个重要引脚，分别是电源、地、发送和接收端。给蓝牙上电后，可通过USBTTL模块对其进行AT模式设置（慢闪），根据用户需要，可对其蓝牙名称、配对密码、传输波特率等进行个性化设置。

HC-06需与单片机相连，RXD与TXD交叉相连，蓝牙模块就相当于一根无形的串口线，波特率默认为9600，单片机串口程序初始化中波特率要设为一致。

用户通过手机蓝牙App，输入设置好的密码，将单片机的蓝牙与手机进行配对连接，蓝牙接收到手机端通过App发送的指令后，将信号通过串口传输给单片机主控芯片并让单片机做出相应的处理，手机与单片机间的通信便得到实现。

3 软件程序设计

3.1 单片机程序设计

本次设计的单片机程序是使用Keil的环境用C51编写，首先在main（）主函数中初始化各变量、定时器和串口等，然后进入while（1）循环，PC按顺序流经车位信息提示函数、车位锁电机处理函数、查询车位信息函数，三个函数包含了所有模块的程序，在while（1）中往复循环，并伴随着串口中断和定时器中断。通过串口中断接收手机App的指令，以此完成对车位锁的相应控制。

3.2 手机蓝牙App程序设计

使用Eclipse集成开发环境可进行安卓程序开发，一个程序工程包含布局文件和Activity控制文件。布局文件用于构建页面布局，Activity控制文件为整个程序的入口，后台逻辑程序从这里开始执行。对于安卓蓝牙软件的设计，两句代码和用于添加手机通过软件连接到蓝牙的权限。以此为基础在Activity文件中编写代码，设计出蓝牙软件，亦可通过互联网直接下载。

4 系统设计的实现

本设计是按照上述硬件电路、软件程序要求模拟出的智能车位锁系统，基本能实现用户对车位锁的智能控制，其中单片机最小系统使用51单片机开发板上的电路（含电机驱动芯片），再通过杜邦线分别连接上步进电机、蓝牙模块（已设置）和超声波模块，给单片机上电后，使用安卓手机打开“蓝牙串口助手”软件，输入配对密码，连接到车位锁单片机蓝牙，通过此软件，任意发送单片机程序设定好的指令，可实现控制车位锁（步进电机等机械装置）的升/降、查看车体与车位锁相对距离、反馈车体入位/出位情况等功能。

参考文献

[1]盛珣华，梅斌.单片机原理与应用[M].武汉：华中科技大学出版社，2014.

[2]郭天祥.新概念51单片机C语言教程[M].北京：电子工业出版社，2009.

[3]张思民.安卓应用程序设计[M].北京：清华大学出版社，2013.