1、 引言
當(dāng)前車主使用的車位鎖大多為機(jī)械式。當(dāng)汽車進(jìn)出停車位時(shí)，車主都要下車把車位鎖的升降桿放倒或立起，然后上鎖，使用非常麻煩，機(jī)械式車位鎖存在以下不足：（1）自動(dòng)化程度低，當(dāng)汽車進(jìn)、出停車位時(shí)，司機(jī)首先需要將車停在公共過道，然后下車開鎖和上鎖，影響其它車輛的通行；（2）遇有雨天，司機(jī)需要一只手撐傘，另一只手開、鎖車位，很不方便；（3）女司機(jī)經(jīng)常忘記拉手剎，易造成溜車現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)有可能發(fā)生車輛事故；（4）車內(nèi)有兒童時(shí)，兒童會(huì)隨意按動(dòng)車內(nèi)機(jī)構(gòu)、按鈕等，增大事故概率。
遙控車位鎖是一種用手持遙控器進(jìn)行升降控制的自動(dòng)化裝置，作用是防止別人占用自己的汽車泊位，自己進(jìn)入或離開車位時(shí)進(jìn)行遙控控制，省去上下車處理的麻煩。然而，目前國內(nèi)市場上一些在銷車位鎖大多存在智能化水平低，使用壽命不常的缺點(diǎn)。經(jīng)過對(duì)市場反復(fù)調(diào)查，一種智能化程度更高、功耗更低的高性能車位鎖被開發(fā)研制，其主要特點(diǎn)如下：（1）以MSP430單片機(jī)為核心，具有更低的功耗、更高的可靠性、更加緊湊的電路結(jié)構(gòu)和更強(qiáng)的抗干擾能力，適應(yīng)于一般停車場或者露天場所安放；（2）具有LED燈閃光報(bào)警和充電提示功能；（3）遙控距離遠(yuǎn)，使用更方便。
2 無線遙控原理
無線遙控系統(tǒng)由發(fā)射器和接收器兩部分組成。PT2262/PT2272 是我國臺(tái)灣普城公司生產(chǎn)的一種CMOS 工藝制造的低功耗低價(jià)位通用編碼碼電路，可提供多達(dá)12 位三態(tài)地址，實(shí)現(xiàn)531441個(gè)不同的地址編碼組合。目前多數(shù)遙控器由PT2262/PT2272組合實(shí)現(xiàn)。
發(fā)射器通常由PT2262設(shè)計(jì)而成，主要包括指令按鍵、指令編碼電路、調(diào)制電路、發(fā)射電路等幾部分。當(dāng)發(fā)射器無按鍵按下時(shí)，PT2262 電源斷開，高頻發(fā)射電路不工作；當(dāng)有按鍵按下時(shí)，PT2262 接通工作電源，高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號(hào)。發(fā)射器通常放置在車內(nèi)由司機(jī)操作，處于良好的工作環(huán)境，因此購買市場上成品進(jìn)行編碼設(shè)置即可。發(fā)射芯片2262將載波振蕩器、編碼器和發(fā)射單元集成于一身，使發(fā)射電路變得十分簡潔。
接收器由PT2272設(shè)計(jì)而成，主要包括選頻網(wǎng)絡(luò)、放大、整形等功能模塊。PT2272 接收到信號(hào)后，其地址碼經(jīng)過兩次比較核對(duì)后，相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳輸出高電平。該高電平信號(hào)被單片機(jī)接收后經(jīng)過邏輯運(yùn)算，城市控制信號(hào)，以控制繼電器動(dòng)作，從而達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)的作用。
可根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)PT2262/2272的外接振蕩電阻進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，阻值越大振蕩頻率越低，編碼的寬度越大，遙控距離越遠(yuǎn)越可靠。為了使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，通常選取PT2262為4.7MΩ、PT2272為820KΩ的匹配電阻。
3、 控制模塊
3.1 位置檢測
位置傳感器是用來感應(yīng)升降桿位置的傳感器。當(dāng)升降桿升起到垂直位置時(shí)，位置傳感器S1感應(yīng)到位置信號(hào)并將信號(hào)送給單片機(jī)，單片機(jī)發(fā)出控制命令使電機(jī)停止電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，升降桿停止上升。當(dāng)升降桿下降到水平位置時(shí)，位置傳感器S2感應(yīng)到位置信號(hào)并將信號(hào)送給單片機(jī)，單片機(jī)再次控制電機(jī)停止電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，升降桿停止下降。
常用位置傳感器有霍爾集成開關(guān)傳感器、光電位置傳感器、機(jī)械觸點(diǎn)位置傳感器等。其中霍爾式傳感器具有使用壽命長、無觸點(diǎn)、無火花、無轉(zhuǎn)換抖動(dòng)、適應(yīng)惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。光電開關(guān)多由可見光或紅外光等光電耦合器件，使用壽命長、無觸點(diǎn)、無機(jī)械磨損、結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。機(jī)械式開關(guān)通常采用長壽命的機(jī)械限位開關(guān)。
此外，設(shè)計(jì)中還要考慮是否有車輛停在車位上，防止誤動(dòng)作而影響車輛的正常移動(dòng)。為防止車輛停在車位上時(shí)，由于誤操作使車位鎖升起而卡在車底，造成不必要的麻煩和損失，可增加超聲波距離檢測傳感器等方法進(jìn)行車輛探測。
3.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)
目前，市場上存在的電機(jī)種類有很多，3V，5V，12V，24V直流電機(jī)，220V交流、直流電機(jī)，還有步進(jìn)電機(jī)等。其中步進(jìn)電機(jī)定位準(zhǔn)確，但控制系統(tǒng)復(fù)雜。根據(jù)電動(dòng)車位鎖的實(shí)際狀況，電機(jī)并不需要時(shí)刻精確定位，因此步進(jìn)電機(jī)步滿足此需求。車位鎖工作環(huán)境為室外，因此不適合用220V交流供電。而汽車蓄電池多為12VDC，因此使用12V或6V的蓄電池作為供電電源，可方便于直接由汽車的12V蓄電池來對(duì)電動(dòng)車位鎖進(jìn)行充電，避免了將笨重的電池移回家充電的麻煩，因此電機(jī)選用12V直流電動(dòng)機(jī)。
本次設(shè)計(jì)中選用電機(jī)轉(zhuǎn)速3000rpm經(jīng)減速器后為2.5rmp的12V直流電機(jī)，計(jì)算得知此時(shí)車位鎖從水平位置上升到垂直位置需要的時(shí)間為6s，能滿足實(shí)際需求。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路主要功能是對(duì)電機(jī)進(jìn)行供電驅(qū)動(dòng)與控制。根據(jù)PT2272提供的遙控指令，控制驅(qū)動(dòng)電路為電機(jī)正反轉(zhuǎn)提供所需的電源。通用驅(qū)動(dòng)模塊有L298n芯片提供的H橋驅(qū)動(dòng)電路。其原理如圖1所示，圖中Q1，Q2，Q3，Q4為開關(guān)管，M為電機(jī)。當(dāng)Q1，Q4導(dǎo)通且Q2，Q3截至?xí)r，電機(jī)正傳實(shí)現(xiàn)升降桿上升；當(dāng)Q1，Q4截至而Q2，Q3導(dǎo)通時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)使升降桿下降從而實(shí)現(xiàn)鎖車位的功能。
3.3 二級(jí)保護(hù)
由于系統(tǒng)升降與停止完全取決于位置傳感器的狀態(tài)，若位置傳感器失靈，則計(jì)算機(jī)將控制電機(jī)一直轉(zhuǎn)動(dòng)，直到被卡住堵轉(zhuǎn)狀態(tài)。因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)了二級(jí)保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)位置開關(guān)S1、S2失效，二級(jí)保護(hù)開關(guān)S3、S4起作用對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行雙重保護(hù)。 系統(tǒng)主控制器由MSP430單片機(jī)，外圍控制電路，位置檢測電路等構(gòu)成（見圖2）。主要的控制部分是MSP430單片機(jī)，接收遙控器信號(hào)并進(jìn)行運(yùn)算，再根據(jù)運(yùn)算結(jié)果發(fā)出控制指令，控制繼電器的動(dòng)作，從而控制車位鎖的上升、下降。
4 性能測試
4.1 遙控距離
按PCB設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行焊接與調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了無線遙控信號(hào)的接收功能，并對(duì)遙控距離進(jìn)行測試，由于遙控器與接收裝置之間設(shè)計(jì)的良好匹配，遙控距離可達(dá)15米（實(shí)驗(yàn)室測試時(shí)有一道承重墻遮擋），符合大多數(shù)停車場情況，能滿足司機(jī)的需求。
4.2 功耗
完成系統(tǒng)調(diào)試后，對(duì)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、靜態(tài)待機(jī)和單片機(jī)低功耗模式下系統(tǒng)電流的消耗進(jìn)行了測試，結(jié)果如表1所示。
由測試結(jié)果知：低功耗狀態(tài)下的電流為1mA，電流的消耗仍然較大，主要是高頻無線接收模塊需要提供較大的工作電流，若能降低該模塊的工作電流，將會(huì)進(jìn)一步降低系統(tǒng)待機(jī)功耗。
4.3 電池壽命計(jì)算
假設(shè)車主每天早上和晚上各使用一次車位鎖，以6s為周期計(jì)算，則一天當(dāng)中電機(jī)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為24s，消耗電能約為0.0006Ah；一天當(dāng)中的待機(jī)時(shí)間約86400s，功耗約為0.036Ah，所以該系統(tǒng)一天消耗的總電量為0.0366Ah。
電池電量為7Ah的蓄電池在充滿電量的情況下的使用壽命計(jì)算。按蓄電池的電量80%計(jì)算（5.6Ah），因此可得出蓄電池使用壽命為：
5.6/0.0366≈153（天）
蓄電池的使用壽命約為5個(gè)月。
5 結(jié)束語
遙控車位鎖的設(shè)計(jì)，解決了司機(jī)上下車的麻煩，可改善停車場的環(huán)境。本遙控車位鎖可實(shí)現(xiàn)待機(jī)時(shí)低功耗模式，有效節(jié)省了電能的消耗，延長了充電周期。另外還進(jìn)行了防盜設(shè)計(jì)，只有車主可進(jìn)行車位鎖的拆卸操作，未經(jīng)授權(quán)人員不能進(jìn)行車位鎖的拆卸操作，因此具有有效的防盜功能。
