一種低功耗遙控車位鎖的設(shè)計

左 岐,肖 鈞,祝環(huán)環(huán)（北方工業(yè)大學電氣與控制學院,北京 100144）

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一種低功耗遙控車位鎖的設(shè)計

左 岐,肖 鈞,祝環(huán)環(huán)
（北方工業(yè)大學電氣與控制學院,北京 100144）

摘 要：在現(xiàn)有對車位鎖的調(diào)研基礎(chǔ)上，本文設(shè)計了基于MSP430單片機的電動遙控車位鎖。該車位鎖具有低功耗，智能化程度高，自動限位等特點，可解決司機下車開鎖的麻煩，為用戶的使用帶來了便利。設(shè)計中采用了低功耗設(shè)計思想，實現(xiàn)了系統(tǒng)的低功耗運行模式。測試結(jié)果表明，該裝置可以在大于15米距離進行遙控開啟、停止動作，對于7AH的蓄電池，系統(tǒng)充電周期大于4個月。論文最后對存在的問題進行了分析，給出今后的努力方向。

關(guān)鍵詞：車位鎖； 遙控模塊； 位置檢測； 編碼解碼

1 引言

當前車主使用的車位鎖大多為機械式。當汽車進出停車位時，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，機械式車位鎖存在以下不足：（1）自動化程度低，當汽車進、出停車位時，司機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，司機需要一只手撐傘，另一只手開、鎖車位，很不方便；（3）女司機經(jīng)常忘記拉手剎，易造成溜車現(xiàn)象，嚴重時有可能發(fā)生車輛事故；（4）車內(nèi)有兒童時，兒童會隨意按動車內(nèi)機構(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行升降控制的自動化裝置，作用是防止別人占用自己的汽車泊位，自己進入或離開車位時進行遙控控制，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。經(jīng)過對市場反復(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，其主要特點如下：（1）以MSP430單片機為核心，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燈閃光報警和充電提示功能；（3）遙控距離遠，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 是我國臺灣普城公司生產(chǎn)的一種CMOS 工藝制造的低功耗低價位通用編碼碼電路，可提供多達12 位三態(tài)地址，實現(xiàn)531441個不同的地址編碼組合。目前多數(shù)遙控器由PT2262/PT2272組合實現(xiàn)。

發(fā)射器通常由PT2262設(shè)計而成，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。當發(fā)射器無按鍵按下時，PT2262 電源斷開，高頻發(fā)射電路不工作；當有按鍵按下時，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。發(fā)射器通常放置在車內(nèi)由司機操作，處于良好的工作環(huán)境，因此購買市場上成品進行編碼設(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 接收到信號后，其地址碼經(jīng)過兩次比較核對后，相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳輸出高電平。該高電平信號被單片機接收后經(jīng)過邏輯運算，城市控制信號，以控制繼電器動作，從而達到控制電動機的作用。

可根據(jù)設(shè)計要求對PT2262/2272的外接振蕩電阻進行適當?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。當升降桿升起到垂直位置時，位置傳感器S1感應(yīng)到位置信號并將信號送給單片機，單片機發(fā)出控制命令使電機停止電機運轉(zhuǎn)，升降桿停止上升。當升降桿下降到水平位置時，位置傳感器S2感應(yīng)到位置信號并將信號送給單片機，單片機再次控制電機停止電機運轉(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、機械觸點位置傳感器等。其中霍爾式傳感器具有使用壽命長、無觸點、無火花、無轉(zhuǎn)換抖動、適應(yīng)惡劣環(huán)境等優(yōu)點。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、無機械磨損、結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉等優(yōu)點。機械式開關(guān)通常采用長壽命的機械限位開關(guān)。

此外，設(shè)計中還要考慮是否有車輛停在車位上，防止誤動作而影響車輛的正常移動。為防止車輛停在車位上時，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行車輛探測。

3.2 電機驅(qū)動

目前，市場上存在的電機種類有很多，3V,5V,12V,24V直流電機，220V交流、直流電機，還有步進電機等。其中步進電機定位準確，但控制系統(tǒng)復(fù)雜。根據(jù)電動車位鎖的實際狀況，電機并不需要時刻精確定位，因此步進電機步滿足此需求。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蓄電池來對電動車位鎖進行充電，避免了將笨重的電池移回家充電的麻煩，因此電機選用12V直流電動機。

本次設(shè)計中選用電機轉(zhuǎn)速3000rpm經(jīng)減速器后為2.5rmp的12V直流電機，計算得知此時車位鎖從水平位置上升到垂直位置需要的時間為6s,能滿足實際需求。

電機驅(qū)動電路主要功能是對電機進行供電驅(qū)動與控制。根據(jù)PT2272提供的遙控指令，控制驅(qū)動電路為電機正反轉(zhuǎn)提供所需的電源。通用驅(qū)動模塊有L298n芯片提供的H橋驅(qū)動電路。其原理如圖1所示，圖中Q1,Q2,Q3,Q4為開關(guān)管，M為電機。當Q1，Q4導(dǎo)通且Q2，Q3截至時，電機正傳實現(xiàn)升降桿上升；當Q1，Q4截至而Q2，Q3導(dǎo)通時，電機反轉(zhuǎn)使升降桿下降從而實現(xiàn)鎖車位的功能。

3.3 二級保護

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，則計算機將控制電機一直轉(zhuǎn)動，直到被卡住堵轉(zhuǎn)狀態(tài)。因此系統(tǒng)設(shè)計了二級保護系統(tǒng)，當位置開關(guān)S1、S2失效，二級保護開關(guān)S3、S4起作用對系統(tǒng)進行雙重保護。

系統(tǒng)主控制器由MSP430單片機，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，接收遙控器信號并進行運算，再根據(jù)運算結(jié)果發(fā)出控制指令，控制繼電器的動作，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)計結(jié)果進行焊接與調(diào)試，實現(xiàn)了無線遙控信號的接收功能，并對遙控距離進行測試，由于遙控器與接收裝置之間設(shè)計的良好匹配，遙控距離可達15米（實驗室測試時有一道承重墻遮擋），符合大多數(shù)停車場情況，能滿足司機的需求。

4.2 功耗

完成系統(tǒng)調(diào)試后，對電機運轉(zhuǎn)、靜態(tài)待機和單片機低功耗模式下系統(tǒng)電流的消耗進行了測試，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，將會進一步降低系統(tǒng)待機功耗。

表1 系統(tǒng)功耗測試

4.3 電池壽命計算

假設(shè)車主每天早上和晚上各使用一次車位鎖，以6s為周期計算，則一天當中電機運動的時間為24s,消耗電能約為0.0006Ah；一天當中的待機時間約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算。按蓄電池的電量80%計算（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個月。

5 結(jié)束語

遙控車位鎖的設(shè)計，解決了司機上下車的麻煩，可改善停車場的環(huán)境。本遙控車位鎖可實現(xiàn)待機時低功耗模式，有效節(jié)省了電能的消耗，延長了充電周期。另外還進行了防盜設(shè)計，只有車主可進行車位鎖的拆卸操作，未經(jīng)授權(quán)人員不能進行車位鎖的拆卸操作，因此具有有效的防盜功能。

1mA 的待機電流仍然是主要的電能消耗，降低該電流是節(jié)能的主要措施。

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項目：本文由北方工業(yè)大學大學生科技創(chuàng)新項目資助。

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.220