基于單片機的地下車庫車位監(jiān)測系統(tǒng)的設計*

薛德寬 位浩杰 胡愛芹 黃興洲 任學智 關(guān)華清

[中國石油大學(華東)理學院 山東 青島 266580]

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物理技術(shù)研究

基于單片機的地下車庫車位監(jiān)測系統(tǒng)的設計*

薛德寬 位浩杰 胡愛芹 黃興洲 任學智 關(guān)華清

[中國石油大學(華東)理學院 山東 青島 266580]

提出了一種基于單片機的地下車位監(jiān)測系統(tǒng)，應用于地下車庫車位實時監(jiān)測.該系統(tǒng)以單片機為基礎，采集車位照明燈光信號被遮擋前后的硅光電池的電壓信號，用電壓比較電路處理硅光電池的電壓信號，并將處理之后的電信號傳送至單片機，最后將車位實時數(shù)據(jù)在液晶屏上顯示.本系統(tǒng)將硅光電池和車庫照明系統(tǒng)有機結(jié)合起來，提升了照明燈光的應用價值；實現(xiàn)了車位信息的實時監(jiān)測，提高了車庫的運作效率.

硅光電池 車位監(jiān)測 單片機

1 引言

隨著城市化建設和車輛數(shù)目的增加，地下車庫建設的數(shù)量和規(guī)模也在不斷擴大.目前地下車庫的燈光系統(tǒng)僅用來照明，造成了資源的浪費；車位的監(jiān)測大多依靠人工記錄進行管理，車庫的運作效率不高[1].少數(shù)車庫的管理系統(tǒng)應用地磁傳感器，建設和維護成本高，普及率很低.本系統(tǒng)采用基于光電轉(zhuǎn)換原理的硅光電池，利用其反應速度快、精度高、工作性能穩(wěn)定等優(yōu)點，將正對硅光電池的照明燈光作為一種檢測信號，經(jīng)過單片機處理后來實現(xiàn)對車位進行實時監(jiān)測.系統(tǒng)將車位信息和燈光信號有機結(jié)合，提高了照明燈光的利用率，也方便了車庫的管理，提高車庫的運作效率，對硅光電池的特性研究和實用化開發(fā)具有十分重要的意義.

2 系統(tǒng)理論基礎

如圖1所示,在無外加電壓時，光照引起半導體的載流子遷移,在其兩端產(chǎn)生光生電動勢，即光生伏特效應.硅光電池的基本原理就是光生伏特效應，基本結(jié)構(gòu)為PN結(jié)，受光照后產(chǎn)生一個由N區(qū)到P區(qū)的光電流i，在有光線作用時硅光電池就相當于一個電壓源[2].

圖1 PN結(jié)因光照產(chǎn)生電動勢

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計

本車位監(jiān)測系統(tǒng)由電源模塊、車位信息監(jiān)測模塊、車位數(shù)據(jù)處理模塊和車位信息顯示模塊組成.電源模塊即照明系統(tǒng)、單片機和液晶屏的供電電源；車位信息檢測模塊包括照明系統(tǒng)與硅光電池；車位數(shù)據(jù)處理模塊包括STC89C52單片機與LM324N電壓比較器電路；車位信息顯示模塊為液晶屏.圖2為該系統(tǒng)的原理框圖.

圖2 車位監(jiān)測系統(tǒng)原理框圖

4 系統(tǒng)硬件設計

車位監(jiān)測系統(tǒng)的功能主要是利用LED燈光信號對車位有無車輛進行監(jiān)測.系統(tǒng)主要硬件模塊由車位信息監(jiān)測模塊和車位數(shù)據(jù)處理模塊組成.

4.1 車位信息監(jiān)測模塊

車位信息監(jiān)測模塊是本系統(tǒng)的車位數(shù)據(jù)采集端，主要由LED燈與正對的硅光電池組成.硅光電池的上電極為柵狀受光電極，柵狀電極下涂有抗反射膜，用以增加透光，減小反射，下電極是一層襯底鋁，當光照射時，產(chǎn)生一個與光照強度有關(guān)的電動勢，一般可產(chǎn)生0.2～0.6 V電壓，50 mA電流.硅光電池結(jié)構(gòu)如圖3所示.當汽車駛進車位時，車位中心位置的硅光電池被汽車遮擋，硅光電池表面的光強減小，兩端的電壓為低電壓；當汽車駛出車位時，車位中心位置的硅光電池不被遮擋，硅光電池表面光強增加，兩端的電壓為高電壓[3].

圖3 硅光電池結(jié)構(gòu)

4.2 電壓比較電路的設計

當燈光信號被汽車遮擋時，硅光電池兩端的電壓值經(jīng)過LM324N電壓比較器電路比較后，輸出單片機可以檢測到低電平信號；當燈光信號沒被汽車遮擋時，硅光電池兩端的電壓值經(jīng)過LM324N電壓比較器電路比較后，輸出單片機可以檢測到高電平信號[4].電壓比較電路如圖4所示.

圖4 電壓比較電路

4.3 車位數(shù)據(jù)處理模塊

車位數(shù)據(jù)處理模塊是本系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理中心，主要由STC89C52單片機組成.STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，性能穩(wěn)定，滿足車位數(shù)據(jù)的處理和對12864液晶顯示屏的控制要求.當車庫照明系統(tǒng)工作時，單片機接收車位數(shù)據(jù)，完成一次刷新，刷新車位信息確保車位數(shù)據(jù)的實時性，并在液晶顯示屏上實時顯示.

5 系統(tǒng)軟件設計

車輛出入車庫系統(tǒng)工作流程圖如圖5所示.

圖5 系統(tǒng)工作流程圖

本系統(tǒng)單片機的主要功能是車位數(shù)據(jù)的處理和液晶屏的數(shù)據(jù)顯示；根據(jù)車輛出入庫的流程對單片機進行調(diào)試編程，車位數(shù)據(jù)處理的主程序框圖如圖6所示[5].

圖6 數(shù)據(jù)處理主程序框圖

6 結(jié)束語

光電傳感器的應用和開發(fā)是研究領(lǐng)域的熱點，本系統(tǒng)針對現(xiàn)在地下車庫內(nèi)照明浪費嚴重和管理困難的問題，提出了一種硅光電池應用于地下車庫車位監(jiān)測的系統(tǒng)，即可以提高照明系統(tǒng)的附加值，解決了照明節(jié)能的問題；也幫助管理停車場，提高了停車場的利用率.鑒于不同車庫內(nèi)環(huán)境的區(qū)別，硅光電池兩端電壓不同的問題可以從處理電壓比較電路部分進一步加以完善.本系統(tǒng)的原理基礎正確,結(jié)構(gòu)設計方案可行，硬件設計可靠，已成功地制作演示儀器，在實驗教學和科學研究工作中發(fā)揮了作用.

1 陳魯,王濤.地下車庫燈光導航系統(tǒng)的設計與實現(xiàn).信息技術(shù)與信息化,2014(01):64～67

2 陳中儒.光電傳感器——光電池.科技資訊,2008(06):6～7

3 張瑋,楊景發(fā),閆其庚.硅光電池特性研究.實驗技術(shù)與管理,2009(09):42～46

4 童詩白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎.北京:高等教育出版,2014.423～433

5 范宜添.基于單片機的智能車庫管理系統(tǒng)設計.電子技術(shù),2014(05):39～72

6 周聯(lián),盧佃清,史林興.硅光電池特性研究.實驗室研究與探索,2011(11):37～39

Design on Parking Monitoring System of Underground Garage Based on MCU

Xue Dekuan Wei Haojie Hu Aiqin Huang Xingzhou Ren Xuezhi Guan Huaqing

(China University of Petroleum,Qindao,Shandong 266580)

This paper presents a new underground parking monitoring system based on MCU, used in the real-time monitoring of the underground parking garage. The system is based on MCU, collectingvoltage signal of silicon photovoltaic cells before and after the illumination light signal is blocked, processing silicon photocell voltage signal using the voltage comparator circuit. At last, the electrical signal after treatment is transmitted to the MCU, and real-time data is displayed on the LCD screen. The system combines silicon photovoltaic cells and garage lighting to enhance the value of the illumination light, achieving real-time monitoring of parking information, so that it can improve the operational efficiency of the garage.

silicon photovoltaic cells; parking monitoring system; MCU

*中國石油大學(華東)大學生創(chuàng)新訓練國家級項目,項目編號：201410425067

薛德寬(1994- )，男，在讀本科生，主要研究方向為可見光通信工程.指導教師：陳文娟(1969- )，女，碩士，高級實驗師，研究方向為儀器管理與制作.

2015-05-06)