楊在華

(西安外事學(xué)院 工學(xué)院，陜西 西安 710077)

基于單片機(jī)的低功耗遙控車(chē)位鎖研究

楊在華

(西安外事學(xué)院 工學(xué)院，陜西 西安 710077)

根據(jù)當(dāng)前用戶對(duì)于遙控車(chē)位鎖的需求，研究了基于單片機(jī)的低功耗遙控車(chē)位鎖，選用PIC16F630單片機(jī)，設(shè)計(jì)了車(chē)位鎖的硬件部分和軟件部分。該遙控車(chē)位鎖應(yīng)用紅外技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，性能優(yōu)良，安全性高，功耗低，應(yīng)用前景十分廣泛。

PIC16F630；紅外技術(shù)；車(chē)位鎖

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車(chē)數(shù)量在逐年增加，停車(chē)難問(wèn)題備受社會(huì)關(guān)注。目前，很多城市都存在停車(chē)位緊張的問(wèn)題，因此，怎樣科學(xué)地提高停車(chē)位的利用率是物業(yè)管理需要解決的問(wèn)題[1]。遙控車(chē)位鎖中應(yīng)用紅外遙控技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)可以提高其保密性和可靠性[2]。本文基于PIC16F630單片機(jī)設(shè)計(jì)了低功耗遙控車(chē)位鎖，具有防盜、解鎖、上鎖和報(bào)警等功能，車(chē)主通過(guò)無(wú)線遙控器在接近車(chē)位時(shí)可控制車(chē)位鎖的解鎖和上鎖，實(shí)現(xiàn)了不下車(chē)操作，應(yīng)用效果良好。

1 遙控車(chē)位鎖整體結(jié)構(gòu)研究

本文設(shè)計(jì)的低功耗遙控車(chē)位鎖(見(jiàn)圖1)包括如下幾部分：驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、起降架、控制電路及車(chē)位鎖遙控器?？刂齐娐钒▎纹瑱C(jī)、時(shí)鐘和電源電路。單片機(jī)的輸出端和電動(dòng)機(jī)控制模塊(控制驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行)相連接，輸入端和落下?tīng)顟B(tài)傳感器、升起狀態(tài)傳感器、車(chē)輛在位狀態(tài)傳感器和遙控信號(hào)接收電路相連接，車(chē)位鎖遙控器中有遙控信號(hào)發(fā)送電路，用于發(fā)送車(chē)位鎖升降控制信號(hào)。當(dāng)車(chē)輛即將到達(dá)車(chē)位時(shí)，遙控器按下下降鍵，車(chē)位鎖下降，車(chē)停入停車(chē)位；車(chē)離開(kāi)車(chē)位時(shí)，遙控器按下上升鍵，車(chē)位鎖上升，以防止車(chē)位被占用；車(chē)停到停車(chē)位后，上升車(chē)位鎖，還能起到防盜作用。車(chē)位鎖的低電量情況和動(dòng)作情況可以通過(guò)其內(nèi)部的聲光報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警。本文研究的遙控車(chē)位鎖能夠?qū)崿F(xiàn)車(chē)位鎖的自動(dòng)鎖閉和開(kāi)起控制，提高了汽車(chē)的防盜系數(shù)，滿足社會(huì)需求，具有節(jié)能、降低成本和智能化等特點(diǎn)，市場(chǎng)的應(yīng)用前景廣泛。

圖1 遙控車(chē)位鎖組成圖

2 智能遙控車(chē)位鎖的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 無(wú)線遙控技術(shù)

無(wú)線遙控不需接觸被控目標(biāo)就可對(duì)其進(jìn)行控制，設(shè)備的移動(dòng)相對(duì)自由，主要應(yīng)用在家電、工程控制和航空航天領(lǐng)域。根據(jù)傳輸控制指令載體，無(wú)線遙控系統(tǒng)分為超聲波遙控系統(tǒng)、紅外線遙控系統(tǒng)及無(wú)線電遙控系統(tǒng)。由于紅外線遙控技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定和易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)，應(yīng)用廣泛[3]，因此本遙控車(chē)位鎖也采用紅外遙控技術(shù)。遙控器產(chǎn)生遙控編碼脈沖，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管發(fā)出紅外遙控信號(hào)，接收遙控信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行放大、檢波、整形，解調(diào)出遙控編碼脈沖。遙控編碼脈沖是2組串行二進(jìn)制碼，對(duì)于一般的紅外遙控系統(tǒng)，此串行碼輸入到微控制器，由其內(nèi)部CPU完成對(duì)遙控指令解碼，并執(zhí)行相應(yīng)的遙控功能。

2.2 主要芯片選型

2.2.1 單片機(jī)選型

采用PIC16F873單片機(jī)作為系統(tǒng)的微機(jī)控制器,其特性如下：1)功耗低，運(yùn)行速度快，抗電源波動(dòng)能力強(qiáng)，電壓為2.0～5.5 V；2)片內(nèi)程序高度保密，安全性高；3)有22個(gè)可編程I/O接口；4)采用在線串行編程和低壓編程技術(shù)；5)片上帶獨(dú)立振蕩器的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，上電復(fù)位電路，掉電模式、空閑模式和省電模式等，可簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)。

2.2.2 編碼芯片選型

編碼解碼芯片是實(shí)現(xiàn)智能遙控車(chē)位鎖的關(guān)鍵，本系統(tǒng)選擇EV1527芯片作為編碼芯片。

3 遙控車(chē)位鎖控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

遙控車(chē)位鎖的整體原理框圖如圖2所示。

圖2 遙控車(chē)位鎖的整體原理框圖

3.1 遙控發(fā)射模塊

本遙控車(chē)位鎖中發(fā)射模塊選擇基于芯片EV1527設(shè)計(jì)的高頻電路，其電路原理圖如圖3所示。

圖3 遙控發(fā)射電路原理圖

EV1527編碼芯片通過(guò)K1～K4等4個(gè)按鍵控制不同編碼的輸出，本遙控車(chē)位鎖的設(shè)計(jì)中只選擇了1個(gè)按鍵。按下開(kāi)關(guān)S1時(shí)，導(dǎo)通Q3，芯片開(kāi)始工作，指示燈D1閃爍，說(shuō)明按鍵有效將發(fā)出無(wú)線遙控信號(hào)，數(shù)據(jù)輸出通過(guò)TXD引腳串行實(shí)現(xiàn)。經(jīng)測(cè)量，采用12 V/23 A的電池在空曠地帶遙控發(fā)射模塊有效距離達(dá)到50～150 m。

3.2 遙控接收模塊

遙控車(chē)位鎖設(shè)計(jì)的重要部分是接收模塊接收調(diào)幅信號(hào)后，解調(diào)信號(hào)并將其發(fā)送給單片機(jī)控制器，從而實(shí)現(xiàn)遙控。為了降低功耗，在接收到信號(hào)時(shí)遙控模塊才正常工作，其余時(shí)刻為休眠狀態(tài)。

本遙控車(chē)位鎖選用的接收模塊為無(wú)線超外差射頻模塊J05E，該模塊的性能穩(wěn)定性良好。因?yàn)闊o(wú)線發(fā)射部分的編碼芯片選擇芯片EV1527，因此需要在接收模塊中對(duì)其進(jìn)行解碼。本接收模塊選擇軟件解碼方式。軟件解碼由單片機(jī)和外圍電路組成，外圍電路包括J05E超外差接收模塊、存儲(chǔ)器及其他控制電路。

3.3 報(bào)警和指示模塊

遙控車(chē)位鎖選擇蓄電池的供電方式，因此需要及時(shí)監(jiān)測(cè)其電量的使用情況，否則會(huì)加快蓄電池的耗損，降低其使用壽命，甚至有可能損壞蓄電池性能。本遙控車(chē)位鎖設(shè)計(jì)了欠壓檢測(cè)電路(蓄電池的正常工作電壓為12 V)，如果<9 V，則通過(guò)蜂鳴器單片機(jī)發(fā)出報(bào)警，告知用戶蓄電池需要充電，確保車(chē)位鎖的正常使用。由于遙控車(chē)位鎖在使用過(guò)程中難免會(huì)遇到一些特殊的情況，如遙控按鍵錯(cuò)按停車(chē)時(shí)按了升起，起降桿起降時(shí)遇到障礙物等，此時(shí)，電動(dòng)機(jī)會(huì)出現(xiàn)過(guò)載情況，如果不及時(shí)進(jìn)行處理，電動(dòng)機(jī)會(huì)造成損壞；因此，設(shè)計(jì)了過(guò)載檢測(cè)電路來(lái)保護(hù)電動(dòng)機(jī)，同時(shí)也需要指示電路和報(bào)警電路來(lái)提醒用戶，避免對(duì)遙控車(chē)位鎖造成不必要的損壞。

通過(guò)芯片CAT809T對(duì)電池的電量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，如果不注意發(fā)電蓄電池的電量，則芯片CAT809T會(huì)發(fā)出低電平信號(hào)，單片機(jī)PIC16F873接收到低電平信號(hào)之后，下達(dá)控制命令，蜂鳴器報(bào)警。為了保證電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)其進(jìn)行過(guò)流保護(hù)，電動(dòng)機(jī)控制接口與輸出之間串聯(lián)0.5 Ω電阻，當(dāng)通過(guò)電流>4 A時(shí)，采樣電阻兩端壓降超過(guò)T T L高電平最低電壓為2 V時(shí)，PIC16F873檢測(cè)到電平信息變化，電動(dòng)機(jī)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)，并發(fā)出警報(bào)提醒用戶。

4 遙控車(chē)位鎖控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)需要生成遙控車(chē)位鎖的打開(kāi)和閉合編碼，才能實(shí)現(xiàn)車(chē)位鎖的打開(kāi)和閉合。電源檢測(cè)系統(tǒng)主要用來(lái)檢測(cè)系統(tǒng)的電池電量情況，當(dāng)電量過(guò)低時(shí)，指示燈報(bào)警提醒車(chē)主。其系統(tǒng)流程框圖如圖4所示。

圖4 遙控車(chē)位鎖控制軟件程序流程圖

5 遙控車(chē)位鎖功能測(cè)試

本文設(shè)計(jì)的遙控車(chē)位鎖采用12 V/23 A蓄電池供電，而選擇的單片機(jī)的工作電壓為5 V；因此，需要電源管理電路將12 V的供電電壓轉(zhuǎn)化成單片機(jī)的5 V正常工作電壓。開(kāi)關(guān)電源芯片選擇LM2596。電源管理電路包括電源芯片、電容和二極管等。其優(yōu)勢(shì)在于節(jié)能性：電容全部采用非點(diǎn)解電容，不工作時(shí)不耗電，因此節(jié)省了電量，滿足了遙控車(chē)位鎖的低功耗要求。整個(gè)遙控車(chē)位鎖的核心部位為單片機(jī)，也就是中央處理器，它控制著整個(gè)電路的運(yùn)行，工作方式選擇間歇式，PIC16F630單片機(jī)定時(shí)處SLEEP睡眠狀態(tài)，無(wú)遙控信號(hào)時(shí)，電路處于休眠狀態(tài)；有遙控信號(hào)時(shí)，電路處于工作狀態(tài)。J05E的CE端口，啟動(dòng)超外差無(wú)線接收模塊工作，檢查有無(wú)無(wú)線編碼進(jìn)入，若無(wú)，CE置低電平，關(guān)閉無(wú)線接收模塊，降低功耗，延長(zhǎng)了電池的使用時(shí)間。

經(jīng)測(cè)試，該遙控車(chē)位鎖的遙控距離可以達(dá)到30 m，系統(tǒng)從睡眠到喚醒的時(shí)間≤0.5 s。對(duì)遙控車(chē)位鎖的耗電量進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算方法參照文獻(xiàn)[4]進(jìn)行。系統(tǒng)靜態(tài)電流(無(wú)機(jī)械動(dòng)作)為0.021 A，動(dòng)態(tài)電流(有機(jī)械動(dòng)作)約為0.36 A，則1天的靜態(tài)損耗為0.021×12×24=6.048 (W)；動(dòng)態(tài)損耗主要在控制電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)時(shí)消耗，每次運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間約為3 s，若每天升降4次，則1天的動(dòng)態(tài)損耗為(0.36×12×3×4)/3 600=0.014 (W)。因此，系統(tǒng)1天的總損耗為6.048+0.014=6.062 (W)，對(duì)于1個(gè)充滿電的12 V、7 Ah蓄電池，車(chē)位鎖可使用的時(shí)間約為(12×7×20)/6.35=277 (d)。

6 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用PIC16F630芯片，數(shù)據(jù)收發(fā)由紅外無(wú)線方式實(shí)現(xiàn)，具有聲光報(bào)警功能，提高了車(chē)位鎖的安全性。其有效傳輸距離約為30 m，損耗低，響應(yīng)快，符合節(jié)能的發(fā)展需求，市場(chǎng)應(yīng)用前景寬廣。

[1] 凌云,柴政.智能車(chē)位鎖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電腦知識(shí)與技術(shù).2009,5(3):691-692.

[2] 胥萌，何廣軍，劉彬，等．基于單片機(jī)的智能遙控車(chē)位鎖研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2012，8(19)：4712-4714．

[3] 趙春紅，楊勇．基于單片機(jī)和無(wú)線電遙控技術(shù)的密碼鎖設(shè)計(jì)[J].測(cè)控技術(shù)，2005，24(9)：9-11，31．

[4] 李玲,陳惠濱.基于KEELOQ的無(wú)線遙控車(chē)位鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．電子技術(shù)應(yīng)用，2013(12):52-54.

責(zé)任編輯鄭練

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

楊在華(1976-)，男，工程師，講師，碩士，主要從事軟件工程應(yīng)用和電子工程應(yīng)用等方面的研究。

2014-12-27