電子停車(chē)位管理裝置的設(shè)計(jì)

羅 軍

（包頭市二零八地質(zhì)隊(duì)，內(nèi)蒙古包頭 014010）

現(xiàn)有停車(chē)位很多是人工管理，因而造成了管理隨意性大，收費(fèi)混亂，人工成本相對(duì)較高，管理方與車(chē)主都難以及時(shí)掌握車(chē)位的使用情況，既影響了車(chē)位的使用效率，又給車(chē)主尋找停車(chē)位帶來(lái)極大的不便。為了克服以上這些缺點(diǎn)，現(xiàn)開(kāi)發(fā)出一種可對(duì)停車(chē)位實(shí)行遠(yuǎn)程和自動(dòng)化管理的機(jī)電一體化的裝置，可做到無(wú)人值守，刷卡停車(chē)取車(chē)，自動(dòng)取費(fèi)，每個(gè)車(chē)位的繳費(fèi)、使用、運(yùn)行情況可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)及時(shí)地傳送給管理方，使管理方能夠?qū)λ茌牭乃型＼?chē)位進(jìn)行全面、及時(shí)、有效的管理；而車(chē)主也可通過(guò)提示及時(shí)掌握停車(chē)位的使用情況，避免了找車(chē)位的盲目性。

1 硬件系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用了機(jī)電一體化技術(shù)，硬件分機(jī)械與電子兩部分。機(jī)械部分為指令的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它可在電子部分的控制下將不同底盤(pán)高度的車(chē)輛卡住，并在繳費(fèi)后放行，同時(shí)也能將不被允許的車(chē)輛阻擋在停車(chē)位之外。電子部分則除了控制機(jī)械部分運(yùn)轉(zhuǎn)之外，還可通過(guò)特定的網(wǎng)絡(luò)把停車(chē)位的有關(guān)信息傳送給管理者，亦能為駕車(chē)者提示所需的使用信息.。

1.1 機(jī)械部分

如圖1所示，這部分主要由A、B、C三個(gè)裝置組成。裝置A與裝置B結(jié)構(gòu)相同。它們都是由互相嵌套在一起的三根鋼管組成并豎直埋在地面之下，位于里側(cè)的兩根鋼管在電機(jī)的帶動(dòng)下可上下自由伸縮。裝置C是一根中間高兩端低的橫桿，架在裝置A與裝置B之上，并能被它們頂起或落下，狀態(tài)如圖1所示。

當(dāng)有車(chē)輛停于整個(gè)裝置的上方時(shí)，電機(jī)得電啟動(dòng)，將裝置A與裝置B頂起從而橫桿C升起。當(dāng)橫桿C在升起的過(guò)程中碰到汽車(chē)底盤(pán)時(shí)在傳感器的作用下停止上升，于是整個(gè)裝置便將車(chē)輛卡在原地不能移動(dòng)。當(dāng)電機(jī)再次得到指令啟動(dòng)反轉(zhuǎn)時(shí)，整個(gè)裝置的運(yùn)行過(guò)程正好和上述過(guò)程相反，橫桿C水平落下，車(chē)輛便可開(kāi)走，經(jīng)過(guò)一段預(yù)設(shè)時(shí)間后，橫桿C又升起到一定高度停止并進(jìn)入待命狀態(tài)。

1.2 電子部分

電子部分的方框圖如圖2所示。除電源部分外，又分為單片機(jī)控制電路、網(wǎng)絡(luò)傳輸電路、傳感器電路、刷卡電路、顯示電路、電機(jī)。其中單片機(jī)控制電路是電子部分的核心，它可接收來(lái)自傳感器電路傳來(lái)的位置信息，控制電機(jī)的啟停和正反轉(zhuǎn)，通過(guò)刷卡電路感知停車(chē)位的狀態(tài)，將停車(chē)位的有關(guān)信息經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸電路發(fā)送給管理方，也可在顯示電路中顯示給車(chē)主，以利于車(chē)主及時(shí)了解停車(chē)位的狀態(tài)、收費(fèi)等相關(guān)信息。該電路還控制著網(wǎng)絡(luò)傳輸電路對(duì)數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收，實(shí)時(shí)保持著與管理方的信息交流，使得管理方總能在第一時(shí)間掌握停車(chē)位的運(yùn)行情況。

圖1 機(jī)械部分示意圖

圖2 電子部分框圖

1.2.1 單片機(jī)控制電路

該部電路的單片機(jī)采用的是Atmel公司的51單片機(jī)芯片AT89C52，它能夠滿足需求，而且極為常用，價(jià)格便宜，易于獲取，并且其外圍只接有少量的分立元件。另外，其外圍還接有帶串行E2PROM的CPU監(jiān)控器X5045，它具有3個(gè)功能：FLASH、復(fù)位、看門(mén)狗。復(fù)位功能對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位。存儲(chǔ)器功能存儲(chǔ)用戶的一些設(shè)置，如收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)、車(chē)位預(yù)設(shè)狀態(tài)、IP地址等。SI、SO、SCK引腳分別與單片機(jī)的INT1、T0、T1相接。RESET為漏極開(kāi)路輸出，故需接上拉電阻。

1.2.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸電路

網(wǎng)絡(luò)傳輸電路使用的是上海卓嵐信息科技有限公司生產(chǎn)的串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊ZLSN3000，它自帶一個(gè)RJ45接口，網(wǎng)口部分無(wú)需用戶設(shè)計(jì)，通過(guò)4個(gè)螺絲孔直接固定到用戶電路板上。串口部分最少可通過(guò)4根排線與單片機(jī)控制電路相連，分別 為 VCC（5V）、GND、TXD、RXD。其 中TXD、RXD可以直接3.3V或5V的51單片機(jī)。

1.2.3 傳感器電路

該部分電路由位置傳感器和電流傳感器組成。前者主要由安裝于三根鋼管之上的位置開(kāi)關(guān)組成。這些開(kāi)關(guān)分別固定于每根鋼管的特定位置，行成一個(gè)開(kāi)關(guān)群組，并可以將開(kāi)關(guān)的閉合信息及時(shí)傳送給單片機(jī)。通過(guò)這個(gè)群組中各個(gè)開(kāi)關(guān)的閉合關(guān)系，單片機(jī)既可判斷出鋼管之間的相對(duì)位置，再根據(jù)預(yù)先編制好的程序，來(lái)決定對(duì)電機(jī)的啟停以及速度的調(diào)控。后者采用的是Allegro公司出品的電流傳感器ACS712。該傳感器響應(yīng)時(shí)間快，輸出靈敏度高，能輸出與檢測(cè)的交流或直流電流成比例的電壓，可為工業(yè)、商業(yè)和通信系統(tǒng)中的交流或直流電流感測(cè)提供經(jīng)濟(jì)實(shí)惠且精確的解決方案。典型應(yīng)用包括電動(dòng)機(jī)控制、載荷檢測(cè)和管理、開(kāi)關(guān)式電源和過(guò)電流故障保護(hù)。它被封裝成貼片集成電路的形式，體積小巧便于客戶實(shí)施安裝。

1.2.4 刷卡電路

刷卡電路由射頻卡和射頻卡閱讀器組成。射頻卡由車(chē)主隨身攜帶，內(nèi)有芯片，可記錄現(xiàn)有金額及車(chē)輛信息。射頻卡閱讀器則是負(fù)責(zé)將卡內(nèi)信息讀出并傳給單片機(jī)，同時(shí)把單片機(jī)傳來(lái)的信息寫(xiě)入到卡內(nèi)。

1.2.5 顯示電路

它由一塊液晶顯示屏和附屬電路組成。它能將單片機(jī)傳來(lái)的信息顯示在屏幕上，以便于車(chē)主及時(shí)了解繳費(fèi)、停車(chē)位等相關(guān)情況。

1.2.6 電機(jī)

它選用的是可由程序控制運(yùn)轉(zhuǎn)的伺服電機(jī)，采用速度控制模式結(jié)合由終端負(fù)載傳來(lái)的位置信號(hào)來(lái)對(duì)電機(jī)進(jìn)行精確控制，它專為整套裝置提供動(dòng)力，并受控于單片機(jī)，由單片機(jī)產(chǎn)生控制速度與方向的信號(hào)，并決定啟動(dòng)和停止。

2 軟件系統(tǒng)

根據(jù)停車(chē)位的使用狀態(tài)軟件系統(tǒng)分為兩個(gè)模塊：當(dāng)停車(chē)位無(wú)車(chē)輛停放處于等待狀態(tài)時(shí)，其對(duì)應(yīng)的為待機(jī)模塊；當(dāng)車(chē)主需要將車(chē)從停車(chē)位取走時(shí)，其對(duì)應(yīng)的是取車(chē)模塊。

圖3 待機(jī)模塊流程圖

2.1 待機(jī)模塊

此模塊對(duì)應(yīng)于停車(chē)位的等待狀態(tài)，此時(shí)CPU將整個(gè)系統(tǒng)標(biāo)志為等待狀態(tài)，并將此狀態(tài)存入X5045的串行E2PROM中。同時(shí)把車(chē)位的狀態(tài)（專有、預(yù)定、空閑、禁用）在顯示屏上顯示出來(lái)。當(dāng)有車(chē)主刷卡時(shí)，其相關(guān)信息便傳給CPU。CPU把車(chē)主有關(guān)信息與存在E2PROM中管理方預(yù)設(shè)的參數(shù)相對(duì)比，若是非法用戶，既不是管理方預(yù)先指定的用戶，就通過(guò)顯示屏告訴車(chē)主不能使用，之后繼續(xù)進(jìn)入等待狀態(tài)。若是合法用戶，則CPU開(kāi)啟電機(jī)，將橫桿C落下。當(dāng)C完全落下到位后，位置傳感器便會(huì)給CPU發(fā)出一個(gè)到位信號(hào)，接到信號(hào)后，CPU將電機(jī)關(guān)閉。再經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的延時(shí)，車(chē)主把車(chē)輛在裝置上方停好后，CPU再次開(kāi)啟電機(jī)并控制其反向轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)橫桿C升起，當(dāng)接到橫桿到位的信號(hào)后，CPU將電機(jī)關(guān)閉，將整個(gè)系統(tǒng)標(biāo)志為有車(chē)狀態(tài)，同時(shí)把停車(chē)位及車(chē)主的相關(guān)信息存入E2PROM中，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送給管理方，之后整個(gè)系統(tǒng)被置于待機(jī)狀態(tài)。橫桿C在升起的過(guò)程中，若被車(chē)輪擋住或被某物卡住，電機(jī)電流將會(huì)發(fā)生變化，此時(shí)電流傳感器將會(huì)立即發(fā)出電機(jī)工作異常的信號(hào)，CPU接收到后馬上將電機(jī)關(guān)閉，同時(shí)通過(guò)聲音向車(chē)主報(bào)警，提示車(chē)主及時(shí)檢查停車(chē)位裝置，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間間隔，CPU再次啟動(dòng)電機(jī)推動(dòng)橫桿上升，若異常情況未排除，則CPU再次關(guān)閉電機(jī)并提示車(chē)主，如此循環(huán)往復(fù)3次，若異常情況仍未排除，則CPU關(guān)閉電機(jī)并不再啟動(dòng)，同時(shí)向管理方發(fā)出報(bào)警信息和停車(chē)位的位置信息，使得管理方能夠及時(shí)派人趕赴現(xiàn)場(chǎng)處理情況。

2.2 取車(chē)模塊

此模塊對(duì)應(yīng)于停車(chē)位有車(chē)輛停放的狀態(tài)，整個(gè)系統(tǒng)標(biāo)志為有車(chē)狀態(tài)。車(chē)主刷卡取車(chē)時(shí)，系統(tǒng)由待機(jī)狀態(tài)被喚醒，CPU開(kāi)始接收刷卡電路傳來(lái)的車(chē)主信息，并把之前存入E2PROM中的關(guān)于停車(chē)車(chē)主信息取出與之相比較，若兩者一致，則再檢查卡中余額是否夠交本次停車(chē)費(fèi)用，若夠交則開(kāi)啟電機(jī)將橫桿落下，當(dāng)橫桿落下到位后，以語(yǔ)音的方式通知車(chē)主可以將車(chē)開(kāi)走；若不夠交本次費(fèi)用，CPU仍將橫桿落下，但通知車(chē)主需要給卡充值，同時(shí)將卡內(nèi)余額全部清零。經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間間隔，待車(chē)開(kāi)走后，CPU再次啟動(dòng)電機(jī)推動(dòng)橫桿上升，到位后電機(jī)停轉(zhuǎn)，整個(gè)系統(tǒng)重新進(jìn)入等待狀態(tài)。若是停車(chē)車(chē)主和取車(chē)車(chē)主信息經(jīng)CPU比較不一致，則CPU不會(huì)啟動(dòng)電機(jī)并提示車(chē)主輸入信息有誤。

圖3 取車(chē)模塊流程圖

3 結(jié) 語(yǔ)

本套管理裝置采用了當(dāng)下先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，與傳感器感知層面和系統(tǒng)的執(zhí)行層面的應(yīng)用結(jié)合在一起，使得其智能化程度大大提高，對(duì)停車(chē)位的管理更加有效靈活，從而管理者能夠及時(shí)全面地掌握停車(chē)位的運(yùn)行情況，在最大程度上減低了人為的干擾因素，降低了管理成本，同時(shí)運(yùn)行成本也得到降低。另外，由于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上采取的是“一個(gè)車(chē)位只對(duì)一張卡”的管理方式，在一定程度上也可避免車(chē)輛被盜現(xiàn)象的發(fā)生。

1 劉守義，楊宏麗，王靜霞.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002

2 Allegro公司.ACS712集成電路使用說(shuō)明書(shū)［M］，2009

3 麥斯特（無(wú)錫）機(jī)電有限公司.伺服電機(jī)選型計(jì)術(shù)指南［M］，2010

4 蔡小如.非接觸式智能IC卡及其應(yīng)用［M］.北京：電子制作，2002

5 吳少軍，劉光斌.實(shí)用低功耗設(shè)計(jì)—原理、器件與應(yīng)用［M］.北京：人民郵電出版社，2003