一种低功耗遥控车位锁的设计

左 岐,肖 钧,祝环环（北方工业大学电气与控制学院,北京 100144）



一种低功耗遥控车位锁的设计

左 岐,肖 钧,祝环环
（北方工业大学电气与控制学院,北京 100144）

摘 要：在现有对车位锁的调研基础上，本文设计了基于MSP430单片机的电动遥控车位锁。该车位锁具有低功耗，智能化程度高，自动限位等特点，可解决司机下车开锁的麻烦，为用户的使用带来了便利。设计中采用了低功耗设计思想，实现了系统的低功耗运行模式。测试结果表明，该装置可以在大于15米距离进行遥控开启、停止动作，对于7AH的蓄电池，系统充电周期大于4个月。论文最后对存在的问题进行了分析，给出今后的努力方向。

关键词：车位锁； 遥控模块； 位置检测； 编码解码

1 引言

当前车主使用的车位锁大多为机械式。当汽车进出停车位时，车主都要下车把车位锁的升降杆放倒或立起，然后上锁，使用非常麻烦，机械式车位锁存在以下不足：（1）自动化程度低，当汽车进、出停车位时，司机首先需要将车停在公共过道，然后下车开锁和上锁，影响其它车辆的通行；（2）遇有雨天，司机需要一只手撑伞，另一只手开、锁车位，很不方便；（3）女司机经常忘记拉手刹，易造成溜车现象，严重时有可能发生车辆事故；（4）车内有儿童时，儿童会随意按动车内机构、按钮等，增大事故概率。

遥控车位锁是一种用手持遥控器进行升降控制的自动化装置，作用是防止别人占用自己的汽车泊位，自己进入或离开车位时进行遥控控制，省去上下车处理的麻烦。然而，目前国内市场上一些在销车位锁大多存在智能化水平低，使用寿命不常的缺点。经过对市场反复调查，一种智能化程度更高、功耗更低的高性能车位锁被开发研制，其主要特点如下：（1）以MSP430单片机为核心，具有更低的功耗、更高的可靠性、更加紧凑的电路结构和更强的抗干扰能力，适应于一般停车场或者露天场所安放；（2）具有LED灯闪光报警和充电提示功能；（3）遥控距离远，使用更方便。

2 无线遥控原理

无线遥控系统由发射器和接收器两部分组成。PT2262/PT2272 是我国台湾普城公司生产的一种CMOS 工艺制造的低功耗低价位通用编码码电路，可提供多达12 位三态地址，实现531441个不同的地址编码组合。目前多数遥控器由PT2262/PT2272组合实现。

发射器通常由PT2262设计而成，主要包括指令按键、指令编码电路、调制电路、发射电路等几部分。当发射器无按键按下时，PT2262 电源断开，高频发射电路不工作；当有按键按下时，PT2262接通工作电源，高频发射电路起振并发射等幅高频信号。发射器通常放置在车内由司机操作，处于良好的工作环境，因此购买市场上成品进行编码设置即可。发射芯片2262将载波振荡器、编码器和发射单元集成于一身，使发射电路变得十分简洁。

接收器由PT2272设计而成，主要包括选频网络、放大、整形等功能模块。PT2272 接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，相应的数据脚输出高电平。该高电平信号被单片机接收后经过逻辑运算，城市控制信号，以控制继电器动作，从而达到控制电动机的作用。

可根据设计要求对PT2262/2272的外接振荡电阻进行适当的调节，阻值越大振荡频率越低，编码的宽度越大，遥控距离越远越可靠。为了使系统更加稳定，通常选取PT2262为4.7MΩ、PT2272为820KΩ的匹配电阻。

3 控制模块

3.1 位置检测

位置传感器是用来感应升降杆位置的传感器。当升降杆升起到垂直位置时，位置传感器S1感应到位置信号并将信号送给单片机，单片机发出控制命令使电机停止电机运转，升降杆停止上升。当升降杆下降到水平位置时，位置传感器S2感应到位置信号并将信号送给单片机，单片机再次控制电机停止电机运转，升降杆停止下降。

常用位置传感器有霍尔集成开关传感器、光电位置传感器、机械触点位置传感器等。其中霍尔式传感器具有使用寿命长、无触点、无火花、无转换抖动、适应恶劣环境等优点。光电开关多由可见光或红外光等光电耦合器件，使用寿命长、无触点、无机械磨损、结构简单、价格低廉等优点。机械式开关通常采用长寿命的机械限位开关。

此外，设计中还要考虑是否有车辆停在车位上，防止误动作而影响车辆的正常移动。为防止车辆停在车位上时，由于误操作使车位锁升起而卡在车底，造成不必要的麻烦和损失，可增加超声波距离检测传感器等方法进行车辆探测。

3.2 电机驱动

目前，市场上存在的电机种类有很多，3V,5V,12V,24V直流电机，220V交流、直流电机，还有步进电机等。其中步进电机定位准确，但控制系统复杂。根据电动车位锁的实际状况，电机并不需要时刻精确定位，因此步进电机步满足此需求。车位锁工作环境为室外，因此不适合用220V交流供电。而汽车蓄电池多为12VDC，因此使用12V或6V的蓄电池作为供电电源，可方便于直接由汽车的12V蓄电池来对电动车位锁进行充电，避免了将笨重的电池移回家充电的麻烦，因此电机选用12V直流电动机。

本次设计中选用电机转速3000rpm经减速器后为2.5rmp的12V直流电机，计算得知此时车位锁从水平位置上升到垂直位置需要的时间为6s,能满足实际需求。

电机驱动电路主要功能是对电机进行供电驱动与控制。根据PT2272提供的遥控指令，控制驱动电路为电机正反转提供所需的电源。通用驱动模块有L298n芯片提供的H桥驱动电路。其原理如图1所示，图中Q1,Q2,Q3,Q4为开关管，M为电机。当Q1，Q4导通且Q2，Q3截至时，电机正传实现升降杆上升；当Q1，Q4截至而Q2，Q3导通时，电机反转使升降杆下降从而实现锁车位的功能。

3.3 二级保护

由于系统升降与停止完全取决于位置传感器的状态，若位置传感器失灵，则计算机将控制电机一直转动，直到被卡住堵转状态。因此系统设计了二级保护系统，当位置开关S1、S2失效，二级保护开关S3、S4起作用对系统进行双重保护。

系统主控制器由MSP430单片机，外围控制电路，位置检测电路等构成（见图2）。主要的控制部分是MSP430单片机，接收遥控器信号并进行运算，再根据运算结果发出控制指令，控制继电器的动作，从而控制车位锁的上升、下降。

4 性能测试

4.1 遥控距离

按PCB设计结果进行焊接与调试，实现了无线遥控信号的接收功能，并对遥控距离进行测试，由于遥控器与接收装置之间设计的良好匹配，遥控距离可达15米（实验室测试时有一道承重墙遮挡），符合大多数停车场情况，能满足司机的需求。

4.2 功耗

完成系统调试后，对电机运转、静态待机和单片机低功耗模式下系统电流的消耗进行了测试，结果如表1所示。

由测试结果知：低功耗状态下的电流为1mA，电流的消耗仍然较大，主要是高频无线接收模块需要提供较大的工作电流，若能降低该模块的工作电流，将会进一步降低系统待机功耗。

表1 系统功耗测试

4.3 电池寿命计算

假设车主每天早上和晚上各使用一次车位锁，以6s为周期计算，则一天当中电机运动的时间为24s,消耗电能约为0.0006Ah；一天当中的待机时间约86400s，功耗约为0.036Ah，所以该系统一天消耗的总电量为0.0366Ah。

电池电量为7Ah的蓄电池在充满电量的情况下的使用寿命计算。按蓄电池的电量80%计算（5.6Ah），因此可得出蓄电池使用寿命为：5.6/0.0366≈153（天）

蓄电池的使用寿命约为5个月。

5 结束语

遥控车位锁的设计，解决了司机上下车的麻烦，可改善停车场的环境。本遥控车位锁可实现待机时低功耗模式，有效节省了电能的消耗，延长了充电周期。另外还进行了防盗设计，只有车主可进行车位锁的拆卸操作，未经授权人员不能进行车位锁的拆卸操作，因此具有有效的防盗功能。

1mA 的待机电流仍然是主要的电能消耗，降低该电流是节能的主要措施。

参考文献：

［1］张小驰,陈天华.基于MSP430单片机的红外便携式心率监测系统［J］.制造业自动化,2014（12）.

［2］娄家星.基于单片机的超低功耗智能遥控车位锁的设计与实现，山东大学硕士学位论文,2012.

［3］孟然平,赵晓峰.基于单片机的遥控车位锁设计［J］.才智,2013（36）.

［4］胥萌等.基于单片机的智能遥控车位锁研究［J］.电脑知识与技术，2012（19）.

［5］张晖.基于单片机的智能电子遥控车位锁设计［J］.南通航运职业技术学院学报,2009（03）.

项目：本文由北方工业大学大学生科技创新项目资助。

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