基于射频感应的停车桩控制器设计

陈思 汪莲 邓贵兰 欧阳康 王纪婵

摘要：提出了一种停车桩控制器。应用超声波反射原理，实现了车辆有或无的检测；采用霍尔开关集成传感器，准确判断停车桩档杆的位置，实现了停车桩的开启与闭合控制；采用射频感应芯片，无需手动遥控控制，实现车辆的自由进出。实验结果表明，停车桩感应控制器能够自动检测停车位中有无车辆， 能够自动感应控制停车桩的开闭.

关键字：射频感应；停车桩

随着中国汽车数量的增多，停车位的需求也随之增加。多数私家车主选择购买一个专用的停车位，但停车位被占用的现象多有发生，于是就急需设计专门管理停车位的设备。本文提出一种停车桩射频感应控制器设计方案，可以实现车辆出入停车位时的自动开启和关闭，使用简单方便。

一、系统设计

本文提出的停车桩射频感应控制器的组成主要有：STC12C2052AD单片机芯片[1][2]、射频感应模块[3]、超声波测距传感器[4]和霍尔开关集成传感器等。系统硬件电路原理框图如图1所示。

图1 智能射频感应停车桩硬件电路原理框图

二、工作原理

通过智能射频感应停车桩整机的工作过程可知各部分构成电路需要达到的设计目的。下面分别给出其它各部分的工作原理和电路。

1、控制芯片：停车桩采用STC12C2052AD系列单片机芯片，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。

2、ISP通信电路：ISP通信电路主要用于停车桩的软件升级，含Gnd/P3.0/P3.1/Vcc四个信号，接到电路板上的四针插座上，通过电脑RS-232接口进行软件升级。

3、位置传感器：位置传感器电路由霍尔集成传感器IC1、IC2、IC3开关管T1，限流电阻R1，上拉电阻R2、R3组成，IC3是六反相器CD4069，用来加强驱动能力。

4、车辆在位传感器电路：车辆在位应用超声波测距原理，由发射电路和接收电路两部分组成。发射电路如图2所示，它由多反相器IC1（由低功耗CMOS集成电路CD4069构成）、超声波发射换能器TX（F）和电源控制三极管T1构成。

超声波接收电路主要由IC1CX20106A、超声波换能器RX（S）和电源控制三极管T1三部分构成。CX20106A是红外接收专用集成电路，其性能稳定可靠、使用广泛，还因为红外线常用的载波频率为38KMz，与超声波发射频率40KMz十分接近，所以在此把它作为超声波检测接收电路，图3是超声波接收电路原理图。

图2 超声波发射原理图

图3 超声波接收电路原理图

三、射频感应系统设计与实现

射频感应系统部分主要包括发射电路、接收电路、编码电路和解码电路四部分，下面就这几方面分别进行介绍。

1、射频感应发射电路原理如图4所示。射频发射电路采用315MHz声表面谐振器稳频，它用树脂封装，频率稳定性较好，免调试。射频感应发射电路发射天线长度可在0～25cm之间。本文射频感应发射电路配合PT2262编码器加印制板波浪型8cm天线发射，在开阔地最大发射距离约为160m，在障碍区相对要近些，对于射频感应停车桩产品来说这个距离比较适合。

图4 射频发射电路原理图 图5射频感应接收电路原理图

2、射频感应接收电路是智能射频感应停车桩能否实现其设计目标的关键所在。停车桩在待机状态下，唯有射频感应接收电路处于正常工作状态，因此射频感应接收电路的功耗问题是关键所在，不但要求电路具有超低功耗又能够保证其稳定性和灵敏度。美国Micrel半导体公司最新推出的MICRF002是应用于无线射频感应方面的单片无线OOK（ON-OFF Keyed）接收扫频芯片，其高频信号接收功能全部集成于片内，以达到用最少的外围器件和最低的成本，并获得最可靠的接收效果。

3、编码和解码电路采用台湾普城公司生产的低功耗低价位通用编码、解码电路PT2262/2272。编码芯片是PT2262，PT2272是对应的解码电路，只有当地址编码同PT2262完全一致时，PY2272输出互锁高电平控制信号。

四、主程序框图如图

基于单片机的智能射频感应停车桩整机的工作过程如下：停车桩在待机状态下，除超声波传感器和射频感应系统外，包括单片机在内的所有电路都处在断电状态，超声波模块监测车辆是够停在车位，并根据结果控制停车桩开启和关闭；射频感应接收器感应发射端信号，当有信号时，即车辆驶近，将信号送给电源控制电路和单片机端口，电源控制电路收到信号后接通电源给单片机供电，单片机开始工作并控制停车桩开启；位置传感器监测停车桩处于开启还是关闭状态。

五、结束语

本文通过硬件和软件相结合，实现了基于单片机的智能射频感应停车桩的设计；并且把超声波测距原理引入到射频感应停车桩中，实现了停车桩的车辆在位检测，解决了车辆在位时由于误操作致使停车桩起降杆卡在车底的问题。考虑到超声波测距电路成本较高，且停车桩对距离测量的准确度要求不是太高，因此本文把成本较低的红外线接收电路引用到超声波接收电路中，因为超声波和红外线频率相近，即达到了目的又节约了成本。

参考文献

[1] 《单片机应用系统设计与实践》陈奥初等著，北京航空航天大学出版社，2002

[2] 《单片机语言程序设计》侯殿友著，人民邮电出版社，2010

[3] 《实用射频感应电路》肖景和等编著，人民邮电出版社，2002

[4] 闫东磊.基于ATmega8L高精度超声波测距仪的设计.武汉：武汉理工大学，2010

项目来源：

2016年湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目（869）

作者簡介：

陈思，1993年9月，男，汉族，湖南省常德市汉寿县，在读学生，长沙师范学院汽车电子技术专业学生；王纪婵（通信作者），男，副教授，长沙师范学院汽车电子技术专业教师。