太陽能供電式智能共享車位鎖

蘇小康 朱景昊 謝鼎盛 李華春 汪貴龍（東北林業(yè)大學(xué)交通學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150040）

1 概述

隨著近年來汽車數(shù)量的不斷增長，在大、中城市都出現(xiàn)了停車難問題，停車位高昂的價(jià)格讓許多有車一族望而卻步，但許多停車位的車主并不是24 小時(shí)停車，當(dāng)他們駕車外出時(shí)停車位處于閑置狀態(tài)，考慮到資源的合理利用如果可以設(shè)計(jì)出一款車位鎖將車位在空閑時(shí)間出租，既能給車位車主帶來經(jīng)濟(jì)利益，又可以解決部分車主的停車難問題，太陽能供電式智能共享車位鎖不僅可以解決該問題而且如果將車鎖應(yīng)用于公共停車位還能實(shí)現(xiàn)停車位互聯(lián)網(wǎng)化管理解放勞動(dòng)力。

2 硬件設(shè)計(jì)

硬件電路是車位鎖控制系統(tǒng)的核心部件，車鎖預(yù)約命令是通過APP 實(shí)現(xiàn)，所以硬件部分主要集中在控制車位鎖的終端。

2.1 驅(qū)動(dòng)器電路：車位鎖設(shè)備的驅(qū)動(dòng)器，主要作用是為車位鎖提供電源，就是將太陽能析產(chǎn)生的12V 穩(wěn)定低壓直流供電匹配為步進(jìn)電機(jī)所需的6V 低壓直流負(fù)載，提供步進(jìn)電機(jī)正常工作所需要電源。驅(qū)動(dòng)器是車位鎖升降的核心部分，驅(qū)動(dòng)電源是設(shè)備正常運(yùn)行的保障。驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)為恒壓輸出，輸出功率為控制器電路負(fù)載和步進(jìn)電機(jī)電路負(fù)載之和，共需33.5W。因?yàn)榕鋫溆刑崾倦娐泛推渌娮釉O(shè)備、且驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)換有一定效率、各種電路元器件之間有一定差異，為整個(gè)電路增加出17%的設(shè)計(jì)余量因此實(shí)際功率最大值設(shè)計(jì)為40W。

2.2 控制器電路：控制器電路主要由負(fù)責(zé)電源轉(zhuǎn)換的DC/DC 驅(qū)動(dòng)電路、MCU 微型處理器、Wi-Fi 無線收發(fā)電路、超聲波傳感器、紅外傳感器、壓力傳感器，以及周邊電路組成。無線傳輸部分選擇ESP8266 模塊。ESP8266 編程方法多樣，有更多的軟件支持且價(jià)格比ESP32 更加的低廉。

2.3 車位鎖電路：車位鎖電路主要由太陽能析供電電路，步進(jìn)電機(jī)控制電路、語音提示電路和監(jiān)控電路組成。由傳感器感測到車位鎖外部環(huán)境變換后，將信息交由MCU 微處理器處理，處理后將反饋信號輸入步進(jìn)電機(jī)的控制器實(shí)現(xiàn)車位鎖的升降，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)約和控制功能當(dāng)控制結(jié)構(gòu)發(fā)出命令以后，車位鎖結(jié)構(gòu)上升關(guān)閉鎖扣裝置將上方的按鈕摁下，完成對裝置結(jié)構(gòu)的管控。除此之外裝置在上升時(shí)對底部的按鍵裝置功能有按壓作用，通過對上升裝置的升起和落下對車位鎖電路進(jìn)行保護(hù)。

2.4 加熱融雪電路及太陽能析防塵自動(dòng)電刷電路：車位鎖應(yīng)用情況復(fù)雜，多雨雪地域可能會(huì)由于積雪導(dǎo)致車位鎖和太陽能析無法正常工作，會(huì)對嵌入式車鎖的使用帶來極大不便。因此在升降體頂端設(shè)置一個(gè)微型加熱棒，當(dāng)遇到雨雪天氣時(shí)通過溫度傳感器和光線傳感器驅(qū)動(dòng)加熱棒自動(dòng)開啟消除積雪。同時(shí)太陽能析工作于室外長期使用或遇到沙塵會(huì)覆蓋塵土，這對于太陽能析的正常使用會(huì)造成極大影響，因此我們在太陽能析后配備有微型電機(jī)連接雨刷，定期自動(dòng)開啟進(jìn)行除塵，保證太陽能析正常工作與此同時(shí)對加熱和融雪功能通過控制溫度在一定范圍內(nèi)，能夠保證對車位鎖電池壽命的延長使得車位鎖得到更好的保護(hù)。

2.5 提示功能電路：車位鎖提示電路由語音提示電路、夜間燈光提示電路和電量提示電路組成，語音提示電路是在車位鎖未接受指令情況下通過紅外傳感器感應(yīng)到有車輛停駐時(shí)自動(dòng)發(fā)出語音提示，當(dāng)傳感器接收信號消失后持續(xù)15s 開關(guān)自動(dòng)斷開語音提示結(jié)束。夜間提示功能通過光電傳感器感受到外界光線亮度下降到一定值后光電開關(guān)自動(dòng)關(guān)閉，同時(shí)超聲波傳感器感應(yīng)車輛停駐若感應(yīng)值達(dá)到上限，閉合開關(guān)開啟燈光提示。

2.6 太陽能析電路：太陽能電池析會(huì)將收集的太陽能轉(zhuǎn)換為電能，然后通過轉(zhuǎn)換器輸入蓄電池，將原本的太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)?2V的穩(wěn)定低壓直流再通過變壓電路轉(zhuǎn)換為動(dòng)力裝置需要的6V 穩(wěn)定低壓直流，太陽能析裝置主要有：太陽能析、轉(zhuǎn)換器、12V 蓄電池，除此之外在太陽能析上設(shè)置有凸透鏡吸更多的太陽能，完成對光照資源的更大化利用，除此之外設(shè)置的雨刷結(jié)構(gòu)可以完成對太陽能析的清潔，確保太陽能析能夠最大程度的吸收太陽能。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件設(shè)計(jì)的任務(wù)是開發(fā)出車位鎖手機(jī)端操作APP 以及負(fù)責(zé)控制車位鎖的MCU 軟件，車位鎖信息傳遞原理圖如圖：

圖1

3.2 手機(jī)APP 功能：車位鎖APP 從車位提供者，車位使用者，車位管理者三個(gè)方面考慮設(shè)計(jì)，設(shè)有空閑車位查詢、停車位共享時(shí)間發(fā)布、停車位預(yù)約、付費(fèi)平臺，車位狀態(tài)查詢，車位實(shí)時(shí)監(jiān)控，車位電量顯示功能，關(guān)于車位鎖和車輛的匹配，車位的位置信息是通過手機(jī)APP 設(shè)置定位并沒有安裝定位模塊這是因?yàn)椴糠周囄凰谖恢眯盘柦邮掌鳠o法接收信號會(huì)造（轉(zhuǎn)下頁）成失靈。APP 通過對車位信息發(fā)布和預(yù)定來實(shí)現(xiàn)車位的共享，當(dāng)駕駛?cè)说竭_(dá)停車位之后掃描停車二維碼對車位鎖進(jìn)行控制，停車位的關(guān)鍵步驟主要是對停車位進(jìn)行共享而后實(shí)現(xiàn)控制，按照使用步驟使用完成后必須對車位鎖進(jìn)行控制上升，完成所有功能后駕駛?cè)穗x開完成 使用功能。

3.3 MCU 微型處理器：考慮到傳播速度采用性能較好的STC12C5A60S2 單片機(jī)為主控制器。相比于普通的51 單片機(jī)STC12C5A60S2 有8 路10 位AD，同時(shí)多出了兩個(gè)定時(shí)器，設(shè)有PWM功能和SPI 接口。

3.4 軟件發(fā)布及分享：通過將部分車位鎖的安裝和停車APP 的使用指導(dǎo)完成對停車APP 的推廣，將停車位共享的最大優(yōu)點(diǎn)顯示出來體現(xiàn)出整個(gè)裝置的優(yōu)越性，從而實(shí)現(xiàn)軟件的推廣。

3.5 APP 編寫：使用APIcloud 編寫APP 所需程序，對APP需要實(shí)現(xiàn)的二維碼掃描和需要實(shí)現(xiàn)的程序控制功能采用Java語言編寫，在完成裝置軟件編寫后我們可以對APP 顯示出的二維碼進(jìn)行上傳和分享，實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的功能。

4 裝置測試

將軟件安裝到硬件中，將手機(jī)APP 與MCU 微型處理器進(jìn)行連接，調(diào)整測試，檢測硬件系統(tǒng)是否能夠正常運(yùn)行，對車鎖機(jī)械結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行壓力和紅外測試，檢測預(yù)定功能完成情況。除此之外對車位鎖供給一定的水查看裝置是否有防水功能，對正常工作時(shí)對車位鎖進(jìn)行防塵實(shí)驗(yàn)，確保裝置能夠有一定的防塵功能為了使裝置實(shí)際可使用性能大幅增加我們對太陽能析的供電性能進(jìn)行測試，確保能夠在正常的工作狀態(tài)下達(dá)到使用年限，使得設(shè)計(jì)的裝置可靠性高，實(shí)用性好可以投入實(shí)際生產(chǎn)中去。

5 結(jié)論

我們研究的太陽能供電式智能共享車位鎖，能夠通過手機(jī)APP 將私人車位進(jìn)行有償出租還能對公共車位進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)管理，可在積雪和沙塵條件下正常使用，利用清潔能源的同時(shí)、解放了勞動(dòng)力、實(shí)現(xiàn)了資源的最大利用化。能夠有效的緩解大、中型城市的停車問題，滿足停車需求同時(shí)創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益。