一種基于stm32 的智能共享車位鎖設計

朱景昊 蘇小康 劉發學 關 翔

（東北林業大學交通學院，黑龍江 哈爾濱150040）

引言：基于汽車服務視角引出項目的可行性和功能性分析

本文結合智能共享車位鎖實現車位共享的這一基本方法，形成遠程云端、車位鎖智能裝置、手機軟件客戶端三者通過數據的實施共享與處理實現下的一整套的智能共享車位鎖的解決方案，以實現現有停車位的最大使用價值。

1 總體方案設計

1.1 領域當前的研究背景分析與設計目標的確立

分析研究可以指出，目前智能停車領域研究了很多方法對停車位進行管理，主要集中于物聯網技術，有基于單片機原理，有基于Android 進行運行，智能管理系統與車鎖相連技術趨于成熟。而且目前有專門就車位鎖提出研究的人很少，存在的專題研究存在以下幾點問題：該車鎖會對路面交通造成影響、裝置隱蔽性差而且能源供給不合理、普遍采用蓄電池供電和電網供電。由以上的分析我們便可以得到本次我們的主要研究目標集中在設計并且制作出太陽能供電式智能共享車位鎖，解決以往車位鎖對路面交通的影響問題和裝置電源問題，設計出一個結構簡單，安裝方便，能夠共享的車位鎖。最后將我們的車鎖與互聯網技術結合研發出一款太陽能供電式智能共享車位鎖，利用綠色能源實現資源和經濟的最大效益化。

1.2 總體設計思路

經歷了對目前領域內研究不足的分析與研究目標的探究，我們的研究內容總結起來就是以下幾點：

1.2.1 如何實現車位的預定：當車位未預定時，因使該車位鎖嵌入地下，保證道路的正常通行。當車位被預定時，該車位鎖在一定時間內升起一定高度，防止非目標車輛進入該車位，一旦目標車輛到達指定位置，車位鎖自動恢復原來位置，實現停車。

1.2.2 如何實現對陌生車輛的限制：當陌生車輛未預定而直接進入停車位停車時，這時車位鎖采用報警裝置，提醒車主進行預訂或離開該車位。

1.2.3 如何實現太陽能供電對于該車位鎖的能量來源問題：我們采用太陽能供電，實現太陽能供電，保證低能耗的同時利用清潔能源做到自然資源的最大利用。在停車位上合理的位置鋪上太陽能板，當有光照時對該車鎖進行充電，內安裝蓄電池，以備陽光不足。

1.2.4 如何實現車位的共享：對于共享模塊，我們把所有車位資源信息放入一個云系統，當某個車位被預定了，該車位就被鎖定，就不會出現在系統中，當車主離開停車位時，該車位就解除鎖定，這樣就可以實現車位的共享。

2 軟件系統開發與數據通信系統

2.1 硬件層的軟件設計要求：

為了達到很好的傳播速度與穩定性，我們采用性能較好的MCU 微型處理器，型號為STC12C5A60S2 的單片機為主控制器。STM32 控制單元具有更強的性能，同時可以應用的功能拓展也更為豐富。因此，針對我們選用的硬件平臺來開發應用APP，我們采用適配微處理芯片的APIcloud 來編寫APP 主體的應用層程序。而針對后期推廣中所用到的二維碼掃描識別和其他復雜的程序各項控制功能指令采用平臺更加成熟的Java 來編寫。

2.2 數據通信原理

為了實現物聯網通信，我們選用的開發板集成了GSM/GPRS 模塊，同時應用了GPRS 的聯網方式保證了智能車位鎖的互聯網數據傳輸服務的可靠性，有效保證了其與云服務器之間的數據傳輸。而對于檢測裝置的信號表征的車位信息，該系統也可以實現云端與車位鎖之間的即時數據互通，從而達到雙向數據傳輸的效果。

2.3 APP 功能開發與測試

明確了實際的需求，我們開發的應用程序必須設置的功能有車位狀態信息顯示、車位共享時間云端統計協同、車位預約、繳費系統，車位實時狀態檢測等功能。滿足從車位管理，使用，檢測等幾方面的實際使用要求。APP 云端服務器通過對車位信息的返回數據分析和發布和預定來實現對車位的共享的高效管理，通過二維碼作為對車位共享信息發布與狀態信息變更的主要通道，包括對停車位的使用與預定信息。當使用者掃描停車二維碼后，云端接受信息處理后發布指令使車位鎖相關機構動作來對其進行控制。軟件的安裝與調試過程中，將手機APP 與MCU 微型處理器進行共線測試，尤其要注意其平臺的兼容性問題，并及時對于出現的各種問題進行修復。

3 硬件系統設計

3.1 硬件系統層面的功能實現原理

本文介紹的裝置核心控制機構采用 Cortex-M3 內核的STM32 作為核心控制器，相較于51 系列單片機，作為STM32 系列加強性能的單片機控制器，STC12C5A60S2 擁有更多的8 路10 位AD，不僅設有PWM功能和SPI 接口，拓展功能更為豐富，同時也擁有兩個定時器更加適合我們的功能實現。采用太陽能光伏發電板收集能量作為整個裝置的能源，同時選用低能耗電機作為整個裝置的動力來源。云端車位信息數據的采集與通信采用制式的GPRS 模塊，來確保車位鎖裝置與云端之間的實時信息傳遞。車位鎖的動作機構由繼電器為核心，H 橋電路來控制驅動直流電機進而使滑輪沿導軌滾動，同時也就完成了下支撐臂的運動實現車位鎖升降的目的。檢測裝置使用的是使用OMRON 光電傳感器檢測車位鎖狀態。總結一下，本文所介紹的太陽能供電式智能共享車位鎖，本質是基于單片機應用開發的一個應用實例，其原理及控制流程如圖1 所示：

圖1

3.2 基于傳感器控制的節能監控設備設計

此檢測設備是數據采集與功能實現重要的一環。傳感器將外界信號轉化為電信號，作為控制電路的輸入信號，控制電路為由中間繼電器控制的電路，在接受到傳感器的電信號時，中間電磁繼電器控制監控設備的鎖扣裝置和攝像頭的開關，監控設備包括整體構造、鎖扣裝置、攝像頭、畫面處理器、警報器、電源、紅外探頭、信號傳輸系統、云平臺、監視器等。當攝像頭彈起后，攝像機開始工作，攝像機和紅外探頭收集視頻信號和報警信號，通過信號傳輸系統傳給畫面處理器，畫面處理器將處理后視頻信號和報警信號通過信息傳輸系統傳給警報器和監視器。控制電路采用的是直流中間繼電器，鎖扣裝置的工作電路和攝像機的工作電路分別接有常閉開關和常開開關，實現了攝像頭的彈起和攝像頭開始工作同時進行。

3.3 硬件配合及機械結構部分設計

主要硬件部分包括太陽能光伏發電裝置、控制裝置、電動機、圓柱式中空升降體。主體的動作實現機構如圖2 所示。太陽能發電系統包括轉換器、單晶電池片、太陽能板及保護板、備用蓄電池；控制裝置包括無線接收模塊，以及用于檢測車輛的紅外熱傳感器、檢測外界壓力的壓力傳感器，電動機部分采用伺服電動機，太陽能發電裝置通過轉換器與電動機輸入端相連，電動機固定于中空式升降體底座，升降體上端裝有LED 電子顯示屏，當接收到控制裝置發出的升降命令以后通過電動機的正反轉帶動齒輪齒條轉動實現升降。通過電路控制部分發出不同頻率的脈沖驅動電動機正反轉，電動機輸出的動力通過齒輪齒條部分實現升降體的上升和下降，當其他車輛進入車位時，車位鎖會通過語音警示器發出提示，同時通過紅外熱傳感器以及壓力傳感器對已經停靠的車輛進行約束，防止亂停亂占現象的發生。升降體采用中空圓柱體設計，內部可容納電機和齒輪齒條傳動系統，升降體內壁與齒條連接，電動機帶動齒輪，齒輪與齒條嚙合，從而使升降體實現上升或下降，圓柱中空升降體機構設計如圖3 所示。其中1 為圓柱式中空升降體，2 為太陽能板及保護板，3 為GPS 定位裝置，4 為伺服電動機，5 為單晶電池，6為控制裝置，7 為轉換器，8 為無線接收模塊，9 為紅外熱傳感器，10 為壓力傳感器。

圖2 動作機構結構示意圖

圖3 圓柱中空升降體機構示意圖

4 結論

目前已有的智能停車位管理解決方案很多，但是實際投入使用的幾乎沒有，均存在諸多缺陷。總計發現最大缺陷在于車位鎖設置不合理及車位鎖的電源裝置需要更換，這兩個問題導致許多的停車位管理方案一直處于理論階段無法應用，普通的車鎖一般采用D 型車位鎖或者嵌入式車位鎖，這些車鎖在未工作狀態下都會處于升起狀態這就給車鎖附近的交通問題帶來了極大的困擾，本課題采用的新型動作結構設計很好地改善了這一問題。此外普通車鎖采用蓄電池供電長期的使用會遇到更換電池和充電問題，我們采用的太陽能供電方式解決了這一問題。而且，本項目介紹的新型車位鎖能夠最大程度降低對道路交通影響，同時利用太陽能的方式為整個裝置充電，在制作出后真正能夠為私家車主和公共車位所利用，實現資源的最大化利用的同時還能夠有一筆不菲的收入造福國家和廣大車主。