【文章內容簡介】 ， 以防車輛停在車位上時 ， 由于誤操作使車位鎖升起而卡在車底 ,造成不必要的麻煩和損失。經過閱讀相關資料和親 自實踐 ， 通過比較決定選用超聲波測距傳感作為本文的車輛在位傳感器。超聲波其實是一種在彈性介質中傳播的機械震蕩 ， 其震蕩頻率在 50KHZ 左右 ,由于高于人類聽到的最高頻率 20KHZ 而命名為超聲波。其在空氣傳播速度為 340 米 /秒。由于超聲波具有指向性強、能量消耗緩慢、傳播距離較遠等特點 ， 所以非常適合測量非接觸距離。超聲波工作原理是利用超聲波發(fā)射器產生并發(fā)射出去 ， 超聲波如在一定范圍內碰到物體 ， 就會有反射波返回到超聲波傳感器的表面 ， 人們利用發(fā)射波和反射波之間的延遲時間計算出它們之間的距離。超聲波傳感器頻率目前常用的有 ：40 kHz,48 kHz, 58 kHz 等。 傳感器的工作過程如下 ： 40kHz 的超聲波頻率由單片機產生 ， 經放大后送給超聲波發(fā)射器 ， 發(fā)射器發(fā)射超聲波 ， 若遇到障礙物超聲波被反射回來 ， 傳感器接收到信號 ， 經放大后送給單片機 ， 單片機先計算出發(fā)送接收的時間差 ， 再利用公式 S=(T V) /1 (S 表示距離 ， T 表示發(fā)射接收時間差 ,， V表示超聲波傳播速度 340 米 /秒 )計算出障礙物距離 ， 若距離在 10cm— 60cm 之間 ， 則車輛在位 ， 否則車輛不在位。 整體結構 整體構成 智能遙控車位鎖以 STC12C2052 單片機為核心 ， 由遙發(fā)射接收電路、電機起降控制電路、電源控制電路、位置傳感器電路、車輛在位傳感器電路、通信電路和時鐘電路等部分組成。圖 為智能遙控車位鎖的硬件電路原理框 安徽三聯學院畢業(yè)論文 第 12 頁 圖表 基于單片機的智能遙控車位鎖整機的工作過程如下 ： 車位鎖在待機狀態(tài)下 ， 除遙控系統外 ， 包括單片機在內的所有電路都處在斷電狀態(tài) ， 當遙控發(fā)射器發(fā)出起降信號后 ， 遙控接收電路把遙控信號同時送給電源控制電路和單片機端口 ， 電源控制電路收到信號后接通電源給單片機供電 ， 單片機開始工作并判斷收到的信號是升起還是 下降信號。 若是遙控升起信號 ,單片機調用升起子程序 ： 首先通過車輛 在位傳感器系統判斷車輛是否在位 ， 若在位 ， 再通過位置傳感器判斷起降桿是否在升起位置 ， 若不在 ， 單片機啟動電機控制部分 ， 電機動作升起起降桿。在起降桿升起過 程中 ， 單片機掃描過流保護信號、遙控器起降信號和位置傳感器信號 ， 當掃到過流保護信號時 ， 單片機停止電機運轉并發(fā)出報警信號 ：當掃描到遙控下降信號時 ， 單片機停止上升動作 ， 開 始下降動作 ： 當掃描到位置傳感器信號顯示到達升起位置 ,單片機停止電機運轉 ,結束起降桿升起動作。 若是遙控下降信號 ， 單片機調用下降子程序 ： 首先通過位置傳感器判斷起降打是 否在落下位置 ， 若不在 ， 單片機啟動電機控制部分 ， 電機動作下降起降桿。在起降桿下降過程 ， 單片機同樣掃描過流保護信號、遙控器起降信號和位置傳感器信號 ，當掃到過流保護信號時 ,單片機停止電機運轉 并發(fā)出報警信號 ； 當掃描到遙控上升信 單 片 機 遙控電路 電機控制 電源控制 過流保護 欠壓保護 車輛 在位傳感器 位置傳感器 ISP 通信 時鐘 安徽三聯學院畢業(yè)論文 第 13 頁 號時 ， 單片機停止下降動作 ， 開始上升動作 ， 當掃描到位置傳感器信號顯示到達升起位置 ,單片機停止電機運轉 ， 結束起降桿下降動作。 在起降桿停止升起或下降動作后 ， 單片機會進入計時程序 ， 計時結束 ， 然后單片機再次檢測檢測位置傳感器和車輛在位傳感器 ， 若起降桿在升起位置 ， 單片機發(fā)出指令給除遙控電路外的部分斷電 ， 進入待機狀態(tài)。若單片機在降下位置并車輛不再位 ， 則單片機調用升起子程序升起起降桿 ， 但此時不是進入計時狀態(tài) ,而是切斷除遙控電路外的電源 ， 進入待機狀態(tài)。車位鎖在電機動作前和運轉時進行電壓檢測 ，當電機動作前電壓低于設定值時 ， 欠壓指示燈亮 ， 且不再進行電機動作而是進入計時程序。當電機動作后電壓低于設定值時 ， 欠壓指示燈亮其它程序照常運行。 工作原理 通過智能遙控車位鎖整機的工作過程可知各部分構成電路需要達到的設計目的。電源控制和遙控電路部分在第三章和第四章中詳細闡述。下面分別給出其它各部分的工作原理和電路。 時鐘電路 : 車位鎖采用圖 23所示的 STC12C2052AD系列單片機的最小應用系統的時鐘電路和上電復位電路。 XI 選用 6MHz 無源晶振。 STC12C2052AD 系列單片機雖然 指令代碼完全兼容傳統 8051， 但速度快 812 倍。這是因為 STC12C2052AD 是本時鐘 /機器周期單片機 ， 而傳統的 51 系列單片機是時鐘周期 12 分頻后作為機器周期的。但為什么 STC12C2052AD系列單片機比傳統的 51系列單片機不是快 12 倍 ， 而是 812倍呢 ？舉例說明如下 ， 寄存器尋址指令 MOV A,Rn 在傳統的 51 系列單片機是單機器周期指令 ， 也就是需要 12個時鐘周期 ,在 STC12C2052AD系列單片機中也是單機器周期指令 ，也就是只需要 1個時鐘周期 ， 間接尋址指令 MOV A,@RI 在傳統的 51系列單片機是單機器周期指令 ， 也就是需要 12 個時鐘周期 ， 而在 STC12C2052AD 系列單片機中是兩機器周期指令 ,也就是需要 2個時鐘周期 ,這條指令比傳統的 51 系列單片機快 6倍。STC12C2052AD 系列單片機使用手冊中說快 812倍也許是綜合考慮的原因吧 。 ISP 通信電路 ISP 通信電路主要用于車位鎖的軟件升級 ， 含 GND/，安徽三聯學院畢業(yè)論文 第 14 頁 接到電路板上的四針插座上 ， 通過電腦 RS232 接口進行軟件升級。電路可參考圖 。 位置傳感器 位置傳感器電路由霍爾集成傳感器 IC IC 1C3， 幵關管 T1,限流電阻 R1，上拉電阻 R R3組成 ,IC3 是六反相器 CD4069， 用來加強驅動能力。電路原理圖如下。 磁性材料固定在起降打上，霍爾集成傳感器 IC IC2分別固定在升起位置和落下位置。當單片機需要掃描位置傳感器信號時 ,先將 PLO 置 0，反相器輸出 1，開關管 TI 導通， IC IC2 開始工作，當起降桿到達升起位置時 IC1 動作， IC1 的 3 腳值0；當起降打到達落下位置時 IC2 動作， IC2 的 3 腳置 0。 的值由單片機讀取獲知。 車輛在位傳感器 電路車輛在位傳感器電路由發(fā)射電路和接收電路兩部分 組成。發(fā)射電路如下圖。它由多反相器 IC1 (由低功耗 CMOS集成電路 CD4069構成 )、超聲波發(fā)射換能器 TX (F)和電源控制三極管 T1 構成。發(fā)射電路工作時 ,單片機 端口置 0,反相器取反輸出 1,開 關管 T1 導通 ,然后 PL4 端口輸出 40kHz 的方波信號，一路進入 IC]的 5 腳和10 腳，經兩個反向器取反后并聯送到超聲波換能器的一腳；另一路送入 1 腳 ,取反后送到 3腳和 8腳 ,再經過第 16二次取反后并聯送到超聲波換能器的 2腳，這樣換能器的一端是方波信號的取反信號，另一端是經過兩次取反后的原信號，且都是以并聯方式連接， 這樣可以大大提聞超聲波的發(fā)射功率。 超聲波接收電路主要由 IC1 CX20206A、超聲波換能器 RX(S)和電源控制三極管T1三部分構成。 CX20206A 是紅外接收專用集成電路 ， 其性能穩(wěn)定可靠、使用廣泛 ，安徽三聯學院畢業(yè)論文 第 15 頁 還因為紅外線常用的載波頻率為 38KHZ,與超聲波發(fā)射頻率 40KHZ 十分接近 ， 且其價格比超聲波專用接收芯片便宜很多 ， 所以在此把它作為超聲波檢測接收電路 ， 其內部原理圖如下 : 開 關管 T1導通 ， CX20206 通電工作 ， 超聲波換能器 RX(S)將接收到的超聲波信號轉換成電信號輸入 1 腳 ， 經過 CX20206 的前置放大、限幅放大、帶通濾波、檢波、積分器積分 ， 最后通過施密特觸發(fā)器從 7腳輸出 ， 輸出后接單片機 腳。 電機控制電路 電機控制電路由單片機控制起降桿電機的正轉與反轉。電機控制電路由反相器IC 開 關三極管 T1 和 T單刀雙擲繼電器 J雙刀雙擲繼電器 J2 和驅動電機組成。圖 25 是電機控制的電路原理圖。工作過程如下 :起降桿要升起時 ， 單片機 口置 1,幵關管 T2處于關閉狀態(tài) ， 繼電器 J2 處于常閉狀態(tài) ， 然后單片機 口置0， 開關管 T1導通 ,繼電器 J1 吸合 ， 電源 VCC 導通 ， 電機轉動 ,起降桿 升起 ， 需要停止時 置 1， 置 1,電機停止。起降桿要下降時 ， 單片機 口置 0， 開關管 T2 導通 ， 繼電器 J2處于吸合 ,然后單片機 口置 0， 開關管 T1 導通 ,繼電器J1吸合 ， 電源 VCC導通 ,電機轉動 ,起降桿下降 ， 需要停止時 先置 1， 然后 置 1， 電機停止。 G 點連接 ,過流保護電路， 下圖 26是超聲波接收電路原理圖 ， 接收電路工作時 ， 單片機 端口置 0。 安徽三聯學院畢業(yè)論文 第 16 頁 圖 25 圖 26 安徽三聯學院畢業(yè)論文 第 17 頁 第三章遙控系統設計與實現 遙控發(fā)射和接收電路的設計和實現 遙控發(fā)射電路 遙控發(fā)射電路原理圖遙控發(fā)射電路采用 315MHz 聲表面諧振器穩(wěn)頻 ,它用樹脂封裝 ， 頻率穩(wěn)定性較好 ， 免調試。此處若選用普通的 LC 振蕩電路 ， 在溫度變化較大或者遭受到劇烈振動時已調好的頻點就會發(fā)生漂移 ， 因此 LC 振蕩器的頻率穩(wěn)定度較差 ， 不適合用在此處。此遙控發(fā)射電路具有較低的功耗和較寬的工作電壓范圍 ， 但當工作電壓為 12V時能發(fā)揮其最大效率 ， 此時發(fā)射電流約為 58mA,且能達到電路的最大發(fā)射功率。當工作電壓為 3V時 ， 雖然發(fā)射電流較小 ， 約為 2mA， 但發(fā)射功率也較小 ， 不適合進行中遠距離的遙控。當工作電壓大于 12V時 ， 發(fā)射電流會增 ， 但發(fā)射功率不會明顯提高。因此本文選用 12V 疊層電池作為遙控電路的電源。此遙控發(fā)射電路用調幅方式調制以降低功耗 ,當沒有數據信號輸入時 ， 發(fā)射管 2SC3356 處于截止狀態(tài) ， 此時電流降為零。數據信號與遙控發(fā)射電路之間采用 47K 電阻而不能采用電容稱合 ， 否則遙控發(fā)射電路由于沒有偏置電流而不能正常工作。此發(fā)射電路對輸入數據信號的電平和脈沖寬度都有一定的要求 ， 否則會影響調制效果 ， 出現發(fā)射距離變近、遙控失靈等情況。輸入信號電平當接近電源電壓時電路的調制效果最好。同時發(fā)射電路對輸入信號的脈沖寬度也有嚴格的要求 ,脈沖高電平寬度應控制在在~1ms 之間 ， 脈沖低電平寬度應控制在 10ms 之內。遙控發(fā)射電路對過寬的調安徽三聯學院畢業(yè)論文 第 18 頁 制信號易出現調制效率下降、收發(fā)距離變近的現象。當脈沖高電平的寬度高于 1ms時發(fā)射效率會下降 ， 當脈沖低電平的寬度大于 10ms 時 ， 會出現零電平干擾而引起不能解碼。此發(fā)射電路的發(fā)射距離與可靠性不僅跟電源電壓、調制信號的 電平與脈沖寬度有關 ， 還與接收電路的靈敏度、外部環(huán)境、天線長度等有關。遙控發(fā)射電路發(fā)射天線長度可在 0~25cm 之間 ,也可以不用天線發(fā)射 ， 但發(fā)射效率會下降。本文遙控發(fā)射電路配合 PT2262 編碼器加印制板波浪型 8cm 天線發(fā)射 ， 在開闊地最大發(fā)射距離約為 160m， 在障礙區(qū)相對要近些 ， 對于遙控車位鎖產品來說這個距離比較適合。 遙控接收電路 遙控接收電路的設計是智能遙控車位鎖能否實現其設計目標的關鍵所在。車位鎖在待機狀態(tài)下 ， 唯有遙控接收電路處于正常工作狀態(tài) ， 因此遙控接收電路的功耗問題是關鍵所在 ， 不但要求 電路具有超低功耗又能夠保證其穩(wěn)定性和靈敏度。美國Mic rel 半導體公司最新推出的 MICRF002 是應用于無線遙控方面的單片無線OOK(ONOFF Keyed)接收掃頻芯片 ， 其高頻信號接收功能全部集成于片內 ， 以達到用最少的外圍器件和最低的成本 ， 并獲得最可靠的接收效果。所以說 MICRF002 是真正意義上的“天線高頻 AM信號輸入” ， “數字信號輸出”的單片接收器件。同時片內自動完成所有的 RF 及 IF 調諧 ， 這樣在開發(fā)和生產中就省略了手工調節(jié)的工藝過程 ，自然也降低了成