一种低功耗遥控车位锁的设计

1、一种低功耗遥控车位锁的设计摘 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 DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.12.2201 引言 当前车主使用的车

2、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

3、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

4、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

5、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4.7M Q、PT2272为820KQ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

6、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

7、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

8、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

9、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

10、（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。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

11、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