基于单片机的智能遥控车位锁

第第1页摘要智能遥控车位锁是一个可以通过遥控器控制的机械装置，它是用来阻止其他人占用自己的停车位，可以让自己的车随意停放。现在大部分人采用的车位锁多数为机械式的。每当汽车在停车位停车时，人们都要下车把车位锁的起降杆升起，随后把它锁起来，这样对于我们而言很费事，使用很不方便。尤其是在下雨的时候，人们使用的时候就非常困难了。虽然目前市场上存在一些可遥控的车位锁，可是它们拥有一个问题，是它们的智能化水平比较低，基本只是起到控制起降杆的升降。我设计了一个系统，该系统以51单片机为核心，经过软件与硬件的配合，电子与机械部分重新结合，从而选择与之合适的传感器，以此达到车位锁的全方位的可智能控制。采用以Keil-C为核心的开发工具，根据要求，做出对应的设计。关键词：车位锁；无线遥控；单片机；传感器ABSTRACTIntelligentremotecontrolparkinglockisadevice,itcanbebyremotecontrol.Ithasafunctionthatcanbeusedtostopotherfromusingtheirownparkingspace,tomakeowncarparkedatwill.Now,mostpeoplechoosetheparkinglockismechanicbasic.Wheneveracarintheparkingspace,whentostop,peoplewanttogetoffandtakeoffandlandingoftheparkinglocklever.Thenputitunderlockandkey,itissotroubleforus,itisveryinconvenienttouse.Especiallywhenitisraining,peopleusewhentheyareverydifficult.Althoughtherearesomeonthemarketatpresentcanberemotecontrolparkinglock,buttheyhaveaproblem,thatistheirintelligencelevelislow,theriseandfallofbasicisacontrolhandlebar.Idesignasystem,thesystemwith51single-chipmicrocomputerasthecore,throughthesoftwareandhardwaretocooperate,electronicandmechanicalpartstocombine,tochoosetheappropriatesensor,toachieveThefullrangeofparkinglockcanbeintelligentcontrol.Usingkeil-Casthecoreofdevelopmenttools,accordingtotherequirements,makecorrespondingdesign.Keywords:Parkinglock;Thewirelessremotecontrol;singlechipmicrocomputer;ThesensorTOC\o"1-3"\h\u14658第一章绪论 4118721.1选题的背景 4101171.2课题的当前形式 5216391.3当前车位锁的发展情况 6241591.4论文探究的内容 716303第二章智能遥控车位锁的设计方案 7191762.1车位锁的设计方案 PAGEREF_Toc191767227012.2车位锁的硬件部分 8108132.2.1单片机的选择 8269802.2.2位置传感器的选择 10253752.2.3车辆在位传感器的选择 PAGEREF_Toc253751162172.3整体结构 12312062.3.1整体构成 12228292.3.2工作原理 1317699第三章遥控系统设计与实现 1769918138443.1遥控发射和接收电路的设计和实现 1868383.1.1遥控发射电路 18304973.1.2遥控接收电路 18288883.2遥控编码和解码电路的设计和实现 2033233.2.1PT2262/2272简介 20148883.2.2编码解码电路及原理 215520第四章电源控制部分的设计及实现 25254724.1主电源控制电路的设计与实现 25323624.2电源保妒电路 26286564.2.1、过流保护电路 2690264.2.2、欠压报警电路 2717805第五章软件的设计及实现 29281785.1主程序的设计 29147855.2部分子程序 35278205.2.1起降杆升起子程序及框图 3584385.2.2定时器0中断子程序 3812325第六章致谢 401244参考文献 41第一章绪论1.1选题的背景随着中国经济的快速发展，我国人民平均收入得到进一步的上升，有了更多的金钱去消费，而汽车正是人们最重要的消费之一，现在基本十之六七的家庭都有了私家车，因此导致车辆数量的迅速增长，而且这种现象也越发的严重。根据中国汽车工业协会的调查，2014年中国汽车销量超过2300万辆，创全球历史新高，连续六年蝉联全球第一。我国汽车产销总体呈平稳增长态势。2014年汽车产销分别完成2372.29万辆和2349.19万辆，比去年分别增长7.3%和6.9%，总体呈现平稳增长态势，产销增速比之去年分别下降7.5和7个百分点。车辆为人们外出提供方便的同时，也让停车的问题成了困难。机动车的停车问题是现代化城市建设和发展中的一个难题。城区停车场的规划、建设和管理成为当前的大民生。目前，合肥市已经启动公共停车场规划选址，计划建设公共停车场151处、2.16万个泊位。截止目前，合肥市道路总里程约5228公里。随着城市大建设的深入推进，道路总里程还在不断增长。截止6月底，全市机动车保有量已达113万辆，113万辆，其中市区车保有量有70多万，并以年均20%以上、日均450余量的速度递增。全市激动车驾驶人共计142万人，其中，市区机动车驾驶人76万人，日均新增驾驶人4730人。随着人们出行的增加，主城区停车难、停车乱问题日益显现，因此解决停车问题成为当务之急。怎样防止别人抢占自己的泊位，这是让我们很烦躁的事情，可是车位锁的诞生就轻易的把停车难的困难解决了。1.2课题的当前形式目前人们停车主要使用的锁基本上是机械锁，而这类锁在汽车停车或开始时，要车主人工的移动它的升降杆，这样很费事，而遥控锁的诞生就改变了这一现象，它可以让人们在停车或启动车辆时，在车内就可以控制锁的升降，可以为人们带来很大的方便。随着科技的发展，单片机的使用越来越频繁。微型计算机具有体积小、价格低、使用方便、可靠性高等一系列优点，因此一问世就显示出强大的生命力，被广泛用于国防、工业生产和商业管理等领域，特别是近年来微处理器（MPU）的高速发展，使其渗透到人类生活的各个领域，给人类世界带来了难以估量的深刻变革。[1]基于单片机的智能遥控车位锁以单片机为核心组成单片机的最节约系统，通过软硬件相结合，电子与机械相配合，实现车位锁的全面智能化控制。智能车位锁具有如下优点：为车主提供车位被占解决方案，从而使车主快乐停车、安全停车的基本愿望得以实现。在车内遥控操作，节省了时间，方便实用。对于新开发的楼盘，可提高楼盘档次，可以帮助地产商把利润最大化，也有利于开发商卖车位，增加用户满意度，让用户买车位更有信心。可提高物业公司的管理效率用，并降低了管理成本，减少人员的雇用，提高用户满意度。可很好的解决银行、饭店、企事业单位等停车场的专用车位乱停乱放问题，并降低管理成本，减少人员雇用。[2]1.3当前车位锁的发展情况遥控车位锁其实是一台完整的的自动化机械设备。必须具备：控制系统，驱动系统，电源。所以无法避免体积问题和电源使用寿命问题。特别是电源乃遥控车位锁发展的瓶颈，因驱动电流比较大，一般遥控车位锁都用铅酸免维护蓄电池供电，而大家都知道电瓶存在自放电问题，就算不用刚充满的电瓶只能放3个月就必须再充电，不然很快就会报废。但要从车位锁内取出电瓶抱到楼上充一个晚上，再拿下来放到车位锁内，相信很多车主是不愿意干的事。所以遥控车位锁的最终方向是：降低功耗，降低待机电流，使用干电池供电，如果能做到一年以上只换一次电池，用户普遍都会接受了。但车位锁很普遍的现象是蓄电池使用周期只有几十天、有的甚至是十几天，这么高的充电频率，无疑就增加了用户的麻烦。所以蓄电池使用时间达到一年以上的车位锁具有迫切的市场需求。车位锁研发技术突飞猛进，但是蓄电池充一次电能够使用一年以上，而以兼具防水防震功能的遥控车位锁少之又少，电子科技广开研发思路，其精湛的技术就是少数具有研发能力企业中的佼佼者。其蓄电池打破了频繁充电的束缚，使用一年仅需充一次电，其原理就是遥控车位锁的低能耗，最大待机电流0.6mA，运动时的电流2A左右，大大节省了用电量。另一方面，车位锁安放在停车场或者露天场所，那么就要求车位锁的防水防震防撞功能要强，抗外力的指数要高，以上说的几种车位锁的形状，都不能够全方位的防撞。遥控车位锁采用独特的防撞技术，无论从任何角度施力都不会对机体造成伤害，真正做到360°防撞；并采用骨架油封和O型圈进行密封，防水防尘，保护机身内部零件不被腐蚀，有效防止了线路短路，就这两项技术就大大提高了车位锁的使用寿命。现在车位锁有以下分类：1、使用功能上分为：手动车位锁、遥控车位锁。2、结构形状上分为：O型车位锁、K型车位锁、T型车位锁、X型车位锁、A型（也称三角形）D型，U型，F型。方形车位锁，飞机型，八角型，L型，柱形等，这些都是市面上常见车位锁造型。[3]1.4论文探究的内容本文在认知遥控锁的现况之下，将软件和硬件，电子与机械的结合，并且关注车主的当前要求，切合当前的社会环境，从而设计了这一论文。本文的思路如下：第一章:了解当前车位锁的现况、分类和未来发展方向，最后如何解决车位锁所面临的难题。：根据单片机的功耗能力方面对车位锁的相关描述，然后对于单片机的使用，传感器的使用，相关电路的电路分析和原理。:控制指令的接收与发射电路的分析，及其PT2262/2272芯片的编码过程分析。：对车位锁的遥控电路分析，达到环环相扣的设计电路，实现低消耗，从而完成整个电路及其他器件的设计。：是对本文的总结，和根据本文的研究成果对未来的无限遐想。：对车位锁的相关软件的设计，详细的说明了相关软件的使用说明，其中包括主程序和子程序。第二章智能遥控车位锁的设计方案2.1车位锁的设计方案本文中所设计的车位锁，目的是构成最低能耗的系统，它的主要组成部分是STC12C2052单片机，具有保护电路，自动上锁，U、I异常警示等能力。本次设计的目的：1、当按下遥控器的升起键时，车位锁的接收电路接收信号并比较编码是否一致，若一致则唤醒单片机电路并把升起信号送给单片机。单片机收到信号后检测车辆在为信号和升降杆位置信号，若两信号都符合条件，单片机发出升起起降杆指令，然后电机运转升起起降杆，当起降杆位置传感器感应到起降杆到位后，发送信号给单片机。单片机发出指令停止电机运转，这时单片机进入计时状态，三分钟后若没有接收到其它指令，则单片机发出指令切断除遥控接收电路外的所有电源供给，进入车位锁等待节能状态。2、当按下遥控器的下降键时，车位锁的接收电路接收信号并比较编码是否一致，若一致则唤醒单片机电路并把下降信号送给单片机，单片机收到信号后检测升降杆位置信号。若信号符合条件，单片机发出下降起降杆指令，然后电机运转降下起降杆，当起降杆位置传感器感应到起降杆到位后，发送信号给单片机,单片机发出指令停止电机运转，这时单片机进入计时状态，五分钟后若没有接收到其它指令，单片机就检测车辆在位信号和升降杆位置信号，若两信号显示车位没车，则单片机发出升起起降杆指令，升起起降杆，这时单片机再次进入计时状态，三分钟后若没有接收到其它指令，则单片机发出指令切断除遥控接收电路外的所有电源供给，进入车位锁等待节能状态。在单片机被唤醒时，单片机通过中断检测工作电流和电压，若电流过大，单片机停止电机动作并发出警告信号，同时单片机进入计时状态，三分钟后若没有接收到其它指令，则单片机发出指令切断除遥控接收电路外的所有电源供给，进入车位锁等待节能状态；若电压过低，则发出警告信号但不停正常工作。2.2车位锁的硬件部分2.2.1单片机的选择单片机就是在一个芯片上集成了运算器、控制器、存储器和各种输入/输出接口等计算机的主要部件，得到一个单芯片的微型计算机。它虽然只有一个芯片，但在组成和功能上己经具有了计算机系统的特点，因此称之为单片微型计算机，称单片机。单片机具有体积小、成本低、功耗低、可靠性好、适用范围宽等特点特别适合在智能遥控车位锁中使用。本文选用由我国南通国芯微电子有限公司生产的STC12C2052AD系列单片机中的STC12C2052。STC12C2052AD系列单片机有如下功能特点：1、STC12C2052AD系列单片机是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051系列单片机。指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM,8路高速8位A/D转换，针对电机控制，强干扰场合。2、工作电压：STC12C2052AD系列工作电压：6.0V-3.5V(5V单片机)。STC12LE2052AD系列工作电压：3.6V-2.2V(3V单片机)。3、工作晶振频率范围：0~35MHz,运行速度是传统单片机的8—12倍。4、用户应用程序空间有1K、2K、3K、4K、5K字节等可选择。5、单片机内部集成了256字节的片上RAM。6、通用I/O口有15个，在复位后为准双向口的弱上拉模式，既为普通8051传统I/O口模式。I/O口可设置成四种模式:准双向口的弱上拉、强推挽、强上拉模式，单纯输入口的高阻或开漏模式。单个I/O口驱动能力可达到20mA，但整个芯片最大不要超过55mA。7、TC12C2052AD系列单片机无需专用编程器，无需专用仿真器。单片机通过串口(P3.0/P3.1)可直接下载用户程序，且速度很快，几秒钟就可完成写入任务。8、工业级芯片工作温度范围为-40~+85°C，本文选用此类芯片。9、本文选用SOP-20封装的20脚贴片封装芯片体积约为10mm×13rnm。STC12C2052AD单片机中包含中央处理器(CPU)、程序存储器(Flash)、数据存储器(SRAM)、定时/计数器、UART串口、I/O接口、高速A/D转换、SPI接口、PCA、看门狗及片内R/C振荡器和外部晶体振荡电路等模块。STC12C2052AD系列单片机几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块。[4]STC12C2052AD系列单片机的封装及各管脚功能如图所示：图表2-SEQ图表2_-\*ARABIC12.2.2位置传感器的选择位置传感器是用来感应起降杆位置的传感器。当起降杆升起到指定位置时,位置传感器会感应到并将信号送给单片机,单片机停止电机运转,起降杆停止升起。当起降杆下降到指定位置时,位置传感器会感应到并将信号送给单片机,单片机停止电机运转,起降杆停止下降。由于霍尔集成幵关传感器具有使用寿命长、无触点磨损、无火花干扰、无转换抖动、工作频率高、温度特性好、能适应恶劣环境等优点而被选为本文的位置传感器。霍尔开关集成传感器是一种磁敏传感器,它利用霍尔效应原理把敏感元件与电路集成在一起,它能感知到与磁信息有关的物理量,并通过电路并以开关形式输出,因此称为霍尔开关集成传感器。霍尔效应是一种磁电效应,这一现象是美国物理学家霍尔(A.H.Hall,1855—1938)于1879年在研究金属的导电机构时发现的。当电流垂直于外磁场通过导体时,在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差,这一现象便是霍尔效应。霍尔元在磁场的作用下,产生霍尔电压,可由下式给出:V=R/(H.B.f(1/W)R—霍尔系数d—霍尔元件的厚度I一通过霍尔元件的电流B—加在霍尔元件上的磁场磁力线密度f(1/W)—元件形状函数,其中1为元件长度,W为元件宽度霍尔开鞋为材料,利用娃平面工艺制造。鞋材料制作霍尔元件是不够理想的,但在霍尔开关集成传感器上,由于N型桂的外延层材料很薄，可提高霍尔电压,可提高传感器的灵敏度。霍尔开关集成传感器的内部结构。它主要由稳压电路、霍尔传感元件、放大器、整形电路、输出电路等部分组成。稳压电路的作用是使传感器在大的电源电压范围内工作,开路输出可使传感器与各种逻辑电路接口。霍尔开关集成传感器的工作过程是这样的:当有磁场作用在传感器上时,就会产生霍尔效应,霍尔元件产生霍尔电压,霍尔电压经过放大后,进入施密特整形电路。这时当放大后的霍尔电压大于开启阀值时,施密特触发器翻转,输出高电平,开路三极管导通,这种状态为开状态。当磁场减弱时,霍尔电压减小,该电压经放大后也低于施密特触发器的关闭阀值,施密特触发器再次翻转,这时输出的是低电平,三极管处于截止状态,霍尔开关处于关状态2.2.3车辆在位传感器的选择车辆在位传感器是用来检测车辆是否停在车位上的传感器，以防车辆停在车位上时，由于误操作使车位锁升起而卡在车底,造成不必要的麻烦和损失。经过阅读相关资料和亲自实践，通过比较决定选用超声波测距传感作为本文的车辆在位传感器。超声波其实是一种在弹性介质中传播的机械震荡，其震荡频率在50KHZ左右,由于高于人类听到的最高频率20KHZ而命名为超声波。其在空气传播速度为340米/秒。由于超声波具有指向性强、能量消耗缓慢、传播距离较远等特点，所以非常适合测量非接触距离。超声波工作原理是利用超声波发射器产生并发射出去，超声波如在一定范围内碰到物体，就会有反射波返回到超声波传感器的表面，人们利用发射波和反射波之间的延迟时间计算出它们之间的距离。超声波传感器频率目前常用的有：40kHz,48kHz,58kHz等。传感器的工作过程如下：40kHz的超声波频率由单片机产生，经放大后送给超声波发射器，发射器发射超声波，若遇到障碍物超声波被反射回来，传感器接收到信号，经放大后送给单片机，单片机先计算出发送接收的时间差，再利用公式S=(T×V)/1(S表示距离，T表示发射接收时间差,，V表示超声波传播速度340米/秒)计算出障碍物距离，若距离在10cm—60cm之间，则车辆在位，否则车辆不在位。2.3整体结构2.3.1整体构成智能遥控车位锁以STC12C2052单片机为核心，由遥发射接收电路、电机起降控制电路、电源控制电路、位置传感器电路、车辆在位传感器电路、通信电路和时钟电路等部分组成。图2.2为智能遥控车位锁的硬件电路原理框单片机遥控电路电机控制电源控制过流保护欠压保护车辆在位传感器位置传感器ISP通信时钟图表2.2基于单片机的智能遥控车位锁整机的工作过程如下：车位锁在待机状态下，除遥控系统外，包括单片机在内的所有电路都处在断电状态，当遥控发射器发出起降信号后，遥控接收电路把遥控信号同时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，单片机开始工作并判断收到的信号是升起还是下降信号。若是遥控升起信号,单片机调用升起子程序：首先通过车辆在位传感器系统判断车辆是否在位，若在位，再通过位置传感器判断起降杆是否在升起位置，若不在，单片机启动电机控制部分，电机动作升起起降杆。在起降杆升起过程中，单片机扫描过流保护信号、遥控器起降信号和位置传感器信号，当扫到过流保护信号时，单片机停止电机运转并发出报警信号：当扫描到遥控下降信号时，单片机停止上升动作，开始下降动作：当扫描到位置传感器信号显示到达升起位置,单片机停止电机运转,结束起降杆升起动作。若是遥控下降信号，单片机调用下降子程序：首先通过位置传感器判断起降打是否在落下位置，若不在，单片机启动电机控制部分，电机动作下降起降杆。在起降杆下降过程，单片机同样扫描过流保护信号、遥控器起降信号和位置传感器信号，当扫到过流保护信号时,单片机停止电机运转并发出报警信号；当扫描到遥控上升信号时，单片机停止下降动作，开始上升动作，当扫描到位置传感器信号显示到达升起位置,单片机停止电机运转，结束起降杆下降动作。在起降杆停止升起或下降动作后，单片机会进入计时程序，计时结束，然后单片机再次检测检测位置传感器和车辆在位传感器，若起降杆在升起位置，单片机发出指令给除遥控电路外的部分断电，进入待机状态。若单片机在降下位置并车辆不再位，则单片机调用升起子程序升起起降杆，但此时不是进入计时状态,而是切断除遥控电路外的电源，进入待机状态。车位锁在电机动作前和运转时进行电压检测，当电机动作前电压低于设定值时，欠压指示灯亮，且不再进行电机动作而是进入计时程序。当电机动作后电压低于设定值时，欠压指示灯亮其它程序照常运行。2.3.2工作原理通过智能遥控车位锁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。电源控制和遥控电路部分在第三章和第四章中详细阐述。下面分别给出其它各部分的工作原理和电路。1、时钟电路:车位锁采用图2-3所示的STC12C2052AD系列单片机的最小应用系统的时钟电路和上电复位电路。XI选用6MHz无源晶振。STC12C2052AD系列单片机虽然指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。这是因为STC12C2052AD是本时钟/机器周期单片机，而传统的51系列单片机是时钟周期12分频后作为机器周期的。但为什么STC12C2052AD系列单片机比传统的51系列单片机不是快12倍，而是8-12倍呢？举例说明如下，寄存器寻址指令MOVA,Rn在传统的51系列单片机是单机器周期指令，也就是需要12个时钟周期,在STC12C2052AD系列单片机中也是单机器周期指令，也就是只需要1个时钟周期，间接寻址指令MOVA,@RI在传统的51系列单片机是单机器周期指令，也就是需要12个时钟周期，而在STC12C2052AD系列单片机中是两机器周期指令,也就是需要2个时钟周期,这条指令比传统的51系列单片机快6倍。STC12C2052AD系列单片机使用手册中说快8-12倍也许是综合考虑的原因吧。2、ISP通信电路ISP通信电路主要用于车位锁的软件升级，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。电路可参考图。位置传感器位置传感器电路由霍尔集成传感器IC1、IC2、1C3，幵关管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。电路原理图如下。磁性材料固定在起降打上，霍尔集成传感器IC1、IC2分别固定在升起位置和落下位置。当单片机需要扫描位置传感器信号时,先将PLO置0，反相器输出1，开关管TI导通，IC1、IC2开始工作，当起降杆到达升起位置时IC1动作，IC1的3脚值0；当起降打到达落下位置时IC2动作，IC2的3脚置0。P1.KP1.2的值由单片机读取获知。4、车辆在位传感器电路车辆在位传感器电路由发射电路和接收电路两部分组成。发射电路如下图。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。发射电路工作时,单片机P1.3端口置0,反相器取反输出1,开关管T1导通,然后PL4端口输出40kHz的方波信号，一路进入IC]的5脚和10脚，经两个反向器取反后并联送到超声波换能器的一脚；另一路送入1脚,取反后送到3脚和8脚,再经过第16二次取反后并联送到超声波换能器的2脚，这样换能器的一端是方波信号的取反信号，另一端是经过两次取反后的原信号，且都是以并联方式连接，这样可以大大提闻超声波的发射功率。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38KHZ,与超声波发射频率40KHZ十分接近，且其价格比超声波专用接收芯片便宜很多，所以在此把它作为超声波检测接收电路，其内部原理图如下:开关管T1导通，CX20106通电工作，超声波换能器RX(S)将接收到的超声波信号转换成电信号输入1脚，经过CX20106的前置放大、限幅放大、带通滤波、检波、积分器积分，最后通过施密特触发器从7脚输出，输出后接单片机P1.5脚。5、电机控制电路电机控制电路由单片机控制起降杆电机的正转与反转。电机控制电路由反相器IC1、开关三极管T1和T2、单刀双掷继电器J1、双刀双掷继电器J2和驱动电机组成。图2-5是电机控制的电路原理图。工作过程如下:起降杆要升起时，单片机P1.7口置1,幵关管T2处于关闭状态，继电器J2处于常闭状态，然后单片机P1.6口置0，开关管T1导通,继电器J1吸合，电源VCC导通，电机转动,起降杆升起，需要停止时P1.6置1，P1.7置1,电机停止。起降杆要下降时，单片机P1.7口置0，开关管T2导通，继电器J2处于吸合,然后单片机P1.6口置0，开关管T1导通,继电器J1吸合，电源VCC导通,电机转动,起降杆下降，需要停止时P1.6先置1，然后P1.7置1，电机停止。G点连接,过流保护电路，下图2-6是超声波接收电路原理图，接收电路工作时，单片机P1.3端口置0。图2-5图2-6第三章遥控系统设计与实现3.1遥控发射和接收电路的设计和实现3.1.1遥控发射电路遥控发射电路原理图遥控发射电路采用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。此处若选用普通的LC振荡电路，在温度变化较大或者遭受到剧烈振动时已调好的频点就会发生漂移，因此LC振荡器的频率稳定度较差，不适合用在此处。此遥控发射电路具有较低的功耗和较宽的工作电压范围，但当工作电压为12V时能发挥其最大效率，此时发射电流约为5-8mA,且能达到电路的最大发射功率。当工作电压为3V时，虽然发射电流较小，约为2mA，但发射功率也较小，不适合进行中远距离的遥控。当工作电压大于12V时，发射电流会增，但发射功率不会明显提高。因此本文选用12V叠层电池作为遥控电路的电源。此遥控发射电路用调幅方式调制以降低功耗,当没有数据信号输入时，发射管2SC3356处于截止状态，此时电流降为零。数据信号与遥控发射电路之间采用47K电阻而不能采用电容稱合，否则遥控发射电路由于没有偏置电流而不能正常工作。此发射电路对输入数据信号的电平和脉冲宽度都有一定的要求，否则会影响调制效果，出现发射距离变近、遥控失灵等情况。输入信号电平当接近电源电压时电路的调制效果最好。同时发射电路对输入信号的脉冲宽度也有严格的要求,脉冲高电平宽度应控制在在0.08ms~1ms之间，脉冲低电平宽度应控制在10ms之内。遥控发射电路对过宽的调制信号易出现调制效率下降、收发距离变近的现象。当脉冲高电平的宽度高于1ms时发射效率会下降，当脉冲低电平的宽度大于10ms时，会出现零电平干扰而引起不能解码。此发射电路的发射距离与可靠性不仅跟电源电压、调制信号的电平与脉冲宽度有关，还与接收电路的灵敏度、外部环境、天线长度等有关。遥控发射电路发射天线长度可在0~25cm之间,也可以不用天线发射，但发射效率会下降。本文遥控发射电路配合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，对于遥控车位锁产品来说这个距离比较适合。3.1.2遥控接收电路遥控接收电路的设计是智能遥控车位锁能否实现其设计目标的关键所在。车位锁在待机状态下，唯有遥控接收电路处于正常工作状态，因此遥控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是应用于无线遥控方面的单片无线OOK(ON-OFFKeyed)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。所以说MICRF002是真正意义上的“天线高频AM信号输入”，“数字信号输出”的单片接收器件。同时片内自动完成所有的RF及IF调谐，这样在开发和生产中就省略了手工调节的工艺过程，自然也降低了成本，增强了产品的竞争力。最为关键的是MICRF002的超低功耗，在5V电压时，315M接收频率时的工作电流仅为260pA。MICRF002的主要特性如下:□完全的单片UHF接收器件口频率范围300440MHz□典型通讯距离超过200米(用单极性天线)口传输速率2.5kbps(SWP)10kbps(FIXED)口自动调谐,无需手动调节口无需外接滤波器和电感口低功耗:240μA(在315MHz,10:1占空比)□Shutdown模式下功耗为正常操作的1%口唤醒功能用于使能外部解码板和MCU口标准的CMOS接口控制及解码数据输出MICRF002可以提供两种基本的工作模式，固定模式(FIXEDMODE)和扫频模式(SWPMODE)。在固定模式工作状态下,MICRF002如同传统的超外差式接收机一样，片内产生固定频率的本振信号，你需要做的仅仅是外接一只石英晶振或输入外部时钟信号。和传统的超外差式接收器类似，需要发射机的发射频率特别精确稳定，所以通常都需要石英晶振和声表面滤波SAW(SurfaceAcousticWave)。在扫频模式工作状态下，,MICRF002以高于基带数据传输的扫频频率对内部本振进行扫频，相当于更有效的扩宽了RF接收的带宽，性能完全等同于传统超再生接收器，因此可以用廉价的外围器件和免调谐LC发射机在这种工作模式下，外部参考石英晶振也可以用低成本±0.5%误差的陶瓷振荡器代替。本文采用MICRF002的固定模式(FIXEDMODE)设计电路。唤醒功能是MICRF002的又一重要特点,当芯片接收到有RF信号输入后，会发出一个“唤醒信号”，以叫醒其它电路，通知其退出待机状态。这个功能更有利于设计出超低功耗的产品。MICRF002可以通过设sel0和sel1的状态来选择四个带宽滤波器中的任何一个,FIXED模式或SWP模式带宽范围都按2^n模递变，FIXED模式是从0.625KHz到5KHZ;SWP模式是从1.25KHZ到10KH。我们可以设定滤波器以选择相应的数据传输率和代码解调格式。在固定模式状态下,内部本振频率flo与输入发射频率ftx之间应等于IF中心频率,下面的等式用于计算给定发射频率的本振频率：flo=ftx土1.064(ftx/390)选择两个值中的一个来计算参考时钟ft的值,公式如下：ft=flo/64.53.2遥控编码和解码电路的设计和实现3.2.1PT2262/2272简介PT2262/2272是由台湾普城公司生产的一种用CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编码、解码电路，PT2262/2272最多可有12位(AO-A11)三态地址端管脚(悬空、接高电平、接低电平)，任意组合可提供531441地址码，PT2262最多可有6位(DO-D5)数据端管脚，设定的地址码和数据码串行输出，可用于无线遥控发射电路。PT2272是对应的解码电路，只有当地址编码同PT2262完全一致时，PT2272输出互锁高电平控制信号，同时VT端也输出解码有效高电平信号。PT2262/2272特点:1、CMOS工艺制造、低功耗。1、外部元器件少。3、RC振荡电阻。4、工作电压范围宽:2.6-15v。5、数据最多可达6位;6、地址码最多可达531441种。应用范围：车辆防盗系统、家庭防盗系统、遥控玩具、其他电器遥控。3.2.2编码解码电路及原理编码芯片PT2262发出的编码信号由地址码、数据码和同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对一致后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以高频发射电路也不工作，此时编码电路和发射电路均不损耗电流。当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号。当17脚为高电平时，高频发射电路起振并发射等幅的高频信号，当17脚为低平期间高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全受控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控相当于调制度为100%的调幅。图3-1是PT2262的引脚图管脚说明如下：图3-2是PT2272的引脚图管脚功能如下PT2262/2272地址码和数据码都用宽度不同的脉冲来表示，两个窄脉冲表示“0”；两个宽脉冲表示“1”；一个窄脉冲和一个宽脉冲表示“F”也就是地址码的“悬空”。每组字码之间有同步码隔幵,如果用单片机软件解码时，程序只要判断出同步码，然后对后面的字码进行脉冲宽度识别即可。一个字码由12位AD码(地址码加数据码，比如8位地址码加4位数据码)组成,每个AD位用两个脉冲来代表：两个窄脉冲表示“0”；两个宽脉冲表示“1”；一个窄脉冲和一个宽脉冲表示“F’也就是地址码的“悬空”。PT2262每次发射时至少发射4组字码，PT2272只有在连续三次检测到相同的地址码加数据码才会把数据码中的“1”驱动相应的数据输出端为高电平和驱动VT端同步为高电平。因为无线发射的特点，第一组字码非常容易受零电平干扰。往往会产生误码,所以程序可以丢弃处理。PT2272解码芯片有不同的后缀，表示不同的功能，有L4/M4/L2/M2之分，其中L表示锁存输出，数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态，直到下次遥控数据发生变化时改变。M表示非锁存输出，数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是否发射相对应，可以用于类似点动的控制。后缀的2和4表示有几路并行的控制通道，当采用4路并行数据时(PT2272-M4),对应的地址编码应该是8位，如果釆用2路的并行数据时(PT2272-M6)，对应的地址编码应该是10位。PT2262/2272地址码的设定：本文选用PT2272-M2,即10个地址码，2路并行数据，非锁存输出。这时地址码设定脚为编码电路PT2262和解码PT2272的第1、8、10、11脚，都有三种状态可供选择：悬空、接正电源、接电源地,编码个数为3的10次方为59049组。当发射端和接收端的地址编码完全相同时，才能配对成功。例如将PT2262的第1、2脚接电源地,第3、5脚接电源正极，其它引脚悬空，那么PT2272也要第1、2脚接电源地，第3、5脚接电源正极。其它引脚悬空才能实现配对。因此只有当两者地址编码完全一致时，接收机对应的DO、D1端输出互锁高电平控制信号，VT端才能输出解码有效高电平信号。第四章电源控制部分的设计及实现4.1主电源控制电路的设计与实现电源控制部分设计的成功与否是本文的关键所在,本文采用选用低功耗元器件和电源电路层层相控的方法来达到设计目标。下图是主电源控制电路原理图其工作原理如下:当遥控接收电路接收到315MHz调幅信号时，遥控接收电路即对收到的调幅信号进行解调，输出编码信号，同时输出唤醒信号W(Wake)，W信号使三极管T4导通，遥控解码电路通电工作，对输入的编码信号进行解码，当地址码一致时,输出数据信号，同时输出高电平的解码有效信号VT。二极管D1、D2构成一个或门，电阻R3、R4构成分压电路，电容C3用来消除外部干扰，当VT或P3.4输出高于3V的电压时，三极管T3、T2组成的复合管导通，调整三极管T1基极获得高电平，T1导通,Vcc2输出电压，给单片机、传感器等电路供电，单片机运行后，先把P3.4值为高电平,以保障单片机等的正常供电。当单片机运行结束后，P3.4值0，若解码电路也无解码有效信号输出，VT和P3.2同时输出低电平(小于3V)时，三极管T1、T2、T3截止,Vcc2为零，车位锁处于待机状态。该电源控制电路同时具有稳压和限压功能，当Vcc1高于6.3V时，6.2V稳压管DZ1导通,使调整管T1基极电压钮位在6.2V，Vcc2=6.2V-0.7V=5.5V，起到稳压的功能，其中0.7V为T1基极集电极PN节压降。当Vcc1低于6.3V时，6.2稳压管DZ1处于截止状态，则Vcc2=Vcc1-0.1V-0.7V,其中0.1V为T2集电极发射机压降，0.7V为T1基极集电极PN节压降，正常工作状态下R1压降小于0.1V，忽略不计。电容C1、C2、C4、C5为电源滤波电容。调整三极管T1可提供的最大电流为500毫安，电路正常平均工作电流小于21毫安。车位锁在待机状态下，只有遥控接收电路处于工作状态，工作电流为260微安，主要由90系列三极管构成的电源控制电路在待机截止状态下的损耗电流小于1微安，其它电路全都处于断电状态，在待机状态下车位锁的总耗电量不大于261uA。这个数字可能相对抽象，我们可以做一下比较，在日常生活中我们使用的石英钟的耗电量约为150uA，也就是说“基于单片机的超低功耗智能遥控车位锁”在待机状态下的耗电量小两个石英钟的耗电量。当遥控接收电路收到315MHz调幅信号时，遥控接收电路会通过唤醒信号W唤醒遥控解码电路，由PT2272构成的解码电路耗电量为3.5mA。为减少遥控解码电路误启动次数，遥控解码电路的接收带宽设计为625Hz，也就是说315MHz±312.5Hz的信号会使遥控解码电路唤醒，而市场上车位锁的遥控接收电路大多选用带宽为2MHz的超外差接收电路。只有解码成功后，Vcc2才有电压输出，以单片机为中心的其它电路才开始工作，为减少车位锁的工作电流，电路设计中包括单片机在内的元器件均选用低功耗配件，为降低单片机功耗，晶振频率选为2MHz。同时位置传感器和车辆在位传感器都有各自的电源控制电路，以减少电能的消耗。在单片机电路被唤醒，但起降杆升降电机未启动的情况下，电路的平均消耗电流约为21.5mA。4.2电源保妒电路电源保护电路包括过流保护电路、欠压报警电路和过压保护电路。过压保护电路已在上节中说明，下面分别对过流保护电路和欠压报警电路进行设计分析。4.2.1、过流保护电路过流保护电路用来防止电机短路或堵转时，造成电流过大而损坏电路或造成危险。过流保护电路由取样电路、信号放大和电压比较三部分组成，其电路原理图如图4-2所示：电路中R1、R2构成电压釆样点路，电阻113\和稳压管DZ1构成2.5V稳压电路，集成运放LM358设计成一个开环放大电路。电源电压高于3.7V时，集成运放LM358输出低电平，当电源电压低于3.7V时了，集成运放LM358输出高电平到单片机P3.7口，单片机检测到后，发出报警信号，提醒更换电池。4.2.2、欠压报警电路欠压保护电路用来检测电源电压是否低于3.7V(电池电压为4.5V左右)，低于3.7V时，单片机发出报警信号，提醒更换电池。欠压报警电路原理图如下：电路中R1、R2构成电压釆样点路，电阻113\和稳压管DZ1构成2.5V稳压电路，集成运放LM358设计成一个开环放大电路。电源电压高于3.7V时。集成运放LM358输出低电平。当电源电压低于3.7V时，集成运放LM358输出高电平到单片机P3.7口，单片机检测到后,发出报警信号，提醒更换电池。第五章软件的设计及实现基于单片机的超低功耗智能遥控车位锁的智能性是由软件来实现的，因此软件是车位锁控制系统的重要环节之一。本文使用KeilC-51对车位锁的控制程序进行编程。KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件幵发系统。与汇编相比，C语言在功能、结构性、可读性、可维护性上有明显优势，易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整幵发方案，通过一个集成幵发环境(uvision)将这些部分组合在一起。C-5]与ASM-51相比，C-5I有如下优势：1、寄存器分配、不同存储器的寻址及数据类型等细节可由编译器管理。2、程序有规范的结构，可分成不同的函数，这种方式可使程序结构化。3、提供的库包含许多标准子程序，具有较强的数据处理能力。4、由于具有方便的模块化编程技术，使已编好程序可容易地移植。5.1主程序的设计车位锁的软件结构釆用模块化设计。首先编写的是软件主程序，然后依据主程序的要求对各功能子程序分别进行编写和调试，然后通过主程序把各模块连接起来，对主程序进行调试,，最后构成整个系统的软件。车位锁主程序设计图车位锁主程序设计图续下面是车位锁的主程序:#include<reg52.h>sbitPl_0=P1^0；sbitPl_1=P1^1；sbitPl_-2=P1^2；sbitPl_3=P1^3；sbitPl—4=P1^4；sbitP1_5=P1^5；sbitP1_6=P1^6；sbitP1_7=P1^7；sbitP3_0=P3^0；sbitP3_1=P3^1；sbitP3_2=P3^2；sbitP3_3=P3^3；sbitP3_4=P3^4；sbitP3_5=P3^5；sbitP3_7=P3^7；//各端口位定义unsignedcharonit，t0，t1，tt；//定义无符号字符型变量unsignedintnum0，num1；//定义无符号整型变量voidinitduankou（）；//端口初始化子程序voidinitime0（）；//定时器0初始化子程序voidinhime1（）；//定时器1初始化子程序voidcaron（发的）；//车辆在位检测子程序voidrunup（）；//起降杆升起子程序voidrundown（）；//起降打下降子程序voiddelay(ucharz)；//延时大约一秒子程序。voidp31alarm（）；//P3.1端口发光管闪烁一分钟升降报警子程序。voidp30alarm（）；//P3.0端口发光管闪烁一分钟电流报警子程序。voidmain（）{initduankou（）；//各端口初始化,首先是P3.4口置零,给单片机供电initime0（）；//定时器0初始化并开始计时,两分钟后若没有遥控信号单片机关闭电源。while(l){if(P3_l==l)；///判断P3.2端口是否有摇控上升信号输入。caron（）；//调用车辆在位检测子程序if(onit=0){P3_4=1；//电源开启。主要作用是在车位锁自动关闭电源的瞬间接收到升起信号时能够进正常工作状态工作。TR0=0；//定时器0停止计时runup（）；//调用升起子程序Initime0（）；//定时器0重新计时，两分钟后自动关闭电源。}}if(P3_2==1)；//判断P3.2端口是否有摇控下降信号输入。{P3_4=l；//电源幵启。主要作用是在车位锁自动关闭电源旳瞬间接收到下降信号时能够进入正常工作状态工作。TR0=0；//定时器0停止计时rundown（）；//调用起降杆下降子程序Initime0（）；//定时器0重新计时，两分钟后自动关闭电源}if(P3_7==l)；//判断电源电压是否过低{P3_0=0；//如果电压低,就点亮P3.0端口的红色发光管，以示报警}if(t0==l)；//判断是否到达2分钟。当到达2分钟时，定时器0中断//子程序把t0赋值1{P1_0=0；//给位置传感器供电,以判断起降杆位置{delay(l)；/延时大约1秒,等待位置传感器电路启动if(Pl_l=0)；//判断起降杆是否升起。0表示已起，1表示未升起{P1—0=1；//给位置传感器断电P3_4=0；//给单片机断电}Else；//如果没升起来{P1_0=1；//给位置传感器断电Caron（）；//调用车辆在位检测子程序if(onit==l){P3—4=0；//给单片机断电}Else；//车辆不在位{TR0=0；//定时器0停止计时runup（）；//调用升起子程序，起降奸自动升起Initime0（）；//定时器0重新计时}}}}}5.2部分子程序5.2.1起降杆升起子程序及框图起降机升起子程序起降机升起子程序续起降杆的升起子程序和下降子程序可以相互调用。在起降打升起过程中，若检测到下降信号，则结束升起动作，进入到下降子程序；同样在起降杆下降过程中，若检测到上升信号，则结束下降动作，进入到上升子程序。下面是起降杆的上升子程序：voidrunup（）{P1_0=0；//给位置传感器供电,以判断起降杆位置Initime0（）；//定时器0初始化，开始计时while(Pl-1==1)；//检测上升是否到位，1说明没到位0已到位{Pl-7=1；//电机顺时针旋转,即上升旋转Pl_6=0；//给电机通电，电机开始旋转，起降杆上升if(P3_2==l)；//判断有没有收到下降信号1说明收到{Pl_6=l；//电机断电,停止旋转delay(2)；//延时2秒,等待电机停止rundown（）；//调用起降杆下降子程序Break；//跳出while循环语句}if(P3_5==l)；/