基于单片机的超低功耗智能车位锁设计(共49页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上摘 要智能低功耗遥控车位锁是一个可以通过低功耗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低功耗遥控的车位锁,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
2、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;无线低功耗遥控;单片机;传感器ABSTRACTIntelligent low power remote control parking lock is a mechanical device that can be controlled by low power remote control. It is used to prevent other people from occupying their own parking spaces and can park their own
3、cars at will.Most of the parking locks used now are mechanical. Whenever the car stops in the parking lot, people want to get off and lift the parking lock lever, and then lock it up, so its very difficult for us, and its inconvenient to use. Especially when it rains, its very difficult for people t
4、o use it. Although there are some low power consumption remote control parking locks on the market, they have a problem, which is that their intelligence level is relatively low, basically just to control the take-off and landing rod lifting.I designed a system, this system uses 51 microcontroller a
5、s the core, through the cooperation of software and hardware, electronic and mechanical parts to combine, so as to choose the appropriate sensors and, in order to achieve the full range of parking lock intelligent control. Using Keil-C as the core of the development tools, according to the requireme
6、nts, make the corresponding design.Keywords: Parking lock; Wireless low-power remote control; MCU; sensorKeywords目 录专心-专注-专业第1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
7、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
8、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,而低功耗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
9、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基于单片机的智能低功耗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:第一、 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。第二、 在车内低功耗遥控操作,节省了时间,方便实用。第三、 对于新开发的楼盘,可提高楼盘档次,可以帮助地
10、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。第四、 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。第五、 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。1.3 当前车位锁的发展情况低功耗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。特别是电源乃低功耗遥控车位锁发展的瓶颈,因驱动电流比较大,一般低功耗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
11、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。所以低功耗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低功耗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
12、繁充电的束缚,使用一年仅需充一次电,其原理就是低功耗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。低功耗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、低功耗遥控车位锁。2、结构形状上分为
13、: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。31.4 论文探究的内容本文在认知低功耗遥控锁的现况之下,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1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。第2章: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。第3章:对车位锁的低功耗遥控电路分析,达到环环相扣的设计电路,实现低消耗,
14、从而完成整个电路及其他器件的设计。第4章: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。第5章: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2章 智能低功耗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STC89C52单片机,具有保护电路。本次设计的目的:1、当按下低功耗遥控器的升起键时,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
15、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低功耗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、当按下低功耗遥控器的下降键时,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
16、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低功耗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低功耗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、
17、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低功耗遥控车位锁中使用。本文选用由我国南通国芯微电子有限公司生产的STC89C52AD系列单片机中的 STC89C52。STC89C52AD系列单片机有如下功能特点:1、STC89C52AD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P
18、WM,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:STC89C52AD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:035MHz,运行速度是传统单片机的812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
19、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+85C,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10mm13rnm。 STC89C52AD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。STC89C5
20、2AD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。STC89C52AD系列单片机的封装及各管脚功能如图所示:图2 - 1 单片机引脚图2.2.2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,通过比较决定选用压力传感器作为本文的车辆在位传感器。电阻应变式传感器是将被测量的力,通过它产生的金属弹性变形转换成电阻变化的原件。由电阻应变片和测量电路两部分组成。常用的电阻应变片有两种:电阻应变片和半导体应变片,本设计采用的是电阻应变片,为获得高电阻值,电阻丝排
21、成网状,并贴在绝缘的基片上,电阻丝两端引出导线,线珊上面有覆盖层,起保护作用。电阻应变片也有误差,产生的因素很多,所以在测量时我们一定要注意。其中的温度的影响最重要,环境温度影响电阻值变化的原因主要是:A:电阻丝温度系数引起的。B:电阻丝与被测原件对桥接零点和输出,灵敏度的影响,即使采用同一批应变也会因应变片之间稍有温度特性之差而引起误差,所以对要求精度较高的传感器,必须进行温度补偿,解决的办法是在被粘贴的基片上采用适当及温度系数的自动补偿,并从外部对它加以适当的补偿。非线性误差是传感器特性中最重要的一点。产生非线性误差的原因很多,一般来说主要由结构设计决定,通过线性补偿,也可以得到改善。滞后
22、和蠕变是关于应变片及粘合剂的误差。由于粘合剂为高分子材料,其特性随温度变化较大,所以称重传感器必须在规定的温度范围内使用。电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应,即在导体产生机械形变时,它的电阻值相应发生变化。设有一根电阻丝,如图所示。它在未受力时的原始电阻值为式中 :电阻丝的电阻率;电阻丝的长度;电阻丝的面积。电阻丝在外力的作用下,将引起电阻变化,且有令电阻丝的轴向效应为,由材料力学可知,为电阻丝材料的泊松系数,经整理可得通常把单位应变所引起的电阻相对变化称作电阻线的灵敏系数,其表达式为从上式可以明显看出,电阻丝灵敏系数由两部分组成:表示受力后由材料的几何尺寸变化引起的;表示由材料电阻变化所
23、引起的。对于金属材料,项的阻值要比小得多,可以忽略,故=。大量实验证明,在电阻丝拉伸比例极限内,电阻的相对变化与应变成正比,即=1.73.6。上式可写成。应变式传感器常用的测量电路有单臂电桥、差动半桥和差动全桥,其中差动全桥可提高电桥的灵敏度,消除电桥的非线性误差,并可消除温度误差等共模干扰。一般在测量中都使用4片应变片组成差动全桥,本设计所采用的传感器就是全桥测量电路。其电路图如图2-2所示。桥式测量电路有四个电阻,其中任何一个都可以是电阻应变片电阻,电桥的一个对角线接入工作电压U,另一个对角线位输出电压Uo。其特点是:当四个桥臂电阻达到相应关系时,电桥输出为零,或则就有电压输出,可用灵敏检
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