基于單片機智能車位鎖的設計與實現

吳奔雷+徐澤華+程亮+梅斌

摘 要 為了解決停車難、亂停車、車位被占等問題，文章介紹了一種基于單片機的智能車位鎖的設計方案，以單片機為控制核心，以藍牙為數據傳輸媒介，配合上超聲波感應模塊和步進電機驅動模塊及其機械裝置，讓手機和單片機進行通信，實現對車位鎖的智能控制，具有實用性強、成本低、操作簡單等特點。

關鍵詞 單片機；智能；車位鎖；藍牙

中圖分類號 G2 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2017）183-0076-02

現代工作生活中，汽車已走進千家萬戶，它給我們帶來的除了出行的迅速與便捷之外，還帶來了停車難、亂停車、車位被占等一系列問題，停車位的優化管理成為了一個普遍且亟待解決的社會問題。若設計一種基于單片機控制的藍牙車位鎖，實現對車位鎖的智能化控制，讓車主不用下車去手動開關車位鎖，直接在車內通過手機藍牙軟件來操縱車位鎖的升降，這樣就大大提高了車位鎖的實用性和便捷性。

1 車位鎖系統設計方案

通過功能需求分析，需要設計單片機控制電路，超聲波測距模塊，步進電機驅動模塊，藍牙通信模塊等來完成以下功能：用戶通過手機控制車位鎖的升降、實時反饋車體位置信息給手機、提示用戶控制車位鎖升降等。對于手機與單片機間的通信模塊，選擇使用藍牙通信，相較于紅外遙控和WiFi，藍牙有著獨特的優勢，它不像紅外遙控，必須要對準其接受窗才能讓單片機接收到信號，也不像WiFi那樣需要有WiFi覆蓋點和高額的成本。使用藍牙通信，只需手機與單片機點對點連接上即可進行無死角通信，性價比最高。

2 硬件電路設計

2.1 單片機控制電路

本次設計選取51系列單片機，他是一個集成了CPU、存儲器、定時器/計數器和I/O口等部件的微型計算機。功耗低，性能強，有8K在系統可編程Flash存儲器，指令代碼可兼容傳統的8051。通過時鐘系統、復位系統以及電源系統組成單片機的最小系統，再加上超聲波電路和步進電機驅動電路即可滿足該智能車位鎖的硬件電路設計。

2.2 超聲波感應電路

車輛在位以及汽車和車位鎖的相對位置信息是通過超聲波感應電路實現，本設計選取常見的HC-SR04超聲波模塊，其有4個接口端，VCC接直流5V，GND接地，TRIG為觸發控制信號接單片機I/O口，ECHO為回響信號也接到單片機的任一I/ O口即可。

其基本工作原理：1）采用I/O的TRIG觸發測距，要給上至少10us的高電平信號。2）自動發送有8個40kHz的方波，感應電路自動檢測是否有信號返回信號。3）有信號返回時，通過單片機的I/O口ECHO輸出一個高電平，該高電平的持續時間即為超聲波從發出信號到收回信號的總時間，故其測試距離=（ECHO高電平持續時間*聲速）/2，持續時間的記錄由定時器TO來完成。

2.3 步進電機驅動電路

步進電機使用ULN2003A驅動芯片，它是一個7路的反向器電路，價格低廉，負載能力強且電流增益高，其輸出端允許通過的IC電流為200mA，飽和壓降1V。使用的步進電機28BYJ-48是一種四相八拍電機，他能夠將電脈沖信號轉換成角位移量，其工作電壓為12V，用ULN2003A驅動能充分發揮步進電機的功能。

將驅動芯片的4個IN分別接到單片機的4個I/O口，作為輸入，步進電機5根導線接到ULN2003A的輸出端（紅線為+）。單片機通過I/O口每給到一個脈沖信號，通過驅動，步進電機就會按照設定好的方向轉動一個固定的角度，在程序中用for循環語句可讓其持續轉動。通過單片機控制電機的正/反轉，即可模擬車位鎖機械部分的升/降。

2.4 藍牙信息傳輸模塊

要實現手機與車位鎖單片機的通信，藍牙模塊是不可或缺的部分。本設計選用HC-06作為藍牙模塊，它主要采用CSR的主流藍牙芯片和藍牙V2.0的標準協議。有四個重要引腳，分別是電源、地、發送和接收端。給藍牙上電后，可通過USBTTL模塊對其進行AT模式設置（慢閃），根據用戶需要，可對其藍牙名稱、配對密碼、傳輸波特率等進行個性化設置。

HC-06需與單片機相連，RXD與TXD交叉相連，藍牙模塊就相當于一根無形的串口線，波特率默認為9600，單片機串口程序初始化中波特率要設為一致。

用戶通過手機藍牙App，輸入設置好的密碼，將單片機的藍牙與手機進行配對連接，藍牙接收到手機端通過App發送的指令后，將信號通過串口傳輸給單片機主控芯片并讓單片機做出相應的處理，手機與單片機間的通信便得到實現。

3 軟件程序設計

3.1 單片機程序設計

本次設計的單片機程序是使用Keil的環境用C51編寫，首先在main（）主函數中初始化各變量、定時器和串口等，然后進入while（1）循環，PC按順序流經車位信息提示函數、車位鎖電機處理函數、查詢車位信息函數，三個函數包含了所有模塊的程序，在while（1）中往復循環，并伴隨著串口中斷和定時器中斷。通過串口中斷接收手機App的指令，以此完成對車位鎖的相應控制。

3.2 手機藍牙App程序設計

使用Eclipse集成開發環境可進行安卓程序開發，一個程序工程包含布局文件和Activity控制文件。布局文件用于構建頁面布局，Activity控制文件為整個程序的入口，后臺邏輯程序從這里開始執行。對于安卓藍牙軟件的設計，兩句代碼和用于添加手機通過軟件連接到藍牙的權限。以此為基礎在Activity文件中編寫代碼，設計出藍牙軟件，亦可通過互聯網直接下載。

4 系統設計的實現

本設計是按照上述硬件電路、軟件程序要求模擬出的智能車位鎖系統，基本能實現用戶對車位鎖的智能控制，其中單片機最小系統使用51單片機開發板上的電路（含電機驅動芯片），再通過杜邦線分別連接上步進電機、藍牙模塊（已設置）和超聲波模塊，給單片機上電后，使用安卓手機打開“藍牙串口助手”軟件，輸入配對密碼，連接到車位鎖單片機藍牙，通過此軟件，任意發送單片機程序設定好的指令，可實現控制車位鎖（步進電機等機械裝置）的升/降、查看車體與車位鎖相對距離、反饋車體入位/出位情況等功能。

參考文獻

[1]盛珣華，梅斌.單片機原理與應用[M].武漢：華中科技大學出版社，2014.

[2]郭天祥.新概念51單片機C語言教程[M].北京：電子工業出版社，2009.

[3]張思民.安卓應用程序設計[M].北京：清華大學出版社，2013.