太陽能供電式智能共享車位鎖

蘇小康 朱景昊 謝鼎盛 李華春 汪貴龍（東北林業大學交通學院，黑龍江 哈爾濱150040）

1 概述

隨著近年來汽車數量的不斷增長，在大、中城市都出現了停車難問題，停車位高昂的價格讓許多有車一族望而卻步，但許多停車位的車主并不是24 小時停車，當他們駕車外出時停車位處于閑置狀態，考慮到資源的合理利用如果可以設計出一款車位鎖將車位在空閑時間出租，既能給車位車主帶來經濟利益，又可以解決部分車主的停車難問題，太陽能供電式智能共享車位鎖不僅可以解決該問題而且如果將車鎖應用于公共停車位還能實現停車位互聯網化管理解放勞動力。

2 硬件設計

硬件電路是車位鎖控制系統的核心部件，車鎖預約命令是通過APP 實現，所以硬件部分主要集中在控制車位鎖的終端。

2.1 驅動器電路：車位鎖設備的驅動器，主要作用是為車位鎖提供電源，就是將太陽能析產生的12V 穩定低壓直流供電匹配為步進電機所需的6V 低壓直流負載，提供步進電機正常工作所需要電源。驅動器是車位鎖升降的核心部分，驅動電源是設備正常運行的保障。驅動電源設計為恒壓輸出，輸出功率為控制器電路負載和步進電機電路負載之和，共需33.5W。因為配備有提示電路和其他電子設備、且驅動器轉換有一定效率、各種電路元器件之間有一定差異，為整個電路增加出17%的設計余量因此實際功率最大值設計為40W。

2.2 控制器電路：控制器電路主要由負責電源轉換的DC/DC 驅動電路、MCU 微型處理器、Wi-Fi 無線收發電路、超聲波傳感器、紅外傳感器、壓力傳感器，以及周邊電路組成。無線傳輸部分選擇ESP8266 模塊。ESP8266 編程方法多樣，有更多的軟件支持且價格比ESP32 更加的低廉。

2.3 車位鎖電路：車位鎖電路主要由太陽能析供電電路，步進電機控制電路、語音提示電路和監控電路組成。由傳感器感測到車位鎖外部環境變換后，將信息交由MCU 微處理器處理，處理后將反饋信號輸入步進電機的控制器實現車位鎖的升降，從而實現預約和控制功能當控制結構發出命令以后，車位鎖結構上升關閉鎖扣裝置將上方的按鈕摁下，完成對裝置結構的管控。除此之外裝置在上升時對底部的按鍵裝置功能有按壓作用，通過對上升裝置的升起和落下對車位鎖電路進行保護。

2.4 加熱融雪電路及太陽能析防塵自動電刷電路：車位鎖應用情況復雜，多雨雪地域可能會由于積雪導致車位鎖和太陽能析無法正常工作，會對嵌入式車鎖的使用帶來極大不便。因此在升降體頂端設置一個微型加熱棒，當遇到雨雪天氣時通過溫度傳感器和光線傳感器驅動加熱棒自動開啟消除積雪。同時太陽能析工作于室外長期使用或遇到沙塵會覆蓋塵土，這對于太陽能析的正常使用會造成極大影響，因此我們在太陽能析后配備有微型電機連接雨刷，定期自動開啟進行除塵，保證太陽能析正常工作與此同時對加熱和融雪功能通過控制溫度在一定范圍內，能夠保證對車位鎖電池壽命的延長使得車位鎖得到更好的保護。

2.5 提示功能電路：車位鎖提示電路由語音提示電路、夜間燈光提示電路和電量提示電路組成，語音提示電路是在車位鎖未接受指令情況下通過紅外傳感器感應到有車輛停駐時自動發出語音提示，當傳感器接收信號消失后持續15s 開關自動斷開語音提示結束。夜間提示功能通過光電傳感器感受到外界光線亮度下降到一定值后光電開關自動關閉，同時超聲波傳感器感應車輛停駐若感應值達到上限，閉合開關開啟燈光提示。

2.6 太陽能析電路：太陽能電池析會將收集的太陽能轉換為電能，然后通過轉換器輸入蓄電池，將原本的太陽能轉變為12V的穩定低壓直流再通過變壓電路轉換為動力裝置需要的6V 穩定低壓直流，太陽能析裝置主要有：太陽能析、轉換器、12V 蓄電池，除此之外在太陽能析上設置有凸透鏡吸更多的太陽能，完成對光照資源的更大化利用，除此之外設置的雨刷結構可以完成對太陽能析的清潔，確保太陽能析能夠最大程度的吸收太陽能。

3 軟件設計

3.1 軟件設計的任務是開發出車位鎖手機端操作APP 以及負責控制車位鎖的MCU 軟件，車位鎖信息傳遞原理圖如圖：

圖1

3.2 手機APP 功能：車位鎖APP 從車位提供者，車位使用者，車位管理者三個方面考慮設計，設有空閑車位查詢、停車位共享時間發布、停車位預約、付費平臺，車位狀態查詢，車位實時監控，車位電量顯示功能，關于車位鎖和車輛的匹配，車位的位置信息是通過手機APP 設置定位并沒有安裝定位模塊這是因為部分車位所在位置信號接收器無法接收信號會造（轉下頁）成失靈。APP 通過對車位信息發布和預定來實現車位的共享，當駕駛人到達停車位之后掃描停車二維碼對車位鎖進行控制，停車位的關鍵步驟主要是對停車位進行共享而后實現控制，按照使用步驟使用完成后必須對車位鎖進行控制上升，完成所有功能后駕駛人離開完成 使用功能。

3.3 MCU 微型處理器：考慮到傳播速度采用性能較好的STC12C5A60S2 單片機為主控制器。相比于普通的51 單片機STC12C5A60S2 有8 路10 位AD，同時多出了兩個定時器，設有PWM功能和SPI 接口。

3.4 軟件發布及分享：通過將部分車位鎖的安裝和停車APP 的使用指導完成對停車APP 的推廣，將停車位共享的最大優點顯示出來體現出整個裝置的優越性，從而實現軟件的推廣。

3.5 APP 編寫：使用APIcloud 編寫APP 所需程序，對APP需要實現的二維碼掃描和需要實現的程序控制功能采用Java語言編寫，在完成裝置軟件編寫后我們可以對APP 顯示出的二維碼進行上傳和分享，實現整個裝置的功能。

4 裝置測試

將軟件安裝到硬件中，將手機APP 與MCU 微型處理器進行連接，調整測試，檢測硬件系統是否能夠正常運行，對車鎖機械結構部分進行壓力和紅外測試，檢測預定功能完成情況。除此之外對車位鎖供給一定的水查看裝置是否有防水功能，對正常工作時對車位鎖進行防塵實驗，確保裝置能夠有一定的防塵功能為了使裝置實際可使用性能大幅增加我們對太陽能析的供電性能進行測試，確保能夠在正常的工作狀態下達到使用年限，使得設計的裝置可靠性高，實用性好可以投入實際生產中去。

5 結論

我們研究的太陽能供電式智能共享車位鎖，能夠通過手機APP 將私人車位進行有償出租還能對公共車位進行互聯網管理，可在積雪和沙塵條件下正常使用，利用清潔能源的同時、解放了勞動力、實現了資源的最大利用化。能夠有效的緩解大、中型城市的停車問題，滿足停車需求同時創造了經濟效益。