便攜式可移動車庫系統(tǒng)設(shè)計

洪慧敏，蔣一

（安徽新華學(xué)院電子通信工程學(xué)院，安徽合肥，230088)

1 研究背景

近年來，我國汽車保有量不斷增長，導(dǎo)致城市停車位日益緊缺。2020年6月，清華同衡規(guī)劃院聯(lián)合中國城市公共交通協(xié)會發(fā)布的《2019停車行業(yè)發(fā)展白皮書》顯示，2020年，北京市汽車保有量為636.5萬輛，但停車位只有176.4萬個，平均每3.72輛車分?jǐn)傄粋€車位，車位缺口高達460萬個。同時，我國機動車保有量突破3.48億，私家車保有量突破2.07億，我國大城市小汽車與停車位的比例約為1∶0.8，中小城市約為1∶0.5，而發(fā)達國家約為1∶1.3，城市停車位比例嚴(yán)重偏低，保守估計我國停車位缺口超過8000萬個。

為了緩解停車難問題，立體車庫技術(shù)被大中型城市廣泛應(yīng)用，但是由于立體車位收費較貴，停車、取車麻煩費時，車位維護和修理成本較高等原因，導(dǎo)致對于解決停車難這一突出問題收效甚微[1-2]。基于此，本設(shè)計提出便攜式可移動車庫裝置系統(tǒng)設(shè)計，期望可以為解決日益凸顯的停車難問題提供有益方案。

2 設(shè)計思路

經(jīng)調(diào)查，目前國內(nèi)市場尚無類似產(chǎn)品。從安全性和通用性角度考慮，采用阻燃 PP 材料為主材料進行便攜式車庫頂棚設(shè)計。考慮到現(xiàn)實車位的緊缺現(xiàn)狀和現(xiàn)代科技水平，該便攜式車庫將采用無線遙控模塊控制其頂部車棚的自動開合方式，實現(xiàn)一鍵開啟功能，利用棚頂太陽能充電模塊為該系統(tǒng)提供備用電源，同時設(shè)置超聲測距報警模塊電路有效防止其他車輛的碰擦[3-4]。

希望通過便攜式車庫系統(tǒng)的設(shè)計能夠有效緩解車位少、停車難的突出矛盾，并且降低露天停車自然環(huán)境因素，諸如日曬雨淋、風(fēng)沙等因素對愛車的損害，一定程度上減少汽車清洗次數(shù)及保養(yǎng)次數(shù)，為車主創(chuàng)造更大的經(jīng)濟利益[5]。

3 硬件電路設(shè)計

便攜式可移動車庫系統(tǒng)以模塊化的設(shè)計思路為主導(dǎo)，以單片機為主控電路，主要包括人機交互模塊、紅外測距模塊、電機驅(qū)動模塊、電源電路、復(fù)位及時鐘電路、報警電路等幾部分構(gòu)成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

車主通過按鍵可選擇不同的人機交互模式，如采用按鍵、利用手機等實現(xiàn)對系統(tǒng)控制；通過超聲波傳感器感受可移動車庫與外界環(huán)境信息，當(dāng)有其他車輛靠近至小于安全距離時，將通過主控電路分析處理，控制報警電路發(fā)出報警信息，起到防止碰擦及防盜功能[6]。當(dāng)單片機主控電路接收到按鍵電路或者手機控制信息時，將發(fā)出信號，控制電機驅(qū)動模塊，實現(xiàn)車頂部車棚的開啟或者閉合。其 GPS 模塊可以定位移動車庫實時位置，通過無線通信模塊將位置信息發(fā)送給車主，在車庫收到碰擦及外力破壞時本地報警的同時還發(fā)送報警信號到車主手機端，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)的主控芯片選用ST 公司的 STC89C52。該芯片具有較高的實時性、較低的功耗、豐富的片外擴展能力、強大的數(shù)據(jù)處理能力等。系統(tǒng)以單片機為主控電路，所有外圍電路均與主控芯片相連，由主控芯片進行數(shù)據(jù)處理和控制。下面對部分硬件電路做介紹。

■3.1 超聲波測距模塊

可由單片機產(chǎn)生40kHz頻率信號,經(jīng)過整形后送到超聲波發(fā)射器驅(qū)動其發(fā)出超出波,反射器向被探測區(qū)域發(fā)出等幅超聲波,接收器接受反射回來的超聲波,當(dāng)沒有物體進入被探測區(qū)域時,反射回來的超聲波是等幅的；當(dāng)有物體移動時,接收器接收到的超聲波幅度不等,并且不斷發(fā)生變化,接收電路接收到信號后,經(jīng)過放大檢波濾波后,又經(jīng)過電平比較后,轉(zhuǎn)換成電平信號,由單片機檢測到后,進行延時處理,處理后驅(qū)動報警電路從而發(fā)生聲光報警。該模塊設(shè)計電路見圖2所示。

圖2 超聲波測距電路設(shè)計圖

■3.2 電機驅(qū)動模塊

該模塊主要用于控制車頂部車棚的開合控制。電機帶動螺桿旋轉(zhuǎn)，由于折疊桿升降座和螺桿螺紋連接，套筒外殼限制了折疊桿升降座跟隨螺桿套筒外殼限制了折疊桿升降座跟隨螺桿一起轉(zhuǎn)動,因此折疊桿升降座就能沿著套筒外殼軸向(豎直方向)上升和下降,從而控制折疊臂的張開和收攏。當(dāng)折疊臂的張開時,遮布隨著折疊臂打開,就可以起到遮陽擋雨的作用；當(dāng)折疊臂的收攏時,遮布隨著折疊臂收攏,體積就可以變得很小。折疊桿升降座上升或下降到限位固定套住，固定套可以擋住折疊桿升降座，此時電機受阻收到較大的阻力，電機停止工作。這里采用直流電機口驅(qū)動芯片L298N來驅(qū)動電機，實現(xiàn)車棚的開啟或者閉合，其驅(qū)動電路如圖3所示[7]。STC89C52 通過光電隔離電路TLP521-4 與電機驅(qū)動芯片L298N連接。單片機通過通過控制IN1～IN4引腳的電平高低即可控制電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，OUT1～OUT4為控制信號輸出引腳，該引腳通過整流電路直接與電機相連進而控制電機的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。

圖3 電機驅(qū)動模塊設(shè)計圖

■3.3 電源模塊

便攜式車庫系統(tǒng)內(nèi)設(shè)多種傳感器元件電路，同時車棚升降裝置也需要供電，所需電壓各不相同。考慮到能源的持續(xù)應(yīng)用和開發(fā)，結(jié)合頂部車棚的位置考慮，該系統(tǒng)設(shè)計采用太陽能充電板為主要供電電源，同時考慮與車載電池結(jié)合電能儲備的問題，以解決無光可采集時的設(shè)備運轉(zhuǎn)問題。

單片機主控芯片需要5V電壓供電，可通過兩個線性穩(wěn)壓芯片LM7805提供。LM7805廣泛應(yīng)用在各種電子電路當(dāng)中，該模塊設(shè)計電路如圖4所示。在輸入端設(shè)置220μF和0.33μF的電容器，穩(wěn)定輸出的電壓值；輸出端100μF和0.1μF的電容器起到消除高次噪聲、儲能和濾波作用。

圖4 電源模塊設(shè)計

■3.4 GPS模塊與報警電路

利用 GPRS 芯片SIM300以手機短信的形式把移動車庫信息發(fā)送給車主，在車庫收到碰擦及外力破壞時本地報警的同時還發(fā)送報警信號到車主手機端，實現(xiàn)遠程監(jiān)控其電路如圖5所示。

圖5 GPS模塊及報警電路

4 軟件設(shè)計

根據(jù)便攜式車庫系統(tǒng)運行情況，設(shè)計系統(tǒng)主程序流程如圖6所示。系統(tǒng)主要完成硬件初始化、循環(huán)接收車棚升降控制命令、控制電機運行等功能。

5 結(jié)語

該便攜式可移動車庫系統(tǒng)集智能遙控、太陽能供電、超聲波測距報警等多種功能于一身，為露天車輛停放提供了可棲息的移動車庫，既有效緩解了車位數(shù)量緊缺很多車輛無位可停的突出矛盾，同時便攜式車棚設(shè)計又使得我們的愛車在露天停放時免受日曬雨淋、蒙塵刮擦等傷害，給車主創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。該系統(tǒng)設(shè)計具有一定的借鑒性和較大的市場推廣應(yīng)用價值。

圖6 主程序流程圖