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本文介紹一種基于PSoC和無線USB的車位鎖管理系統，方便對居住區和停車場的停車位進行統一管理，實現車位鎖的無線遙控，并將車位信息上傳至上位機對車位狀態進行監控管理。 專用車位，對無序停車進行控制。現有的車位鎖仍存在諸多不足：首先，現有車位鎖功能簡單，僅能簡單實現翻轉臂的控制性抬起或下降，無法實現集中化的物業控制管理，對車位鎖是否啟用無法進行統一管理;其次，現有車位鎖均通過自帶的電源供電，容易產生因充電不及時電源欠壓而導致無法正常使用，管理方無法統一檢測;另外，現有車位鎖翻轉臂的機械傳動復雜可靠性差，無法有效保證翻轉臂遇阻自鎖功能。 無線通信由于其便利性、擴展方便、適用性強等特點，得到了巨大的發展。目前，主流的短距離的無線通信網絡有Bluetooth、Zigbee和WirelessUSB。WirelessUSB是一種低延遲、干擾免疫、低成本和低功耗的短距離無線網絡，面向的是簡單的點對點和多點對點應用(如鼠標、鍵盤等)，適合無線電腦外設和無線傳感器網絡應用。WirelessUSB的協議是輕量級的，可以在只帶256字節RAM和8k字節ROM的8位微控制器中實現。 本文介紹的車位鎖管理系統，采用無線遙控的人性化設計方式進行車位鎖的升起和降落，改變了傳統的手動模式，讓駕駛員在汽車里按動手中的遙控器就能方便地操作車位鎖的開與關，不必下車親手開關車位鎖，同時可將車位鎖的工作信息通過無線網絡傳輸到上位機管理系統，便于統一管理。同時實時監測車位鎖電池的電量，當電量不足以維持正常工作時報警，提醒管理人員及時更換電池。 系統硬件設計 整個系統結構如圖1所示，由一個主機橋接器和多個智能車位鎖節點組成，采用單主多從的分離式結構，通過增加或減少車位鎖終端的數量來決定網絡拓撲，具有很大的可擴展性和伸縮性。 智能車位鎖節點 智能車位鎖節點采用MCU+RF的構架，包括PSoC控制器、通信模塊、電機控制模塊、無線收發模塊和電源管理模塊。 PSoC控制器 PSoC是美國Cypress公司推出的 8 位可配置的嵌入式單片機，提供了快速的嵌入式混合信號解決方案。PSoC 的最大的特點是在單一芯片上，集成了數量不等的模擬資源和數字資源以及一些附加的實用系統資源，這些資源具有可重配置性和動態重構性，可以自由組合，它們的參數可選擇或設定，足以替代幾乎所有的常用外圍器件。本系統采用了應用比較廣泛且功能強大的CY8C29466，集成了性能為4MIPS的8位M8C處理器、32k字節的Flash、2k的SRAM，集成了24/48MHz晶振、32kHz晶振，還集成了16個可編程的功能強大的數字用戶模塊、12個模擬用戶模塊和可編程的內部互聯，可非常方便地選用多達100種的外設和設置連接方式，將PCB(印制電路板)上大部分的元件和走線移到芯片內部，而且可動態重配置，開發非常靈活。 無線通信模塊 無線通信模塊采用Cypress公司的射頻芯片CYRF6936，屬于WirelessUSB LP系列，是Cypress的第二代射頻片上系統(SoC)，增加了一系列增強的特性，包括更廣的操作電壓范圍(1.8"3.6V)，更小的工作電流，更高的數據率(最大速率為1Mbit/s)，更短的晶振起振時間、同步穩定時間和鏈路切換時間。 無線收發模塊 無線收發模塊分為無線遙控器和接收模塊兩部分，用于實現用戶層車位鎖節點的開閉控制，即通過無線遙控器上的控制按鈕，向車位鎖的接收器發送控制信號，接收器進行信號解碼后傳遞給控制器處理，實現車位鎖的自動開閉控制。 無線遙控器采用應用非常廣泛的150m四鍵遙控器，該遙控器使用PT2262芯片進行編碼;接收模塊使用PT2272解碼芯片，有四個輸出，分別對應遙控器上的四個按鍵。若有按鍵按下，則對應的輸出為邏輯高電平，放開則為低電平。 電機控制模塊 電機控制電路如圖2所示，CTRM+，CTRM-分別接到MCU的兩個輸出引腳，當CTRM+為“1”時，三極管Q2導通，繼電器K1通電吸合，使得M+(電機正轉接口)與6V的電源連通，電機正轉，帶動車位臂上升，防止其它車輛占用該車位;若CTRM-為“1”時，三極管Q3導通，繼電器K2通電吸合，使得M-(電機反轉接口)與6V的電源連通，電機反轉，帶動車位臂下降，將車駛進車位。 電源管理模塊 電源由6V的蓄電池提供，而MCU芯片CY8C29466需要5V的工作電壓，通信芯片CYRF6936需要3.3V的工作電壓，所以采用穩壓芯片L1117-5.0和L1117-3.3對6V的蓄電池電壓進行轉換。同時實時監測蓄電池的電量，當電池容量下降到一定值時，就向系統發出充電需求信號，以便工作人員及時更換蓄電池。 主機橋接器 主機橋接器(Bridge)用于接收來自車位鎖終端的狀態信息，并通過USB協議發送到上位機。芯片選用Cypress的PRoC? LP芯片CYRF69213，它集成了性能為4MIPS的8位M8C處理器、USB2.0低速接口、2.4GHz射頻收發器，內部還集成了3.3V電壓調節器等，大大減少外部元件，可有效降低成本，加快開發進度，硬件結構如圖3所示。 該系統的硬件組成為主機橋接器和車位鎖節點，主要基于PSoC和PRoC架構。系統的硬件實物圖如圖4所示。 系統軟件設計 本系統的軟件設計圍繞著數據的提取、傳輸和處理。從數據流向上看，數據經過三個階段的處理，分別是WirelessUSB協議處理、USB協議處理和PC監控軟件的處理(顯示監控數據)。本系統從硬件上可分成三大部分：車位鎖節點、主機橋接器和PC。車位鎖WirelessUSB協議處理;主機橋接器包括WirelessUSB協議處理和USB協議處理;PC包括USB協議處理和監控軟件處理。 車位鎖節點 當車輛駛近車位時，車主按下遙控器的解鎖按鈕，接收電路則對接收到的信號進行解碼，并將解碼結果送入單片機，單片機對接收到的解碼信號進行分析比較。如果該信號與存儲器中已經保存的身份碼相符，則說明是合法車輛，單片機則控制電動機將車位鎖降下，待下降到位后，發出聲音信號，車主聽到聲音后，將車輛駛入車位，并在離開時升起車位鎖，起到防盜作用，程序流程圖如圖4所示。 WirelessUSB網絡 WirelessUSB無線網絡是一主多從(點對多點)的星形網絡結構，包括一個主機(橋接器)和多個從機(最多支持255個從機)，支持雙向數據傳輸。 WirelessUSB主機負責檢測干擾，選擇安靜的信道，正常情況處于接收模式，當設備輪詢時才發送應答數據。主機上電后先進入頻道選擇模式，找到一個安靜頻道后，進入數據模式。當用戶請求綁定時進入綁定模式，綁定結束后將進入頻道選擇模式。如果當前通道的噪聲干擾太大，主機將重新進入頻道選擇模式。 WirelessUSB從機有數據則立即往主機發送(不檢測信道空閑)，無數據則睡眠(節電)，定時輪詢主機請求配置數據。上電復位后先檢查設備是否已經綁定，如果已綁定則進入重新連接模式。如果未綁定，則進入空閑模式，等待用戶綁定，當用戶手動綁定后進入綁定模式，結束后將進入重新連接模式，找到主機后將進入數據模式。在數據模式，如果丟失連接，將自動進入重新連接模式。 PC監控端 PC監控端的軟件的驅動層主要包括USB接口的驅動程序;協議層包 圖5 程序流程圖括USB主機協議;應用層的主要工作對監控數據進行進一步分析處理，以及處理用戶輸入。為了加速開發進度，充分利用現有資源，主機端USB驅動不重新開發，直接采用Cypress公司提供的通用驅動CyUSBAPI，CyUSB API提供了高層的應用程序接口，大大方便了應用程序的編寫。上位機監控界面采用VC6.0的MFC進行編寫，顯示所檢測到的所有的停車位總數，空閑車位數以及被占用車位數，并列出所有車位數詳細信息以及各個車位鎖當前的電量。 結語 該車位鎖管理系統是一種低成本、高性能的管理系統，充分利用了PSoC的內部資源以及WirelessUSB的靈活性和高自由度。整個系統包括PC軟件和嵌入式設備兩大模塊，支持即插即用。系統通過USB2.0接口與PC軟件通信，擴展性強，能同時采集多達255個車位信息。此外，系統可將車位信息經WirelessUSB上傳到上位機管理軟件，上位機管理軟件將車位占用的信息顯示出來。操作人員利用這些信息即可對整個停車場進行管理，這樣有利于改善停車場的管理秩序，減輕管理人員的勞動強度，降低管理費用。 |
