智能车位锁的设计与实现
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摘 要：近年来，随着我国私家车数量的迅猛增长，城市公共空间急剧减少。寸土寸金，停车位数量少，停车难问题的持续恶化将带来一系列的道路交通问题。人们可以依靠互联网技术，将现有停车位实行共享管理，提高共享率将是缓解城市停车难问题的重要途径。该文基于智能车位锁的共享停车位管理系统，将城市传统车位锁智能化进行联网管理，实现了城市停车位的分时共享管理，增加现有资源利用率。
关键词：智能化 车位锁 共享经济
中图分类号：TP391.44;U491.71 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）07（b）-0054-02
据相关统计显示，我国的民用汽车拥有量从1995年的1040万辆到2016年已经突破1.9个亿，汽车拥有量的年均增长率高达14.96%[1]。目前，大城市市中心的停车场已经接近饱和。基于以上情况，我们提出了一种基于共享经济理念的解决措施，配合智能车位锁的投入使用，让车位主在车位空闲时得以将车位租出，实现城市停车位的分时共享功能。
1 智能车位锁电路设计
1.1 微控制单元核心电路设计
微控制单元是整个智能车位锁设计的核心组成部分，其主要作用是将采集的数据进行接收、解析和发送。微控制单元中的核心电路主要由控制器电路、供电电路、调试接口电路、上电复位电路以及手动复位电路和时钟电路组成。
1.2 RTC实时时钟电路
控制器处于正常运行的状态时，采取3.3V电源作为RTC模块的供电电源装置。此种情况下，如果存在掉电情况，纽扣电池可以及时进行辅助供电，以确保RTC计时器的供电稳定性，从而保障计时稳定性，避免缺时、漏时等误差计时的出现。
1.3 电机控制电路驱动模块
可以通过控制永磁有刷直流电动机的正转和反转实现传统车位锁锁臂的升降。目前，直流电动机正反转的控制电路有控制电路由2个继电器组成开关电路以及控制电路由4个MOS管组成的开关电路两种情况。第一种开关电路的继电器机械触点使用寿命周期相对于第二种来说较短，且工作过程产生的电火花会为电路带来一定的安全隐患，所以这里采用了第二种方案组成电机的控制电路驱动电路。这种电机驱动方式的优点是不会产生火花、无触点，且工作性能更加稳定、使用寿命更持久[2]。
1.4 电源管理模块
一个可靠的电源系统，可以为整个控制系统的正常运行保驾护航。我们生活中常见的供电方式有以下两种，第一种是电网供电，第二种就是电池供电。考虑到智能车位锁位置分布分散多受室外环境影响，且目前电网供电的条件不成熟、施工不便，因此在该系统中选择使用蓄电池供电方式，保障电力系统的安全运行。
1.5 控制器选择
该系统的智能车位锁选用Cortex-M3内核的STM32作为控制器，其可有效实现系统控制性能的需求，同时为后期的系统升级提供有力的硬件保障。该控制器支持在线调试是此款控制器的亮点，所以在软件开发的过程中可便捷地设置断点，实时观测程序的工作状态，可对程序变量进行相应的设置调控，达到在线二次编程的效果，这将大幅度提升软件开发的工作效率，扩大软件的使用周期。
1.6 车位锁开关控制方案的选择
供电方式选取蓄电池，相关配套的驱动电机则选择直流电机。车位锁锁臂的升降控制由直流电机进行操控。其升降位置检测用对射式光电开关取代了传统的机械型接近开关检测办法。
1.7 车位锁联网方式
物联网通信选用GSM/GPRS的模块M800C，实现云服务器与车位锁之间的联网功能，达到双向数据传输的效果。该系统中应用了GPRS的联网方式进行通信。通过GPRS基站实现了智能车位锁的互联网数据传输服务功能，有效实现其与云服务器之间的数据传输。
2 智能车位锁控制系统测试与优化
2.1 控制系统软件检测
在智能车位锁控制系统软件的设计过程中，首先根据功能需求进行整体架构划分，理清功能模块间的通信关系;其次进行逐一开发测试及优化;最后将各功能模块整合应用。根据运营方式设计了支付服务网站，建立了停车位管理系统软件和停车位信息数据库。系统通过支付服务网站连接多方支付服务器，用户通过扫码方式生成订单，根据自己的停车需求完成支付环节。停车位管理系统与智能车位锁操作系统，还有支付服务网站以及停车位数据库相互联系，更好地为用户提供服务，也为管理者工作带来便捷。
2.2 GPRS通信编程实现与优化
智能车位锁接收云服务器数据过程如下，首先，GPRS模块发送相关数据，STM32进行数据的接收处理，对相关数据来源进行有效判定。如判定数据来源于云服务器，则对数据传送的有效信息进行解析，进而实现车位锁的操作;如判定数据并非来源于云服务器，则判定为无效数据。另外，为了増强网络通信的安全性，在STM32收到命令后，将指令信息的信息源的IP地址与端口号进行比对，只有在信息源正确的情况下才执行后续操作。
2.3 RTC时钟程序设计
该系统利用RTC时钟程序实现日期/时钟的功能，RTC时钟程序的应用，可以为GPRS数据包通信提供准确的时间点，为智能车位锁与服务器之间的数据核对与查询带来便利。初次使用车位锁的RTC功能时，需要首先给予初始化设置。RTC的相关寄存器资料都在备份区域进行备份，系统复位后，计数寄存器以及配置寄存器受到备份储存干预，相关数值不会随系统复位而变动，因此初次使用时需要进行一次初始化配置。
2.4 车位锁开关控制程序设计
相关的开锁指令传达发送后，车位锁的控制器接收到开锁的指令，其电动机自动反转，从而使车位锁的车臂下调，车位锁的车臂回转下调到水平状态时，其对射式光电开关可以感应到车臂位置，则开锁过程完成。当车辆传感器接收到相关关锁的指令后，电动机自动的正向转动。车位锁的车臂开始自动上调转动，当其转动到垂直位置后，对射式光电开关可检测到其垂直所在位置，则整个关锁过程完成。
2.5 车位锁开关功能检测
通过云服务器，向智能车位锁的相关停车管理软件进行开锁指令的发送，检查受遥控的车位锁是否在接收到相关指令后自动进行锁臂下降，实现开锁功能。然后将车辆模型驶入，放置在停车位上，检测智能车位锁的车辆检测感应器是否能在车辆驶离时接收信号，自动实现锁臂升起的功能。
2.6 电池剩余电量检测
较为简便且实施可行性高的电池电量检测方法即为放电电压检测法，铅酸蓄电池电量与电压间的关系可从其放电曲线中提取。当電机转动，电池单体端电压介于1800～1900mV时，说明电池的余电量已经不够20%，此时则会依靠GPRS服务器发送出电量不足的警告，以便于相关人员及时进行处理维护。若电池单体端电压介于1700～1800mV时，代表电池电量剩余不足5%，通过GPRS通知相关人员必须更换电池，否则设备不能正常工作。
3 结语
该文从多方位、多角度阐述了城市停车难的现状，并提供了解决上述问题的计划方案，即基于智能停车锁的停车位共享管理系统，文中涉及系统的整体运行模式、关键技术与理论支撑等，以期为缓解城市停车难问题带来参考价值。
参考文献
[1] 孙凯特，赵华.一种基于物联网的新型智能车位锁[J].内燃机与配件，2019（2）：192-194.
[2] 王彬，于云峰.APP远程遥控智能车位锁的创新设计与实现[J].科技经济市场，2018（12）：14-16.
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