基于PSoC的車位鎖管理系統(tǒng)設(shè)計

　摘要：本文介紹一種基于PSoC和無線USB的車位鎖管理系統(tǒng)，方便對居住區(qū)和停車場的停車位進行統(tǒng)一管理，實現(xiàn)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(tài)進行監(jiān)控管理。

　　關(guān)鍵詞：車位鎖;PSoC;無線USB

　　引言

　　專用車位，對無序停車進行控制?，F(xiàn)有的車位鎖仍存在諸多不足：首先，現(xiàn)有車位鎖功能簡單，僅能簡單實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)臂的控制性抬起或下降，無法實現(xiàn)集中化的物業(yè)控制管理，對車位鎖是否啟用無法進行統(tǒng)一管理;其次，現(xiàn)有車位鎖均通過自帶的電源供電，容易產(chǎn)生因充電不及時電源欠壓而導(dǎo)致無法正常使用，管理方無法統(tǒng)一檢測;另外，現(xiàn)有車位鎖翻轉(zhuǎn)臂的機械傳動復(fù)雜可靠性差，無法有效保證翻轉(zhuǎn)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(fā)展。目前，主流的短距離的無線通信網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)，面向的是簡單的點對點和多點對點應(yīng)用(如鼠標(biāo)、鍵盤等)，適合無線電腦外設(shè)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。WirelessUSB的協(xié)議是輕量級的，可以在只帶256字節(jié)RAM和8k字節(jié)ROM的8位微控制器中實現(xiàn)。

　　本文介紹的車位鎖管理系統(tǒng)，采用無線遙控的人性化設(shè)計方式進行車位鎖的升起和降落，改變了傳統(tǒng)的手動模式，讓駕駛員在汽車?yán)锇磩邮种械倪b控器就能方便地操作車位鎖的開與關(guān)，不必下車親手開關(guān)車位鎖，同時可將車位鎖的工作信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)缴衔粰C管理系統(tǒng)，便于統(tǒng)一管理。同時實時監(jiān)測車位鎖電池的電量，當(dāng)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(tǒng)硬件設(shè)計

　　整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，由一個主機橋接器和多個智能車位鎖節(jié)點組成，采用單主多從的分離式結(jié)構(gòu)，通過增加或減少車位鎖終端的數(shù)量來決定網(wǎng)絡(luò)拓撲，具有很大的可擴展性和伸縮性。

　　智能車位鎖節(jié)點

　　智能車位鎖節(jié)點采用MCU+RF的構(gòu)架，包括PSoC控制器、通信模塊、電機控制模塊、無線收發(fā)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(shù)量不等的模擬資源和數(shù)字資源以及一些附加的實用系統(tǒng)資源，這些資源具有可重配置性和動態(tài)重構(gòu)性，可以自由組合，它們的參數(shù)可選擇或設(shè)定，足以替代幾乎所有的常用外圍器件。本系統(tǒng)采用了應(yīng)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(jié)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(shù)字用戶模塊、12個模擬用戶模塊和可編程的內(nèi)部互聯(lián)，可非常方便地選用多達100種的外設(shè)和設(shè)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(nèi)部，而且可動態(tài)重配置，開發(fā)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(tǒng)(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(shù)據(jù)率(最大速率為1Mbit/s)，更短的晶振起振時間、同步穩(wěn)定時間和鏈路切換時間。

　　無線收發(fā)模塊

　　無線收發(fā)模塊分為無線遙控器和接收模塊兩部分，用于實現(xiàn)用戶層車位鎖節(jié)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(fā)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(xiàn)車位鎖的自動開閉控制。

　　無線遙控器采用應(yīng)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(yīng)遙控器上的四個按鍵。若有按鍵按下，則對應(yīng)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(dāng)CTRM+為“1”時，三極管Q2導(dǎo)通，繼電器K1通電吸合，使得M+(電機正轉(zhuǎn)接口)與6V的電源連通，電機正轉(zhuǎn)，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(dǎo)通，繼電器K2通電吸合，使得M-(電機反轉(zhuǎn)接口)與6V的電源連通，電機反轉(zhuǎn)，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(wěn)壓芯片L1117-5.0和L1117-3.3對6V的蓄電池電壓進行轉(zhuǎn)換。同時實時監(jiān)測蓄電池的電量，當(dāng)電池容量下降到一定值時，就向系統(tǒng)發(fā)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(tài)信息，并通過USB協(xié)議發(fā)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(fā)器，內(nèi)部還集成了3.3V電壓調(diào)節(jié)器等，大大減少外部元件，可有效降低成本，加快開發(fā)進度，硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

　　該系統(tǒng)的硬件組成為主機橋接器和車位鎖節(jié)點，主要基于PSoC和PRoC架構(gòu)。系統(tǒng)的硬件實物圖如圖4所示。

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　本系統(tǒng)的軟件設(shè)計圍繞著數(shù)據(jù)的提取、傳輸和處理。從數(shù)據(jù)流向上看，數(shù)據(jù)經(jīng)過三個階段的處理，分別是WirelessUSB協(xié)議處理、USB協(xié)議處理和PC監(jiān)控軟件的處理(顯示監(jiān)控數(shù)據(jù))。本系統(tǒng)從硬件上可分成三大部分：車位鎖節(jié)點、主機橋接器和PC。車位鎖WirelessUSB協(xié)議處理;主機橋接器包括WirelessUSB協(xié)議處理和USB協(xié)議處理;PC包括USB協(xié)議處理和監(jiān)控軟件處理。

　　車位鎖節(jié)點

　　當(dāng)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(jié)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(jīng)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(fā)出聲音信號，車主聽到聲音后，將車輛駛?cè)胲囄?，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(wǎng)絡(luò)

　　WirelessUSB無線網(wǎng)絡(luò)是一主多從(點對多點)的星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，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(shù)據(jù)傳輸。

　　WirelessUSB主機負責(zé)檢測干擾，選擇安靜的信道，正常情況處于接收模式，當(dāng)設(shè)備輪詢時才發(fā)送應(yīng)答數(shù)據(jù)。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(shù)據(jù)模式。當(dāng)用戶請求綁定時進入綁定模式，綁定結(jié)束后將進入頻道選擇模式。如果當(dāng)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(shù)據(jù)則立即往主機發(fā)送(不檢測信道空閑)，無數(shù)據(jù)則睡眠(節(jié)電)，定時輪詢主機請求配置數(shù)據(jù)。上電復(fù)位后先檢查設(shè)備是否已經(jīng)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(dāng)用戶手動綁定后進入綁定模式，結(jié)束后將進入重新連接模式，找到主機后將進入數(shù)據(jù)模式。在數(shù)據(jù)模式，如果丟失連接，將自動進入重新連接模式。

　　PC監(jiān)控端

　　PC監(jiān)控端的軟件的驅(qū)動層主要包括USB接口的驅(qū)動程序;協(xié)議層包

　　圖5 程序流程圖括USB主機協(xié)議;應(yīng)用層的主要工作對監(jiān)控數(shù)據(jù)進行進一步分析處理，以及處理用戶輸入。為了加速開發(fā)進度，充分利用現(xiàn)有資源，主機端USB驅(qū)動不重新開發(fā)，直接采用Cypress公司提供的通用驅(qū)動CyUSBAPI，CyUSB API提供了高層的應(yīng)用程序接口，大大方便了應(yīng)用程序的編寫。上位機監(jiān)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(shù)，空閑車位數(shù)以及被占用車位數(shù)，并列出所有車位數(shù)詳細信息以及各個車位鎖當(dāng)前的電量。

　　結(jié)語

　　該車位鎖管理系統(tǒng)是一種低成本、高性能的管理系統(tǒng)，充分利用了PSoC的內(nèi)部資源以及WirelessUSB的靈活性和高自由度。整個系統(tǒng)包括PC軟件和嵌入式設(shè)備兩大模塊，支持即插即用。系統(tǒng)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(tǒng)可將車位信息經(jīng)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。