光电传感器在停车场车位信息指示系统中的应用

1 引言

由于科技的进步、经济的发展,人们的生活有了较大改观,拥有自己车的家庭与日俱增,越来越多的人们选择自己驾车出行[1-3],车辆的增加和停车场的停车位的数量缺少,使越来越多的司机抱怨北京繁华地区停车难。除此之外,由于停车场没有人员的引导或没有某种科技产品的帮助,司机在停车场内没有规律的行驶,使得停车场内的交通状况混乱。这直接影响到车场出入口道路堵塞,也间接影响到附近交通道路的畅通。为此,设计出具有车位信息的停车场指示系统成为必要,这个系统应有以下功能:空车位引导指示,空车位数量显示。

2 总体设计

当司机要停车时,可首先观看停车场入口空车位数量显示牌,司机可根据现有车位数自主选择是否将车辆停放在此停车场内,也就是说,当车位不多,司机可提前选择到附近其他停车场停车,防止司机盲目等车位造成拥堵。空车位引导指示是将司机以最快最省时的路线引导到空车位,具体是司机根据有闪动的地标灯的指引到达目标车位;当车辆将接近空车位时,车位的地灯闪烁,进一步告知司机车位的位置,这不仅使司机能够快速的停车,还将使停车场的交通秩序得到改善。当有车辆经过时,我们采用双探头逻辑与门连接,当两个都工作时才说明有车辆停放,此技术防止有行人经过时造成干扰。该系统主要包括控制系统、传感器系统、指示显示系统。

空车位引导指示,空车位数量显示是本文的主要研究内容,也是本系统稳定性和可靠性的根本保证。根据系统要求,设计中以89C51为控制器,以光电传感器为检测机构,以LED显示屏和地标指示灯为输出执行机构的控制系统。为了安全和方便,利用RS232总线增设了语音通信和车位满时自动报警等功能。

3 控制系统

控制系统结构图如图1所示,控制系统主要包括传感器系统、键盘控制部分、空位显示及地标闪烁脉冲输出部分。

图1 控制系统结构图

3.1 光电传感器设计

传感器主要包括:汽车进入传感器、汽车驶出传感器、停车位传感器。设计用于停车场模型车辆进出车场的感应,车位有无车辆感应。该电路主要分:红外发射电路,红外接收电路。电路第一部分设置并安装的红外线发光管与红外线接收管[4],通电后红外线发光管即向外发射调制红外线,当无车辆阻挡时,红外线接收管收不到发光管发出的红外线光线,输出端无信号输出,晶体管处于截止状态,表明此车位为空,并将此信息传递到单片机,单片机将信息输出到门口的空车位数量显示屏,当有车辆停放时,红外线将被部分反射回来并被红外线接收管受到,经模块内部电路放大,解调,整形,比较处理后,输出端突变为高电平,表明此车位有车停放,也将信息经单片机输出到门口显示屏上,当车辆离开后,输出端恢复低电平,时基集电路翻转为复位状态。(车辆进入传感器和汽车驶出传感器同理)考虑到有时会有人走动影响空车位感应的准确性,每个车位安装两个光电传感器,两个光电传感器用与逻辑门连接,具有防误判功能,电路图如图2所示。当两个同时在工作状态下,才能表明此车位为空车位。

图2 防误判电路

由于停车场多数属于室外作业,在传感器的应用中,总是希望传感器的特性不受环境温度的影响,为此,需要采用一定的办法,将环境温度对传感器的影响程度加以抑制,将其限定在一定的范围以内。理想的传感器的输出量与被测物理量是线性关系,并且有很好的稳定性和可靠性,从而保证在整个测量范围内灵敏度比较均匀,便于测量结果的处理[5]。然而,实际的传感器往往是非线性的输出特性,它们输出的电信号与被测物理量之间的关系是非线性的。为此,必要的时候,需要对传感器的信号加以线性化。最常见的射极跟随器电路是晶体管共集电极电路,也有用运算放大器构成射极跟随器的。为了进一步提高电路的输入阻抗,可以采用电荷放大器,如图3所示,在通常情况下,Gc、Gi和Gf均很小,电压源的等效电路推导公式。

图3 线性化电路

作为利用电容反馈原理将输入电荷量转换为电压信号,使放大器的输出电压正比于传感器的电荷信号。它是一种具有高增益的运算放大器,其主要特点是输出阻抗低,因此,可以将传感器的高输出阻抗转换为低输出阻抗,起到阻抗匹配的作用。

3.2 键盘控制

系统采用键盘操作,可以调整车位的上下限值,方便预留车位,以应不时之需。键盘工作原理是履行一种双向同步串行协议,接口中最重要的4根线是:数据线、地线 、电源线和时钟线。在键盘内部,有一个专门负责扫描按键的处理器。它能检测出某个键被按下或者按下后被释放,并根据按键的类型产生相应的扫描码。当键盘上的一个键被按下时,键盘会根据按键类型产生一段通码;当键盘上的一个键按下后被释放时,键盘会根据按键类型再产生一段断码。以接收来自键盘的扫描码,要求对不同的按键做出响应。为器件进行输入输出管脚分配,完成后对工程进行编译,达到键盘控制的目的。

3.3 地标闪烁脉冲信号

图4 地标脉冲电路

地标脉冲电路如图4所示。设计用于地下停车场方向指示,当车辆在停车场内行驶时,此地标闪烁脉冲信号发出相应的方向信息,告知司机行驶的方向,使司机直接迅速的找到要停的车位。

3.4 空位显示部分

设计用于停车场门口空车位数量显示,主要是计数、译码显示器,根据进出车辆的多少,将剩余空车位数量显示在停车场门口的显示屏上,当有空车位时,司机可以开车进入。电路设计如图5所示。

图5 空车位显示电路

3.5 扩展口预留设计

系统设计要与时俱进,可以和物业联网,增设收费系统,汽车自燃报警等扩展口。

4 软件设计

图6 存取车流程图

车辆控制主程序主要由初始化模块和各功能模块组成,村取车流程图如图6所示。初始化模块主要完成对通信、中断、定时的初始状态设置。初态时,RS232通信端口设置为接收状态,波特率设置为19200bps;各功能模块包含键盘控制、车位检测、火灾控制、数据显示、语音通信及报警等。

5 结束语

本系统设计的光电式传感器具有灵敏度高,抗干扰性强、体积小等特点[6,7],可广泛地应用于自动化控制等领域。因此,它具有广泛的实用性。设计的操作系统具有普及型,工作人员只要可以通过键盘进行操作,也可以计算机自动控制。停车、取车流程简单,采用人性化处理,时间短,操作快捷。

空车位引导指示和空车位数量显示功能,不仅减轻了大量繁琐的人工指挥,提高了工作效率和检定质量,有效地减少了物业管理人员的口舌之苦,而且对节约能源和实现和谐社会开辟了新的途径。