薛德宽 位浩杰 胡爱芹 黄兴洲 任学智 关华清

[中国石油大学(华东)理学院 山东 青岛 266580]



物理技术研究

基于单片机的地下车库车位监测系统的设计*

薛德宽 位浩杰 胡爱芹 黄兴洲 任学智 关华清

[中国石油大学(华东)理学院 山东 青岛 266580]

提出了一种基于单片机的地下车位监测系统，应用于地下车库车位实时监测.该系统以单片机为基础，采集车位照明灯光信号被遮挡前后的硅光电池的电压信号，用电压比较电路处理硅光电池的电压信号，并将处理之后的电信号传送至单片机，最后将车位实时数据在液晶屏上显示.本系统将硅光电池和车库照明系统有机结合起来，提升了照明灯光的应用价值；实现了车位信息的实时监测，提高了车库的运作效率.

硅光电池 车位监测 单片机

1 引言

随着城市化建设和车辆数目的增加，地下车库建设的数量和规模也在不断扩大.目前地下车库的灯光系统仅用来照明，造成了资源的浪费；车位的监测大多依靠人工记录进行管理，车库的运作效率不高[1].少数车库的管理系统应用地磁传感器，建设和维护成本高，普及率很低.本系统采用基于光电转换原理的硅光电池，利用其反应速度快、精度高、工作性能稳定等优点，将正对硅光电池的照明灯光作为一种检测信号，经过单片机处理后来实现对车位进行实时监测.系统将车位信息和灯光信号有机结合，提高了照明灯光的利用率，也方便了车库的管理，提高车库的运作效率，对硅光电池的特性研究和实用化开发具有十分重要的意义.

2 系统理论基础

如图1所示,在无外加电压时，光照引起半导体的载流子迁移,在其两端产生光生电动势，即光生伏特效应.硅光电池的基本原理就是光生伏特效应，基本结构为PN结，受光照后产生一个由N区到P区的光电流i，在有光线作用时硅光电池就相当于一个电压源[2].

图1 PN结因光照产生电动势

3 系统结构设计

本车位监测系统由电源模块、车位信息监测模块、车位数据处理模块和车位信息显示模块组成.电源模块即照明系统、单片机和液晶屏的供电电源；车位信息检测模块包括照明系统与硅光电池；车位数据处理模块包括STC89C52单片机与LM324N电压比较器电路；车位信息显示模块为液晶屏.图2为该系统的原理框图.

图2 车位监测系统原理框图

4 系统硬件设计

车位监测系统的功能主要是利用LED灯光信号对车位有无车辆进行监测.系统主要硬件模块由车位信息监测模块和车位数据处理模块组成.

4.1 车位信息监测模块

车位信息监测模块是本系统的车位数据采集端，主要由LED灯与正对的硅光电池组成.硅光电池的上电极为栅状受光电极，栅状电极下涂有抗反射膜，用以增加透光，减小反射，下电极是一层衬底铝，当光照射时，产生一个与光照强度有关的电动势，一般可产生0.2～0.6 V电压，50 mA电流.硅光电池结构如图3所示.当汽车驶进车位时，车位中心位置的硅光电池被汽车遮挡，硅光电池表面的光强减小，两端的电压为低电压；当汽车驶出车位时，车位中心位置的硅光电池不被遮挡，硅光电池表面光强增加，两端的电压为高电压[3].

图3 硅光电池结构

4.2 电压比较电路的设计

当灯光信号被汽车遮挡时，硅光电池两端的电压值经过LM324N电压比较器电路比较后，输出单片机可以检测到低电平信号；当灯光信号没被汽车遮挡时，硅光电池两端的电压值经过LM324N电压比较器电路比较后，输出单片机可以检测到高电平信号[4].电压比较电路如图4所示.

图4 电压比较电路

4.3 车位数据处理模块

车位数据处理模块是本系统数据处理中心，主要由STC89C52单片机组成.STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，性能稳定，满足车位数据的处理和对12864液晶显示屏的控制要求.当车库照明系统工作时，单片机接收车位数据，完成一次刷新，刷新车位信息确保车位数据的实时性，并在液晶显示屏上实时显示.

5 系统软件设计

车辆出入车库系统工作流程图如图5所示.

图5 系统工作流程图

本系统单片机的主要功能是车位数据的处理和液晶屏的数据显示；根据车辆出入库的流程对单片机进行调试编程，车位数据处理的主程序框图如图6所示[5].

图6 数据处理主程序框图

6 结束语

光电传感器的应用和开发是研究领域的热点，本系统针对现在地下车库内照明浪费严重和管理困难的问题，提出了一种硅光电池应用于地下车库车位监测的系统，即可以提高照明系统的附加值，解决了照明节能的问题；也帮助管理停车场，提高了停车场的利用率.鉴于不同车库内环境的区别，硅光电池两端电压不同的问题可以从处理电压比较电路部分进一步加以完善.本系统的原理基础正确,结构设计方案可行，硬件设计可靠，已成功地制作演示仪器，在实验教学和科学研究工作中发挥了作用.

1 陈鲁,王涛.地下车库灯光导航系统的设计与实现.信息技术与信息化,2014(01):64～67

2 陈中儒.光电传感器——光电池.科技资讯,2008(06):6～7

3 张玮,杨景发,闫其庚.硅光电池特性研究.实验技术与管理,2009(09):42～46

4 童诗白,华成英.模拟电子技术基础.北京:高等教育出版,2014.423～433

5 范宜添.基于单片机的智能车库管理系统设计.电子技术,2014(05):39～72

6 周联,卢佃清,史林兴.硅光电池特性研究.实验室研究与探索,2011(11):37～39

Design on Parking Monitoring System of Underground Garage Based on MCU

Xue Dekuan Wei Haojie Hu Aiqin Huang Xingzhou Ren Xuezhi Guan Huaqing

(China University of Petroleum,Qindao,Shandong 266580)

This paper presents a new underground parking monitoring system based on MCU, used in the real-time monitoring of the underground parking garage. The system is based on MCU, collectingvoltage signal of silicon photovoltaic cells before and after the illumination light signal is blocked, processing silicon photocell voltage signal using the voltage comparator circuit. At last, the electrical signal after treatment is transmitted to the MCU, and real-time data is displayed on the LCD screen. The system combines silicon photovoltaic cells and garage lighting to enhance the value of the illumination light, achieving real-time monitoring of parking information, so that it can improve the operational efficiency of the garage.

silicon photovoltaic cells; parking monitoring system; MCU

*中国石油大学(华东)大学生创新训练国家级项目,项目编号：201410425067

薛德宽(1994- )，男，在读本科生，主要研究方向为可见光通信工程.指导教师：陈文娟(1969- )，女，硕士，高级实验师，研究方向为仪器管理与制作.

2015-05-06)