基于PSoC的车位锁管理系统设计

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引言
　　专用车位，对无序停车进行控制。现有的车位锁仍存在诸多不足：首先，现有车位锁功能简单，仅能简单实现翻转臂的控制性抬起或下降，无法实现集中化的物业控制管理，对车位锁是否启用无法进行统一管理;其次，现有车位锁均通过自带的电源供电，容易产生因充电不及时电源欠压而导致无法正常使用，管理方无法统一检测;另外，现有车位锁翻转臂的机械传动复杂可靠性差，无法有效保证翻转臂遇阻自锁功能。
　　无线通信由于其便利性、扩展方便、适用性强等特点，得到了巨大的发展。目前，主流的短距离的无线通信网络有Bluetooth、Zigbee和WirelessUSB。WirelessUSB是一种低延迟、干扰免疫、低成本和低功耗的短距离无线网络，面向的是简单的点对点和多点对点应用(如鼠标、键盘等)，适合无线电脑外设和无线传感器网络应用。WirelessUSB的协议是轻量级的，可以在只带256字节RAM和8k字节ROM的8位微控制器中实现。
　　本文介绍的车位锁管理系统，采用无线遥控的人性化设计方式进行车位锁的升起和降落，改变了传统的手动模式，让驾驶员在汽车里按动手中的遥控器就能方便地操作车位锁的开与关，不必下车亲手开关车位锁，同时可将车位锁的工作信息通过无线网络传输到上位机管理系统，便于统一管理。同时实时监测车位锁电池的电量，当电量不足以维持正常工作时报警，提醒管理人员及时更换电池。

　系统硬件设计
　　整个系统结构如图1所示，由一个主机桥接器和多个智能车位锁节点组成，采用单主多从的分离式结构，通过增加或减少车位锁终端的数量来决定网络拓扑，具有很大的可扩展性和伸缩性。

　　智能车位锁节点
　　智能车位锁节点采用MCU+RF的构架，包括PSoC控制器、通信模块、电机控制模块、无线收发模块和电源管理模块。
　　PSoC控制器
　　PSoC是美国Cypress公司推出的 8 位可配置的嵌入式单片机，提供了快速的嵌入式混合信号解决方案。PSoC 的最大的特点是在单一芯片上，集成了数量不等的模拟资源和数字资源以及一些附加的实用系统资源，这些资源具有可重配置性和动态重构性，可以自由组合，它们的参数可选择或设定，足以替代几乎所有的常用外围器件。本系统采用了应用比较广泛且功能强大的CY8C29466，集成了性能为4MIPS的8位M8C处理器、32k字节的Flash、2k的SRAM，集成了24/48MHz晶振、32kHz晶振，还集成了16个可编程的功能强大的数字用户模块、12个模拟用户模块和可编程的内部互联，可非常方便地选用多达100种的外设和设置连接方式，将PCB(印制电路板)上大部分的元件和走线移到芯片内部，而且可动态重配置，开发非常灵活。

        无线通信模块
　　无线通信模块采用Cypress公司的射频芯片CYRF6936，属于WirelessUSB LP系列，是Cypress的第二代射频片上系统(SoC)，增加了一系列增强的特性，包括更广的操作电压范围(1.8~3.6V)，更小的工作电流，更高的数据率(最大速率为1Mbit/s)，更短的晶振起振时间、同步稳定时间和链路切换时间。
　　无线收发模块
　　无线收发模块分为无线遥控器和接收模块两部分，用于实现用户层车位锁节点的开闭控制，即通过无线遥控器上的控制按钮，向车位锁的接收器发送控制信号，接收器进行信号解码后传递给控制器处理，实现车位锁的自动开闭控制。
　　无线遥控器采用应用非常广泛的150m四键遥控器，该遥控器使用PT2262芯片进行编码;接收模块使用PT2272解码芯片，有四个输出，分别对应遥控器上的四个按键。若有按键按下，则对应的输出为逻辑高电平，放开则为低电平。
  
　　电机控制模块
　　电机控制电路如图2所示，CTRM+，CTRM-分别接到MCU的两个输出引脚，当CTRM+为“1”时，三极管Q2导通，继电器K1通电吸合，使得M+(电机正转接口)与6V的电源连通，电机正转，带动车位臂上升，防止其它车辆占用该车位;若CTRM-为“1”时，三极管Q3导通，继电器K2通电吸合，使得M-(电机反转接口)与6V的电源连通，电机反转，带动车位臂下降，将车驶进车位。

　　电源管理模块
　　电源由6V的蓄电池提供，而MCU芯片CY8C29466需要5V的工作电压，通信芯片CYRF6936需要3.3V的工作电压，所以采用稳压芯片L1117-5.0和L1117-3.3对6V的蓄电池电压进行转换。同时实时监测蓄电池的电量，当电池容量下降到一定值时，就向系统发出充电需求信号，以便工作人员及时更换蓄电池。
　　主机桥接器
　　主机桥接器(Bridge)用于接收来自车位锁终端的状态信息，并通过USB协议发送到上位机。芯片选用Cypress的PRoC™ LP芯片CYRF69213，它集成了性能为4MIPS的8位M8C处理器、USB2.0低速接口、2.4GHz射频收发器，内部还集成了3.3V电压调节器等，大大减少外部元件，可有效降低成本，加快开发进度，硬件结构如图3所示。

　　该系统的硬件组成为主机桥接器和车位锁节点，主要基于PSoC和PRoC架构。系统的硬件实物图如图4所示。


        系统软件设计
　　本系统的软件设计围绕着数据的提取、传输和处理。从数据流向上看，数据经过三个阶段的处理，分别是WirelessUSB协议处理、USB协议处理和PC监控软件的处理(显示监控数据)。本系统从硬件上可分成三大部分：车位锁节点、主机桥接器和PC。车位锁WirelessUSB协议处理;主机桥接器包括WirelessUSB协议处理和USB协议处理;PC包括USB协议处理和监控软件处理。
  
　　车位锁节点
　　当车辆驶近车位时，车主按下遥控器的解锁按钮，接收电路则对接收到的信号进行解码，并将解码结果送入单片机，单片机对接收到的解码信号进行分析比较。如果该信号与存储器中已经保存的身份码相符，则说明是合法车辆，单片机则控制电动机将车位锁降下，待下降到位后，发出声音信号，车主听到声音后，将车辆驶入车位，并在离开时升起车位锁，起到防盗作用，程序流程图如图5所示。

　　WirelessUSB网络
　　WirelessUSB无线网络是一主多从(点对多点)的星形网络结构，包括一个主机(桥接器)和多个从机(最多支持255个从机)，支持双向数据传输。
　　WirelessUSB主机负责检测干扰，选择安静的信道，正常情况处于接收模式，当设备轮询时才发送应答数据。主机上电后先进入频道选择模式，找到一个安静频道后，进入数据模式。当用户请求绑定时进入绑定模式，绑定结束后将进入频道选择模式。如果当前通道的噪声干扰太大，主机将重新进入频道选择模式。
　　WirelessUSB从机有数据则立即往主机发送(不检测信道空闲)，无数据则睡眠(节电)，定时轮询主机请求配置数据。上电复位后先检查设备是否已经绑定，如果已绑定则进入重新连接模式。如果未绑定，则进入空闲模式，等待用户绑定，当用户手动绑定后进入绑定模式，结束后将进入重新连接模式，找到主机后将进入数据模式。在数据模式，如果丢失连接，将自动进入重新连接模式。
　　PC监控端
　　PC监控端的软件的驱动层主要包括USB接口的驱动程序;协议层包
　　图5 程序流程图括USB主机协议;应用层的主要工作对监控数据进行进一步分析处理，以及处理用户输入。为了加速开发进度，充分利用现有资源，主机端USB驱动不重新开发，直接采用Cypress公司提供的通用驱动CyUSBAPI，CyUSB API提供了高层的应用程序接口，大大方便了应用程序的编写。上位机监控界面采用VC6.0的MFC进行编写，显示所检测到的所有的停车位总数，空闲车位数以及被占用车位数，并列出所有车位数详细信息以及各个车位锁当前的电量。
　　结语
　　该车位锁管理系统是一种低成本、高性能的管理系统，充分利用了PSoC的内部资源以及WirelessUSB的灵活性和高自由度。整个系统包括PC软件和嵌入式设备两大模块，支持即插即用。系统通过USB2.0接口与PC软件通信，扩展性强，能同时采集多达255个车位信息。此外，系统可将车位信息经WirelessUSB上传到上位机管理软件，上位机管理软件将车位占用的信息显示出来。操作人员利用这些信息即可对整个停车场进行管理，这样有利于改善停车场的管理秩序，减轻管理人员的劳动强度，降低管理费用。