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    關學忠（1962—）
男，黑龍江省大慶石油學院教授，主要從事嵌入式系統及模糊控制方面的研究。

摘要:該系統主要適用于對出庫車道和入庫車道彼此分開的雙車道集中式車庫內車輛的集中式管理，具體包括對車輛進出庫時間、駕駛員個人信息以及車輛鑰匙是否及時交還等方面的管理內容。

關鍵詞:nRF905；無線數據傳輸；雙車道集中式車庫管理
　　
Abstract: The system is applied to dual-lane concentrated garages of which exits and entrances are separate. It’s mainly responsible for the management of the time of the vehicle’s entering and leaving, the information of the driver and the informantion of  key returning.

Key words：nRF905; Wireless data transmission; Dual-lane concentrated garage management 

    隨著嵌入式技術和無線通信技術[1,2]的發展，人們對車庫管理系統的研究越來越深入細致，對系統的穩定性和可靠性等方面的要求也越來越嚴格。本文所設計的雙車道集中式車庫管理系統是一種基于多機無線數據傳輸技術的車輛管理系統，主要由STC[3]單片機控制部分、nRF905[4,5]無線數據傳輸部分、紅外開關檢測部分和撥碼開關設置地址部分組成。STC單片機控制部分主要負責對無線數據傳輸部分的管理及系統與上位計算機進行通信的管理，nRF905無線數據傳輸部分主要實現無線數據傳輸，紅外開關檢測部分主要實現對車輛進出方向的判斷，撥碼地址部分主要實現對車輛通信地址的硬件更改。

1 總體方案

    1.1   系統框圖

    系統框圖如圖1所示。入口發射、接收模塊放置在入口值班室內，出口發射、接收模塊放置在出口值班室內，車載模塊安裝在車輛內，紅外開關檢測部分安裝在車庫門口兩側。

    1.2   工作過程

    當車輛入庫時，入口值班室內的入口發射模塊以f1的頻率發出包含車輛通信地址信息的數據，入庫車輛上的車載模塊監測到自己的地址后接收數據，然后第一次跳頻至f2，向入口接收模塊發射回該數據，入口接收模塊接收數據并結合紅外檢測開關的狀態，確定是否有車輛入庫，當確定有車輛入庫時，再以f2向車載模塊發射確認信息，實現第一次握手，同時將數據上傳至上位機進行入庫數據記錄。車輛入庫后進行第二次跳頻，跳至f3，在這個頻率下，入庫后的車輛將不再監測入口發射模塊發出的信息，這樣將大大降低了同頻干擾的幾率。

    當車輛出庫時，出口值班室內的出口發射模塊以f3的頻率發出包含車輛通信地址信息的數據，出庫車輛上的車載模塊監測到自己的地址后接收數據，然后第三次跳頻至f4，向出口接收模塊發射回該數據，出口接收模塊接收數據并結合紅外檢測開關的狀態，確定是否有車輛出庫，當確定有車輛出庫時，再以f4向車載模塊發射確認信息，實現第二次握手，同時將數據上傳至上位機進行出庫數據記錄。車輛出庫后進行第四次跳頻，跳至f1，以便車輛入庫時能成功監測到入口發射模塊發出的f1頻率的通信地址信息。

    駕駛員的個人信息及車輛鑰匙是否及時交還是通過射頻卡與上位計算機聯合監控的。

    這樣，就實現了無需司機填寫任何表格，車輛也不須停留，就可自動地將車輛及駕駛員的相關信息通過計算機提供給監控人員。

2 硬件設計

    2.1   單片機控制部分

    單片機控制部分主要由低功耗STC系列單片機及其外圍器件構成。主要負責對nRF905之間的無線數據通信進行管理以及對系統向上位計算機傳輸無線數據通信結果進行管理。

    對nRF905無線數據傳輸芯片之間無線數據通信的管理是通過STC單片機與nRF905之間的標準雙向同步全雙工SPI（Serial peripheral interface）接口實現的。STC單片機通過SPI接口對nRF905內部寄存器進行配置來設定無線數據傳輸部分的發射及接收頻率、無線數據傳輸信道、發送數據包大小、接收數據包大小、接收地址、發送地址等。

    系統向上位計算機傳輸通信結果是通過RS-232串行接口進行的，將含有車輛通信地址信息等的數據包上傳到PC機進行記錄。

    2.2   無線數據傳輸部分

    此部分由nRF905及其外圍器件構成，如圖2所示。主要負責車庫發射模塊、車庫接收模塊及車載模塊之間的無線通信。
挪威Nordic VLSI公司推出的nRF905芯片的工作電壓為1.9～3.6V，32引腳QFN封裝(5×5mm)，工作于433/868/915MHz三個ISM(工業、科學和醫學)頻道，頻道之間的轉換時間小于650us。由頻率合成器、接收解調器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器組成，不需外加聲表濾波器，Shock Burst工作模式，自動處理字頭和CRC(循環冗余碼校驗)。

    nRF905的穩定通信距離與其輸出功率有直接關系。我們通過軟件編程可以改變配置寄存器的內容使nRF905的功率放大器工作于-10dBm 、-2dBm 、+6dBm 、+10dBm 4種不同功率，對應的電流消耗分別為11.0mA、14.0mA、20.0mA、30.0mA。應用時根據具體的通信距離和電流消耗來選擇輸出功率。

    nRF905的通信穩定性與其通信頻率有直接關系。實際設計時，我們采用對配置寄存器中的CH_NO和HFREQ_PLL進行設置來實現跳頻數據傳輸的方法避免同頻干擾，具體配置時按照如下的計算方法：

    當HFREQ_PLL=0時，通道頻差100KHz ；當HFREQ_PLL=1時，通道頻差為200KHz；應用工作頻率, MHz。

    2.3   紅外開關檢測部分

    該部分負責判斷車輛是出庫還是入庫，由常閉紅外對射管組成。在車庫入口和出口處分別安裝兩對紅外對射管，安裝間距小于最小車輛長度，高度大于最低車輛底盤。

    工作原理如下：利用不可見紅外光對射原理，在投光器和受光器間形成兩組肉眼看不見的多束紅外光柵防護欄，只要其中一組中的相鄰兩束紅外光線被經過的車輛遮擋，就將立即產生報警信號，系統將得知有車輛出入，但不能判斷車輛到底是出庫還是入庫，當且僅當另一組中的相鄰兩束紅外光線也同時被擋住時，系統才可以通過兩組紅外開關的先后狀態來確認車輛是出庫還是入庫。

    2.4   撥碼開關設置地址部分

    該部分主要由８位撥碼開關組成，主要用于通過硬件來設置車輛通信地址的場合，實現了無需軟件編程就可以對車輛地址信息改變的目的，方便簡捷，為現場調試工作提供了方便。

3 軟件流程圖

    軟件流程分為入口部分和出口部分，圖3給出了入口部分詳細流程圖，出口部分類似。

圖3  入口處的軟件流程圖

4 系統性能及實驗數據

    系統性能指標見表1所示。

表1  性能指標：