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    關(guān)學(xué)忠（1962—）
男，黑龍江省大慶石油學(xué)院教授，主要從事嵌入式系統(tǒng)及模糊控制方面的研究。

摘要:該系統(tǒng)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(nèi)車輛的集中式管理，具體包括對車輛進(jìn)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(nèi)容。

關(guān)鍵詞:nRF905；無線數(shù)據(jù)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(shù)和無線通信技術(shù)[1,2]的發(fā)展，人們對車庫管理系統(tǒng)的研究越來越深入細(xì)致，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性等方面的要求也越來越嚴(yán)格。本文所設(shè)計的雙車道集中式車庫管理系統(tǒng)是一種基于多機(jī)無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的車輛管理系統(tǒng)，主要由STC[3]單片機(jī)控制部分、nRF905[4,5]無線數(shù)據(jù)傳輸部分、紅外開關(guān)檢測部分和撥碼開關(guān)設(shè)置地址部分組成。STC單片機(jī)控制部分主要負(fù)責(zé)對無線數(shù)據(jù)傳輸部分的管理及系統(tǒng)與上位計算機(jī)進(jìn)行通信的管理，nRF905無線數(shù)據(jù)傳輸部分主要實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸，紅外開關(guān)檢測部分主要實(shí)現(xiàn)對車輛進(jìn)出方向的判斷，撥碼地址部分主要實(shí)現(xiàn)對車輛通信地址的硬件更改。

1 總體方案

    1.1   系統(tǒng)框圖

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

    1.2   工作過程

    當(dāng)車輛入庫時，入口值班室內(nèi)的入口發(fā)射模塊以f1的頻率發(fā)出包含車輛通信地址信息的數(shù)據(jù)，入庫車輛上的車載模塊監(jiān)測到自己的地址后接收數(shù)據(jù)，然后第一次跳頻至f2，向入口接收模塊發(fā)射回該數(shù)據(jù)，入口接收模塊接收數(shù)據(jù)并結(jié)合紅外檢測開關(guān)的狀態(tài)，確定是否有車輛入庫，當(dāng)確定有車輛入庫時，再以f2向車載模塊發(fā)射確認(rèn)信息，實(shí)現(xiàn)第一次握手，同時將數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)進(jìn)行入庫數(shù)據(jù)記錄。車輛入庫后進(jìn)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(jiān)測入口發(fā)射模塊發(fā)出的信息，這樣將大大降低了同頻干擾的幾率。

    當(dāng)車輛出庫時，出口值班室內(nèi)的出口發(fā)射模塊以f3的頻率發(fā)出包含車輛通信地址信息的數(shù)據(jù)，出庫車輛上的車載模塊監(jiān)測到自己的地址后接收數(shù)據(jù)，然后第三次跳頻至f4，向出口接收模塊發(fā)射回該數(shù)據(jù)，出口接收模塊接收數(shù)據(jù)并結(jié)合紅外檢測開關(guān)的狀態(tài)，確定是否有車輛出庫，當(dāng)確定有車輛出庫時，再以f4向車載模塊發(fā)射確認(rèn)信息，實(shí)現(xiàn)第二次握手，同時將數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)進(jìn)行出庫數(shù)據(jù)記錄。車輛出庫后進(jìn)行第四次跳頻，跳至f1，以便車輛入庫時能成功監(jiān)測到入口發(fā)射模塊發(fā)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(jī)聯(lián)合監(jiān)控的。

    這樣，就實(shí)現(xiàn)了無需司機(jī)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(guān)信息通過計算機(jī)提供給監(jiān)控人員。

2 硬件設(shè)計

    2.1   單片機(jī)控制部分

    單片機(jī)控制部分主要由低功耗STC系列單片機(jī)及其外圍器件構(gòu)成。主要負(fù)責(zé)對nRF905之間的無線數(shù)據(jù)通信進(jìn)行管理以及對系統(tǒng)向上位計算機(jī)傳輸無線數(shù)據(jù)通信結(jié)果進(jìn)行管理。

    對nRF905無線數(shù)據(jù)傳輸芯片之間無線數(shù)據(jù)通信的管理是通過STC單片機(jī)與nRF905之間的標(biāo)準(zhǔn)雙向同步全雙工SPI（Serial peripheral interface）接口實(shí)現(xiàn)的。STC單片機(jī)通過SPI接口對nRF905內(nèi)部寄存器進(jìn)行配置來設(shè)定無線數(shù)據(jù)傳輸部分的發(fā)射及接收頻率、無線數(shù)據(jù)傳輸信道、發(fā)送數(shù)據(jù)包大小、接收數(shù)據(jù)包大小、接收地址、發(fā)送地址等。

    系統(tǒng)向上位計算機(jī)傳輸通信結(jié)果是通過RS-232串行接口進(jìn)行的，將含有車輛通信地址信息等的數(shù)據(jù)包上傳到PC機(jī)進(jìn)行記錄。

    2.2   無線數(shù)據(jù)傳輸部分

    此部分由nRF905及其外圍器件構(gòu)成，如圖2所示。主要負(fù)責(zé)車庫發(fā)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(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué))頻道，頻道之間的轉(zhuǎn)換時間小于650us。由頻率合成器、接收解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)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(huán)冗余碼校驗(yàn))。

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

    nRF905的通信穩(wěn)定性與其通信頻率有直接關(guān)系。實(shí)際設(shè)計時，我們采用對配置寄存器中的CH_NO和HFREQ_PLL進(jìn)行設(shè)置來實(shí)現(xiàn)跳頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ū苊馔l干擾，具體配置時按照如下的計算方法：

    當(dāng)HFREQ_PLL=0時，通道頻差100KHz ；當(dāng)HFREQ_PLL=1時，通道頻差為200KHz；應(yīng)用工作頻率, MHz。

    2.3   紅外開關(guān)檢測部分

    該部分負(fù)責(zé)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(hù)欄，只要其中一組中的相鄰兩束紅外光線被經(jīng)過的車輛遮擋，就將立即產(chǎn)生報警信號，系統(tǒng)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(dāng)且僅當(dāng)另一組中的相鄰兩束紅外光線也同時被擋住時，系統(tǒng)才可以通過兩組紅外開關(guān)的先后狀態(tài)來確認(rèn)車輛是出庫還是入庫。

    2.4   撥碼開關(guān)設(shè)置地址部分

    該部分主要由８位撥碼開關(guān)組成，主要用于通過硬件來設(shè)置車輛通信地址的場合，實(shí)現(xiàn)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(xiàn)場調(diào)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(xì)流程圖，出口部分類似。

圖3  入口處的軟件流程圖

4 系統(tǒng)性能及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

    系統(tǒng)性能指標(biāo)見表1所示。

表1  性能指標(biāo)：