摘要：随着国家经济实力的迅速增长，私人汽车的数量与日俱增，导致停车供需矛盾非常凸出。该设计是集远程一键控制、太阳能电源供电、超声波测距报警等功能为一体的便携式可移动车库系统，实现库随车走，从而有效解决车位缺口问题，减小露天停车给车辆带来的损害。
关键词：车库；智能遥控；超声波测距
1研究背景
近年来，我国汽车保有量不断增长，导致城市停车位日益紧缺。2020年6月，清华同衡规划院联合中国城市公共交通协会的《2019停车行业发展白皮书》显示，2020年，北京市汽车保有量为636.5万辆，但停车位只有176.4万个，平均每3.72辆车分摊一个车位，车位缺口高达460万个。同时，我国机动车保有量突破3.48亿，私家车保有量突破2.07亿，我国大城市小汽车与停车位的比例约为1∶0.8，中小城市约为1∶0.5，而发达国家约为1∶1.3，城市停车位比例严重偏低，保守估计我国停车位缺口超过8000万个。为了缓解停车难问题，立体车库技术被大中型城市广泛应用，但是由于立体车位收费较贵，停车、取车麻烦费时，车位维护和修理成本较高等原因，导致对于解决停车难这一突出问题收效甚微[1-2]。基于此，本设计提出便携式可移动车库装置系统设计，期望可以为解决日益凸显的停车难问题提供有益方案。
2设计思路
经调查，目前国内市场尚无类似产品。从安全性和通用性角度考虑，采用阻燃PP材料为主材料进行便携式车库顶棚设计。考虑到现实车位的紧缺现状和现代科技水平，该便携式车库将采用无线遥控模块控制其顶部车棚的自动开合方式，实现一键开启功能，利用棚顶太阳能充电模块为该系统提供备用电源，同时设置超声测距报警模块电路有效防止其他车辆的碰擦[3-4]。希望通过便携式车库系统的设计能够有效缓解车位少、停车难的突出矛盾，并且降低露天停车自然环境因素，诸如日晒雨淋、风沙等因素对爱车的损害，一定程度上减少汽车清洗次数及保养次数，为车主创造更大的经济利益[5]。
3硬件电路设计
便携式可移动车库系统以模块化的设计思路为主导，以单片机为主控电路，主要包括人机交互模块、红外测距模块、电机驱动模块、电源电路、复位及时钟电路、报警电路等几部分构成，系统结构框图如图1所示。车主通过按键可选择不同的人机交互模式，如采用按键、利用手机等实现对系统控制；通过超声波传感器感受可移动车库与外界环境信息，当有其他车辆靠近至小于安全距离时，将通过主控电路分析处理，控制报警电路发出报警信息，起到防止碰擦及防盗功能[6]。当单片机主控电路接收到按键电路或者手机控制信息时，将发出信号，控制电机驱动模块，实现车顶部车棚的开启或者闭合。其GPS模块可以定位移动车库实时位置，通过无线通信模块将位置信息发送给车主，在车库收到碰擦及外力破坏时本地报警的同时还发送报警信号到车主手机端，实现远程监控。系统的主控芯片选用ST公司的STC89C52。该芯片具有较高的实时性、较低的功耗、丰富的片外扩展能力、强大的数据处理能力等。系统以单片机为主控电路，所有电路均与主控芯片相连，由主控芯片进行数据处理和控制。下面对部分硬件电路做介绍。
3.1超声波测距模块。可由单片机产生40kHz频率信号,经过整形后送到超声波发射器驱动其发出超出波,反射器向被探测区域发出等幅超声波,接收器接受反射回来的超声波,当没有物体进入被探测区域时,反射回来的超声波是等幅的；当有物体移动时,接收器接收到的超声波幅度不等,并且不断发生变化,接收电路接收到信号后,经过放大检波滤波后,又经过电平比较后,转换成电平信号,由单片机检测到后,进行延时处理,处理后驱动报警电路从而发生声光报警。该模块设计电路见图2所示。
3.2电机驱动模块。该模块主要用于控制车顶部车棚的开合控制。电机带动螺杆旋转，由于折叠杆升降座和螺杆螺纹连接，套筒外壳限制了折叠杆升降座跟随螺杆套筒外壳限制了折叠杆升降座跟随螺杆一起转动,因此折叠杆升降座就能沿着套筒外壳轴向(竖直方向)上升和下降,从而控制折叠臂的张开和收拢。当折叠臂的张开时,遮布随着折叠臂打开,就可以起到遮阳挡雨的作用；当折叠臂的收拢时,遮布随着折叠臂收拢,体积就可以变得很小。折叠杆升降座上升或下降到限位固定套住，固定套可以挡住折叠杆升降座，此时电机受阻收到较大的阻力，电机停止工作。这里采用直流电机口驱动芯片L298N来驱动电机，实现车棚的开启或者闭合，其驱动电路如图3所示[7]。STC89C52通过光电隔离电路TLP521-4与电机驱动芯片L298N连接。单片机通过通过控制IN1～IN4引脚的电平高低即可控制电机的正转和反转，OUT1～OUT4为控制信号输出引脚，该引脚通过整流电路直接与电机相连进而控制电机的旋转状态。
3.3电源模块。便携式车库系统内设多种传感器元件电路，同时车棚升降装置也需要供电，所需电压各不相同。考虑到能源的持续应用和开发，结合顶部车棚的位置考虑，该系统设计采用太阳能充电板为主要供电电源，同时考虑与车载电池结合电能储备的问题，以解决无光可采集时的设备运转问题。单片机主控芯片需要5V电压供电，可通过两个线性稳压芯片LM7805提供。LM7805广泛应用在各种电子电路当中，该模块设计电路如图4所示。在输入端设置220µF和0.33µF的电容器，稳定输出的电压值；输出端100µF和0.1µF的电容器起到消除高次噪声、储能和滤波作用。
3.4GPS模块与报警电路。利用GPRS芯片SIM300以手机短信的形式把移动车库信息发送给车主，在车库收到碰擦及外力破坏时本地报警的同时还发送报警信号到车主手机端，实现远程监控其电路如图5所示。
4软件设计
根据便携式车库系统运行情况，设计系统主程序流程如图6所示。系统主要完成硬件初始化、循环接收车棚升降控制命令、控制电机运行等功能。
5结语
该便携式可移动车库系统集智能遥控、太阳能供电、超声波测距报警等多种功能于一身，为露天车辆停放提供了可栖息的移动车库，既有效缓解了车位数量紧缺很多车辆无位可停的突出矛盾，同时便携式车棚设计又使得我们的爱车在露天停放时免受日晒雨淋、蒙尘刮擦等伤害，给车主创造更大的经济效益。该系统设计具有一定的借鉴性和较大的市场推广应用价值。
作者:洪慧敏 蒋一 单位:安徽新华学院电子通信工程学院