基于單片機的自動化立體車庫控制系統設計

盧傳榮

【摘 要】本設計綜合考慮各種因素，選擇摩天輪式立體車庫作為研究對象，以單片機作為控制系統的處理器，以步進電機作為立體車庫的動力源，設計并制作了一個立體車庫模型。

【關鍵詞】立體車庫；摩天輪式；步進電機；單片機

【Abstract】Comprehensive consideration of various factors of the design， select wheel type parking study， based on the single chip processor control system， stepper motor as a power source of parking， a garage model is designed and produced.

【Key words】Stereo garage； Ferris wheel； Stepping Motor； Single-chip microcomputer

0 前言

由于國民經濟的快速發展和城市化進程的快速推進，我國的汽車數量快速增加，越來越多的汽車走入普通百姓的家中，而經濟基礎較好的家庭甚至有兩輛甚至更多。而與之相對應的是城市停車設施的發展相對緩慢，車多而停車位少的問題一天比一天嚴重。

車輛增長快、泊車位不足而形成的供需矛盾除了會導致交通擁堵，讓城市交通秩序變得混亂，還會降低城市的運行效率，成為城市發展的絆腳石。因此，解決停車難的問題刻不容緩，而要解決這個問題，最好的方法是加快立體車庫的建設。立體車庫是借助機械或者機械設備來達到最大量存取和儲放車輛的一種存放車輛的設施，它是緩解停車難問題和解決城市土地使用緊張的一個有效方法。因為它不但占用土地面積小，而且可以實現空間的最優利用，使用起來安全便利，同時可以有效緩解城市交通車輛的流通緩慢的問題。但是考慮經濟問題，如果一臺家用的立體車庫也使用一臺PLC作為車庫的控制核心 ，顯然很不劃算。但要是使用單片機代替 PLC作為自動化立體車庫的處理器，不但能大大地減少投入的資金，而且 也可以達到和PLC產品同樣的控制效果。更重要的是，在此基礎上并沒有失去安全保護和故障診斷等功能，具有和 PLC控制一樣的穩定、可靠。

1 立體車庫控制系統硬件設計

1.1 立體車庫控制系統的原理

本設計是基于STC89C52單片機的摩天輪式立體車庫控制系統，整個系統由51單片機系統、12864顯示屏、矩陣鍵盤、步進電機驅動器、28BYJ-48步進電機和摩天輪立體車庫機械模型組成。當用戶要存車時，首先通過系統的顯示屏知道立體車庫哪些車位是空的，然后選擇要停車的車位，按下車位號對應的按鍵，最后按下存車確認按鈕，單片機判斷執行程序，選擇最優路徑讓摩天輪把用戶選擇的空車位旋轉到車庫入口處，車輛入庫后即完成存車操作。當用戶要取車時，在鍵盤上按下自己車輛所停的車位號，最后按下取車確認按鈕，單片機判斷執行程序，選擇最優路徑讓摩天輪把用戶車輛旋轉到車庫出口處，完成取車操作。

1.2 立體車庫的模型設計

摩天輪式立體車庫的模型設計是使用三維繪圖軟件SolidWorks2014完成的，SolidWorks不但功能強大、齊全，而且人機交互面簡單，簡單易用。摩天輪式立體車庫模型是由車筐、轉盤、支架、主軸和軸承組成的。繪圖時分別繪制摩天輪各個部分的零件圖，然后把各個零件圖裝配起來，其整體模型效果如圖1所示：

1.3 單片機最小系統設計

自動化立體車庫的控制核心是STC89C52單片機。為了簡化外部接口電路，本次選用單片機最小應用系統加上12864顯示模塊和矩陣鍵盤。在單片機最小應用系統的基礎上加上單片機燒錄接口，方便單片機程序的下載。并且要把I/O口引出，以供使用。當單片機系統在運行過程中發生故障時，如果要讓單片機重新正常工作，讓其內部的程序從頭開始執行，可以通過按下單片機的復位按鈕來實現。復位電路中的電容C3大小一般在10uF～30uF之間，它接影響了單片機的復位時間，要想讓單片機的復位時間短，這個電容就要盡可能的大。單片機的晶振影響著單片機的處理速度，所以Y2一般采用11.0592MHz。

1.4 28BYJ-48步進電機的驅動方法

28BYJ-48是4相永磁式減速步進電機，它在直流5V到直流12V之間可以正常地工作。步進電機28BYJ-48常用的驅動模塊有L298N和ULN2003。

單片機的輸出電流不足以帶動步進電機正常工作，而且單片機的I/O口輸出的是數字信號。要讓步進電機正常工作需要在單片機和電機之間搭一個橋梁，而這個橋梁就是步進電機的驅動器。有了這個橋梁就可以用單片機控制驅動芯片，單片機的輸出信號經過驅動器放大后再發送到對應的電機接口，驅動步進電機工作。

ULN2003驅動模塊具有放大信號的作用，可以把單片機輸出的TTL信號放大到能夠讓電機轉動的電流強度。所以使用ULN2003驅動步進電機，不僅電路簡單，而且使用方便。而L298N是一種高電壓、大電流雙H橋功率的集成電路，它有更強的驅動能力，而為具有過電流保護，當電機發生故障時，它可以保護電路和電機。除此之外，L298N使用兩抑制輸入來消除干擾，具有很強的抗干擾能力。L298N常用來驅動各種各樣的感性負載。

通過綜合比較ULN2003模塊和L298N模塊，本設計采用L298N作為28BYJ-48步進電機的驅動器。

2 立體車庫控制系統軟件設計

2.1 控制系統的主程序功能及流程圖

摩天輪式立體車的控制系統軟件設計主要包括電機的正反轉控制、矩陣鍵盤的按鍵掃描和12864液晶屏顯示。整個系統主要實現以下幾個功能：

1）程序的初始化；

2）立體車庫狀態的顯示；

3）讀取存取車的指令；

4）調用存取車的程序；

5）給步進電機相應的信號，實現存取車。

主程序流程圖如圖2所示。

2.2 最優存取車的實現

最優存取車就是要存取車所花費的時間最短。本設計研究的是摩天輪立式體車庫，摩天輪一圈共有八個車位。摩天式立體車庫可以順時針旋轉和逆時針旋轉，為了增加用戶體驗，給用戶自己根據當前的空車位的情況選擇自己喜歡的停車位。所以本設計最優存取車的實現是基于用戶選擇的車位號，而不是由系統自行判斷最優車位，然后讓用戶把車輛停在最優車位上。當用戶需要存車時，從控制面板的鍵盤上按下自己要停的空車位號時，系統會自動判斷你按下車位號的在摩天輪式立體車庫的那個位置，然后根據你按下的車位的位置驅動步進電機順時針旋轉還是逆時針旋轉，以達到用最短的時間把相應的車位轉到存車入口處。同理，取車時也是根據用戶按下的車位號判斷相應的車位所在的位置，然后判斷摩天輪立體車庫順時針旋轉還是逆時針旋轉才是最優，然后對步進電機作出相應的控制。

3 結束語

本文從車輛多而停車位少的實際問題出發，綜合考慮經濟投入、占地大小、美觀等因素，設計出一種基于單片機的摩天輪式的自動化立體車庫控制系統。摩天輪式立體車庫不僅可以停放車輛，而且可以作為城市景觀供人們欣賞，增加城市的文化氛圍，可謂一物兩用。

【參考文獻】

[1]余師芳，陳姿信.南寧市停車難問題調研分析[J].中共南寧市委黨校學報，2013（6）：38.

[2]劉傳煒，唐佳，蒲永紅.摩天輪式立體車庫的創新設計與模型制作[J].產業與科技論壇，2012.11（8）：76.

[3]李全利.單片機原理及接口技術[M].北京：高等教育出版社，2009.

[4]郭天祥.新概念51單片機C語言教程——入門、提高、開發、拓展全攻略[M].北京：電子工業出版社，2009.

[責任編輯：王偉平]