立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作者 / 陳梓生，西安理工大學(xué)印刷包裝與數(shù)字媒體學(xué)院

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立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作者 / 陳梓生，西安理工大學(xué)印刷包裝與數(shù)字媒體學(xué)院

隨著近代工業(yè)和科技的飛速發(fā)展，私家車的擁有量不斷攀升，有限的土地資源與龐大的私家車數(shù)量之間的矛盾引發(fā)了嚴(yán)重的停車難問題。我們想到了立體車庫，它可以充分利用空間，合理的利用土地資源［1］。本文研究了基于51單片機(jī)的立體車庫自動(dòng)控制系統(tǒng)，由單片機(jī)與上位機(jī)完成車庫的整體控制。車庫進(jìn)出口采用的是指紋識(shí)別系統(tǒng)，安全性高于傳統(tǒng)的鑰匙或卡系統(tǒng)。

立體車庫；51單片機(jī)；指紋識(shí)別；VB6.0

引言

車輛無處停放的問題是社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、文化、交通發(fā)展到一定程度產(chǎn)生的結(jié)果。現(xiàn)階段新建小區(qū)內(nèi)住戶與車位的配比為1:1，為了解決停車位占地面積與住戶商用面積的矛盾，立體停車庫以其平均單車占地面積小的獨(dú)特特性，得到了廣泛的應(yīng)用。立體停車場(chǎng)的出現(xiàn)與汽車的三次工業(yè)革命息息相關(guān)，最早的立體停車場(chǎng)出現(xiàn)在歐洲第二次汽車工業(yè)革命時(shí)期，如：意大利的Sotefin、Interpark、德國(guó)的Palis等。日本從20世紀(jì)50年代中期開始停車場(chǎng)問題的研究，無論在技術(shù)上還是在實(shí)踐上均已獲得了成功。而我國(guó)是在20世紀(jì)80年代開始研制并使用立體停車場(chǎng)的，目前，全國(guó)已建成的立體停車位才100多萬個(gè)，并且主要集中在北京、上海，廣東等一線城市，所以我國(guó)的立體停車庫前景廣闊。目前立體車庫的種類比較多，國(guó)內(nèi)外比較流行的型式有：垂直循環(huán)式、多層循環(huán)式、水平循環(huán)式、垂直升降式（電梯式）、升降導(dǎo)軌式、平面往復(fù)式、組合式、升降橫移式和巷道堆垛式等［1］。本文就將立體停車庫的控制系統(tǒng)作為介紹，并進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1. 立體車庫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

整個(gè)控制系統(tǒng)主要由硬件電路模塊跟軟件控制程序模塊組成。具體說來就是由單片機(jī)、指紋識(shí)別、上位機(jī)、光電開關(guān)、行程開關(guān)、報(bào)警等組成。如圖1所示。

從圖1可以看出單片機(jī)是整個(gè)電路系統(tǒng)的核心，對(duì)外圍電路器控制的作用；指紋識(shí)別安裝在閘道進(jìn)出口處，對(duì)進(jìn)入口進(jìn)行控制；光電開關(guān)跟行程開關(guān)用來采集車輛的出入信息，并通過電路完成對(duì)單片機(jī)的信號(hào)輸出；報(bào)警時(shí)利用單片機(jī)送來的信號(hào)進(jìn)行提示，提示停車庫的車位已滿；上位機(jī)通過串口與單片機(jī)連接進(jìn)行通信，對(duì)停車庫的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。設(shè)置急停是為了防止意外事情發(fā)生，按下急停快關(guān)，斷開電源，使升降機(jī)無法繼續(xù)運(yùn)行，以保護(hù)人員及車輛的安全［3］。

2. 控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)

建設(shè)立體車庫不是哪一個(gè)學(xué)科單獨(dú)可以解決的問題，它包含了機(jī)械、自動(dòng)控制、微電子、光學(xué)、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域的多學(xué)科科學(xué)技術(shù)，集機(jī)、電、光、算于一體，需要各個(gè)領(lǐng)域相互配合。控制系統(tǒng)的硬件電路模塊由以下幾個(gè)設(shè)備組成：電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、指紋識(shí)別系統(tǒng)、單片機(jī)控制系統(tǒng)、單片機(jī)硬件系統(tǒng)和各樓層傳感器電路。

圖1

■2.1 存取車指紋識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的停車場(chǎng)進(jìn)出采用鑰匙或ICID卡等進(jìn)行車輛信息錄入，而本文采用指紋識(shí)別技術(shù)來實(shí)現(xiàn)車輛信息的錄入。通過上位機(jī)對(duì)指紋信息進(jìn)行處理，從而達(dá)到進(jìn)出的安全需求。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)通過提取人的指紋來取代傳統(tǒng)的鑰匙或ICID卡功能，可以為用戶提供更安全的加密手段。同時(shí)還防止鑰匙或卡的丟失給用戶造成的損失。用戶只需要把手指放到指紋采集儀的窗口，比對(duì)成功后即可實(shí)現(xiàn)車輛的進(jìn)出。

■2.2 來車檢測(cè)單元電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用的是光電開關(guān)。光電開關(guān)分為反射式、對(duì)射式和鏡面反射式三種類型，其中，對(duì)射式檢測(cè)距離遠(yuǎn)，可檢測(cè)半透明物體的密度（透光度）；反射式的工作距離被限定在光束的交點(diǎn)附近，以避免背景影響；鏡面反射式的反射距離較遠(yuǎn)，適宜作遠(yuǎn)距離檢測(cè)，也可檢測(cè)透明或半透明物體。由于我們只是簡(jiǎn)單的需要知道電梯上是否有來車，所以采用最簡(jiǎn)單的對(duì)射式光電開關(guān)。它安裝在電梯的正上方。它有棕色，黑色和藍(lán)色三根線。棕色接+24V，藍(lán)色接地，黑色是信號(hào)線。如圖2所示，信號(hào)線跟繼電器K1的線圈連接，繼電器K1的常閉端接到單片機(jī)的I/O口。起初I/O口為高電平，持續(xù)監(jiān)測(cè)是否有來車，當(dāng)有車來時(shí)，線圈失電，I/O口變?yōu)榈碗娖健．?dāng)車輛駛離電梯時(shí)，I/O又變?yōu)楦唠娖剑@樣依次重復(fù)。

圖2

圖3

圖4

■2.3 樓層檢測(cè)單元電路設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)的樓層檢測(cè)裝置中，應(yīng)用的是FOTEK的接近開關(guān)PL-05N。該接近開關(guān)裝在每層的電梯井邊上，如圖3所示，在電梯上升或下降到設(shè)定控制高度時(shí)，繼電器K2吸合，相應(yīng)層的接近開關(guān)動(dòng)作，自動(dòng)停止，使車輛到達(dá)設(shè)定的樓層。為了防止接近開關(guān)出現(xiàn)故障失去作用，我們還安裝了超高和超低限位開關(guān)，這樣的雙重設(shè)計(jì)，可以起到雙重保護(hù)的作用。

■2.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元電路設(shè)計(jì)

我們采用的是兩個(gè)小功率直流電機(jī)，一個(gè)是5V的電機(jī)（控制電梯左右轉(zhuǎn)），一個(gè)是24V的電機(jī)（控制電梯上下動(dòng)作），直流電機(jī)的控制方法比較簡(jiǎn)單，直接連接電源就可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元電路如圖4所示，以上升電機(jī)（24V）為例，單片機(jī)的兩路控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別通過兩個(gè)光耦和兩個(gè)繼電器實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，此接法可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的互鎖功能。當(dāng)一路I/O為高時(shí)，相應(yīng)的光耦導(dǎo)通，繼電器吸合，電機(jī)正轉(zhuǎn)電路接通；當(dāng)另一路I/O為高時(shí)，相應(yīng)的光耦導(dǎo)通，繼電器吸合，電機(jī)反轉(zhuǎn)電路接通。

■2.5 限位開關(guān)電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)總共三層，11個(gè)車位，二三層各4個(gè)車位，一層由于有入口所以設(shè)計(jì)的是3個(gè)車位。電梯地板下裝有旋轉(zhuǎn)電機(jī)，為了使車輛準(zhǔn)確運(yùn)達(dá)指定的車位，在電梯地板上安裝了4個(gè)限位開關(guān)。如圖5所示，以限位開關(guān)1為例，旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)電梯轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)觸發(fā)相應(yīng)車位的限位開關(guān)時(shí)，限位開關(guān)閉合，導(dǎo)通，這樣旋轉(zhuǎn)電機(jī)停止，車輛再駛離電梯，這樣就完成了存車的過程，取車同樣的道理。

圖5

■2.6 車位檢測(cè)單元電路設(shè)計(jì)

在本系統(tǒng)的車位檢測(cè)設(shè)計(jì)中，應(yīng)用的是11個(gè)光電開關(guān)，通過光電開關(guān)來檢測(cè)車位是否為空。原理圖如圖2所示，當(dāng)車位上有車存放時(shí)，光電開關(guān)的接收端得不到來自發(fā)射端的信號(hào)，三極管不能導(dǎo)通，所以單片機(jī)接收到的是高電平。同理，當(dāng)車位為空時(shí)，三極管導(dǎo)通，單片機(jī)的端口置為低電平，由此可以檢測(cè)出車位上是否有車。

3. 控制系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計(jì)

圖6 立體車庫控制系統(tǒng)主程序流程

車庫控制軟件編程主要完成自動(dòng)存取/取車操作。圖6是立體車庫控制系統(tǒng)主程序流程圖。來車后，先選擇存車或者取車，要停車的話選擇預(yù)停車的車位號(hào)，然后錄入指紋三次，三次正確后車輛進(jìn)入電梯，這時(shí)電梯上的來車檢車裝置會(huì)給單片機(jī)反饋信號(hào)，說明有車來，這時(shí)單片機(jī)的I/O口會(huì)有高低電平的變化，致使電機(jī)動(dòng)作，車輛到達(dá)預(yù)選的車位后，由車位檢車裝置給單片機(jī)反饋信號(hào)，說明車輛已經(jīng)停好，這時(shí)電機(jī)再次動(dòng)作，電梯回到初始位置，這就是一次完整的存車過程，取車原理相同。

■3.1 單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)

單片機(jī)根據(jù)接收到的信號(hào)判斷存/取車信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)，載車機(jī)構(gòu)等動(dòng)作，進(jìn)而完成存/ 取車。以四車位的單片機(jī)的程序?yàn)槔?/p>

■3.2 控制系統(tǒng)的人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)

為了使車庫系統(tǒng)明了清晰，我們還用VB6.0設(shè)計(jì)了上微機(jī)界面，它通過RS232串口使單片機(jī)跟上位PC機(jī)互連，利用人機(jī)交互界面對(duì)車庫運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，如圖7所示，簡(jiǎn)單的汽車登記系統(tǒng)，從修改里邊可以選擇預(yù)選的車位，然后會(huì)提示請(qǐng)錄入指紋，三次指紋吻合則可實(shí)現(xiàn)存取車。

4. 結(jié)論

本文完成了立體停車場(chǎng)管理及車輛內(nèi)部檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了指紋識(shí)別系統(tǒng)在停車場(chǎng)出入口檢測(cè)部分的應(yīng)用，通過單片機(jī)與上位PC機(jī)的串行通信［3］，實(shí)現(xiàn)了對(duì)停車信息的存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)處理。

圖7

＊ ［1］ 孔春梅.單片機(jī)控制立體車庫［J］.電子測(cè)試，2013（5）.

＊ ［2］ 李玉麗.指紋識(shí)別門禁系統(tǒng)在智能小區(qū)的研究與應(yīng)用［D］.吉林：吉林建筑大學(xué)，2014：13-98.

＊ ［3］ 李常磊，魏文.基于51單片機(jī)的停車場(chǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.城市建設(shè)理論研究，2012（27）.

＊ ［4］ 馬劍南.基于Atmega128單片機(jī)的智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)［A］.價(jià)值工程，2012，31（21）

＊ ［5］ 蔣巍巍，王妍瑋.基于單片機(jī)的停車場(chǎng)智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［A］.林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2011，39（7）.

＊ ［6］ 范宜添，張勝美.基于單片機(jī)的智能車庫管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.電子世界，2014（5）.

＊ ［7］ 高懷舉，李楠，宋雪憑等.單片機(jī)的選擇和串行通信協(xié)議的設(shè)計(jì)［A］.計(jì)算機(jī)與網(wǎng) 絡(luò)，2008.34（24）.