基于STM單片機的城市立體車庫通信控制方案研究

楊鎮東

（山西大同大學機電工程學院，大同 037009）

1 引言

目前汽車的保有量越來越多，停車難已經成為了一個不可忽視的問題，歐美日等發達國家是最先開始發展立體車庫相關設備以及技術的，尤其是德國以及日本兩個國家，這項技術最早是德國進行開發的，并且現在德國的技術在世界范圍內也是非常領先的，其次就是日本，之所以日本開發立體車庫，主要就是因為其國土面積較小[1]。隨著科學技術的不斷發展，立體車庫技術也在不斷更新[2]。對于我國而言，是在上個世紀的九十年代開始意識到立體車庫對于城市停車難問題的重要性，同時在這個時期對其進行了大量的研究，可是現在我國的技術還是處在一個發展階段。目前國內立體車庫的使用率很低，在技術上和歐美日等發達國家還存在著不小的差距，特別是針對于立體車庫的智能管理。并且在車庫的建造以及相關設計也有很多不足，能夠看得出來，目前我國在這項技術上缺乏核心技術，特別是缺少針對于立體車庫通信方案設計的相關研究，實現便捷、穩定的控制，提高通訊穩定性和安全性是研究的重要方向。

2 立體車庫通信方案整體設計

2.1 通信控制方案

垂直循環立體停車庫屬于一種機械式的停車設備，其就是在垂直方面上面能夠實現循環運動，同時進行汽車的存取操作的停車設備。對于這種停車庫來說，傳動系統一般都是通過三部分來構成的，分別是減速器、電機以及傳動鏈條。對于立體車庫而言，其整體能夠實現上下的移動，同時對于轉盤而言，其在電機的驅動之下能夠實現不同角度的旋轉，一旦有汽車想要進行存放，那么在這個過程中，轉盤就能夠將車庫里面的空車位旋轉到入口處，然后汽車在進入到這個空車位之后就實現了存車操作。在進行取車的時候，通過轉盤將汽車旋轉到車庫的出口，這樣就完成了取車操作。

立體車庫通訊中心為STM單片機，作為最為核心的一個元件，在車庫的自動管理系統里面，包含有若干個動力源以及執行元件。對于控制系統而言，其主要包含微處理器、讀卡機等。在立體車庫的支撐軸下面均進行了電機的安裝，這些電機就是系統的執行元件。在用戶對操作平臺進行使用的時候，系統的核心元件單片機會對用戶的操作進行接收，同時對元件的具體狀態進行判斷，同時對執行元件的信息進行讀取，之后再利用軟件進行控制信息的安排，再將這些信息傳送至相應的執行元件，從而使車位被移動到指定的位置，完成車位的移動。

單片機在整個系統中屬于一個控制核心，而對于檢測裝置而言，其會把所檢測到的相關信號傳輸到系統的單片機里面。之后單片機就開始針對這些信號進行相應的處理，對當前立體車庫里面所存在的空車位的具體數量進行一個判斷，同時把判斷出來的數量進行傳送，在傳送到LED顯示屏后，就能夠顯示出來了。對于IC卡而言，其作用就是通信系統里面的單片機，從而實現儲存信號以及讀取信息。對于控制核心單片機而言，其會通過所獲取到的數據控制車庫，利用相應的動力控制電路對電極的狀態進行控制，最終實現立體車庫的自動運轉。

2.2 單片機信息處理最小系統

在上面的內容中已經介紹過單片機是整個系統的控制核心。為了能夠有效的對接口電路進行簡化，選擇的是單片機最小系統，同時在配置上矩陣鍵盤以及12864顯示模塊。為了便于單片機下載程序，又配置了單片機燒錄接口。同時應引出輸入輸出口，方便使用。

2.3 電機驅動控制信息執行方案

在本文所設計的方案中，電機的選型是28BYJ-48步進電機。對于這種電機，一般情況下都是選擇L298N以及ULN2003來作為驅動模塊。對于步進電機而言，單片機所輸出的電流是無法帶動其進行工作的，同時單片機的輸入輸出口進行的是數字信號的輸出。想要實現電機的工作一定要在電機與單片機之間配置一個驅動器。通過驅動器就能夠利用單片機使得電機工作了。對于ULN2003 驅動模塊而言，其擁有著對信號進行放大的能力，能夠將單片機所輸出的信號進行放大，達到能夠使得電機進行工作所對應的電流強度大小。因此通過驅動模塊的使用，電路會更加的簡單。對于L298N而言，其屬于電流較大，電壓較高的集成電路，驅動能力更強，同時其還擁有過電流保護能力，在電機出現問題的時候，能夠進行保護。另外，其抗干擾能力也很強。對于L298N而言，一般都是通過其對感性負載進行驅動。在比較了這兩種驅動模塊之后，本文選擇L298N來作為本文系統的驅動器。

2.4 系統信息檢測方案的設計

系統檢測部分是信息的采集部分，檢測數據的準確性，是保證控制系統發出指令準確的基礎。對于車庫而言，傳感器的作用就是檢測當前車庫的車位情況。

2.4.1 空車位信息的檢測

設計檢測部分的時候，選擇了八個光電開關配置在系統中，利用光電開關對車庫車位的情況進行檢測。目前常用的光電開關有三種，第一種對射式光電開關所具有的最大優勢就是檢測的距離長度較遠。對于第二種反射式光電開關而言，存在一個缺陷就是其檢測距離存在一定的限制，只能在光束的交點旁邊實現檢測。而對于第三種鏡面反射式的光電開關來說，其不僅具有著相對比較遠的檢測距離，同時還能夠對透明的物體進行檢測。檢測車庫內車位的時候，因為一個車位的長度通常在4米左右，因此通過對射式光電開關檢測。

對于光電開關而言，傳輸信息給單片機的信號只有兩種，分別是低電平以及高電平，通過電路圖的表述能夠看出，在車庫車位上面存在汽車的時候，對于光電開關而言，其接收端沒有辦法對發射端的信號進行接收，三極管沒有辦法導通，因此對于單片機而言所接收到的是高電平。一樣的原理，在車位上沒有汽車的時候，接收到的就是低電平。這樣就能夠對車位上面是否有車進行判斷。

2.4.2 到位信息檢測

圖1 光電開關信息傳輸電路圖

我們將檢測車位是否達到了指定位置的過程，稱為到位檢測。由于系統僅可以對電機的開關、轉向進行控制，而具體的角度無法控制，因此應新引入一個檢測裝置，在車位已經達到指定的位置之后，向單片機傳遞一個信息，通過單片機使得電機不再工作。

與車位檢測中檢測裝置一樣，僅僅配置一個光電開關就行了。把光電開關的發射端安裝于傳動輪的圓盤上面，然后選定一個傳動裝置，讓這個傳動輪能夠和鏈條一直確保這個關系：在傳動輪轉動了一圈之后，相應的成為就會進行一個位置的移動。一旦光電開關出現了一次變化，那么在單片機的內部儲存單元里面，就進行一個加1操作，通過累計的數值就能夠對車位的旋轉數量進行檢測，一旦達到了旋轉車位數的時候，那么電機在單片機的控制下就不再工作了。

3 信息處理軟件設計

軟件部分設計為信息的處理過程，通過對信息的處理，實現通訊的邏輯性，保證控制信號的順利傳輸。在本文系統的軟件設計這一部分中，主要包含的就是三大內容，分別是矩陣鍵盤的按鍵掃描、電機控制以及液晶屏顯示。本文設計中所研究的是一個垂直循環式的立體車庫，在一圈里面共設8個車位。車庫能夠實現兩個方向的旋轉。為了使用戶體驗得到加強，使得用戶能夠對自己想要停的車位進行選擇。因此最優存取車在設計過程中所要進行實現的是用戶所選擇的車位，并不是系統所選擇的車位。在用戶存車的過程中，需要其在鍵盤上面選擇自己想要停的車位，同時按下，這個系統就會對這個車位進行判斷，接下來就會通過對電機的驅動從而使得車庫旋轉，這樣就能夠在最快的時間內將沒有停車的車位旋轉至存車入口。類似于存車，在用戶取車的過程中，用戶需要將剛才停車的車位號按下，系統就會驅動電機開始旋轉車庫，從而實現最快的時間進行取車。