基于PLC的停車場監控系統設計

摘要：提供一種運用西門子PLC 對自動停車場車輛停放進行有效管理的方案，組態軟件監控到信號，改變數據庫中指定內容。根據停車場平面圖結構，設計數據結構，改進最短路徑算法實現從入口到達每個車位的最短路徑。把停車場車位狀態信息和最短路線給予實時顯示。有效解決了停車場停車難的問題，并提高了停車場的安全性和使用率。

關鍵詞：PLC；停車場；最短路徑；監控系統

隨著我國經濟的高速發展，大中城市的汽車數量高速增長，從而引發了停車管理問題。傳統人工停車場已不適應日益激增的車輛發展形勢，因此自動停車場隨之而生。為了使停車場的管理工作有序化、合理化、效率化，本文設計了基于西門子PLC的自動停車場管理系統。德國西門子公司的PLC其結構簡單、運行平穩、低噪聲、操作安全、性能價格比高、抗干擾能力強、維護方便，可以實現自動化控制，節省人力資源和資金開銷。

1 停車場監控系統整體設計

隨著車輛的增多，停車場的規模也會日益增大。合理的設計各個程序模塊和模塊之間的連接方式尤為重要。由于篇幅限制，本文中只對58個停車位的地下停車場進行設計。如果后續需要設計更多結點的停車場，本文中提出的方法也會適用。本文將整個地下停車場監控系統分為兩大部分進行設計，分別是下位機程序設計部分和上位機程序設計部分。下位機主要圍繞PLC梯形圖程序進行設計。通過PLC梯形圖檢測到光電開關（光電開關安裝在各個車位正上方位置），并判斷車輛數量是否越界把結果通過指示燈（紅綠燈）進行顯示。上位機包括組態王程序部分，數據庫，界面程序等部分組成。組態程序可以和PLC進行通信，獲得停車場實時情況，并整理信號用數據的形式寫入到數據庫中。界面程序就可以通過讀取數據庫中的數據，獲得實時監控信息并顯示到界面上，方便司機找到最佳停車位置[1]。

上位機主要負責接收下位機傳來的光電開關信號，判定是否為有效信號。然后搜索數據庫，記錄停車請求。在數據庫中搜索可能的停車位，根據最短路徑算法確定停車位置，將數據庫更新后顯示到LED顯示屏上，提示駕駛員。而下位機則負責光電開關的初始化及相關動作的捕捉，隨時與上位機進行通信。

2 數據庫設計

在實際的地下停車場應用中，停車場車位數量十分龐大，如果在程序中用變量來記錄當前停車場每個車位是否被占用信息顯然不太合理。用數據庫來實時記錄停車場每個車位是否被占用信息是一種十分便捷的方法。這里選用SQLite輕型數據庫，相比于其他數據庫，它的特點有方便操作無需安裝或配置管理，數據庫文件可以在不同機器間無限共享，支持多種高級語言的開發。Table1表有兩個字段。Num，State分別表示車位編號和車位狀態（該車位是否被占用）。車位編號從1～58（給每個車位制定了一個編號）。車位狀態有0，1，2三種情況。0表示該車位還未被占用，1表示該車位被預定（車輛駛入停車場后會自動分配一個車位），2表示該車位已被占用。數據庫名為Park。如下：

表1 數據表定義

3 程序流程圖

當司機把車輛駛入停車場入口位置時光電開關被觸發，檢測到有車輛駛入停車場，對應的變量加一，用來記錄當前停車場內的車輛數目（車輛不一定是在車上），當司機把車輛駛出停車場時變量減一。指示燈根據變量數目和停車場能容納車輛的最大數目（這里是58）進行比較，如果大于最大數目指示燈應顯示為紅色，告訴后續司機停車場已經沒有空閑車位禁止再駛入停車場。如果變量小于停車場能容納車輛的最大數目則指示燈應顯示為綠色，告訴后續司機停車場有空閑車位，可以駛入。

當車輛停放在車位上時，會觸發車位上方光電開關。光電開關會產生一個電流信號，傳送到PLC，PLC即可知道該車位已被占用。當車輛從車位移開時光電開關電流會斷開，PLC不再檢測到信號，可得出該車位當前是空閑狀態。

4界面程序設計

因停車場內車位數量眾多，在車輛稀少情況下停車容易。但在高峰期，停車場內停放車輛較多，占用率大的時候往往出現停車效率低下的情況。針對這種情況本文中提出一種方案，顯示停車場內全部車位實時狀態方便司機查看當前空閑車位。考慮到停車場內的車位利用率和司機最便捷的停車習慣，車輛剛駛入停車場內的同時為司機預定一個車位并提供最短停車路線。

4.1最短路徑算法設計

關于求出定點之間的最短路徑，求頂點V0到頂點Vx（x（1，2，..，58））的最短路徑的基本思想是：

1）Park[x]，x（1，2，..，58）里存儲了每個車位的最近圖上的結點編號，也就是樹上的結點編號。

2）Path[y]，y（0，1，2，3）里存儲了樹上各個分支上的結點編號，從上到下的順序進行存儲。

3）通過觀察可以得知，結點間的距離可以估算成等距的，特殊稍長距離也不影響程序結果。

4）從Path[y]里找Park[X]結點編號，如果未能找到，說明沒有空閑車位。如果找到編號則記錄y為Y。時間復雜度是O（n）。

5）記錄Path[Y]，從Path[Y，0]起始位置開始連線，直到編號 Path[Y，Park[X]]，即可得出最短路徑。

4.2顯示路徑

按照停車場的平面設計圖，同比例設計出顯示桌面[2]。每個方格表示一個車位，每個車位有編號。根據方格填充顏色我們可以知道該車位當前狀態。方格沒有填充顏色表示該車位空閑，紅色表示該車位已被占用，黃色表示該車位被預定，綠色表示當前車輛的目的車位。

5結論

結合PLC控制技術和組態軟件監控技術設計基于PLC的地下停車場監控系統具體方案，不僅提高了操作系統的可靠性，同時PLC還具有與上機位通信功能，為今后實現聯網遠程實時控制提供了方便，尤其在實現快捷、便利、安全方面具有很大的發展空間和潛力。

參考文獻：

[1]曾凡菊，陳子元.基于PLC控制停車場管理系統設計[J].數字技術與應用，2014，09：17.

[2]謝宇.停車場最佳車位顯示系統的方案及設計[J].溫州職業技術學院學報，2012，04：44-47.

*基金項目：國家級大學生創新訓練項目（編號：201813324020）

作者簡介：孫莉（1982-），女，安徽省淮北人，副教授，碩士，研究方向：工業綜合自動化