一種垂直升降立體停車庫設計

陳福東 鐘畝欣 陳炳州

摘 要：該車庫主要由四大模塊組成：車庫框架，升降臺，搬運小車，PLC控制系統。出入庫采用刷卡方式，整體結構采用鋼制材料制作，結構穩定，拆裝方便，占地面積小，使用方便等優點。搬運小車通過單片機和PLC經過藍牙進行信息交流，紅外感應檢測精準定位，進行橋車搬運。車庫設置信號燈提示：紅燈亮，車庫系統有故障;綠燈亮，車庫運正常行;藍燈亮，當前車庫有空位;白燈亮，正在存車;黃燈亮，正在取車。

關鍵詞：工作原理;PLC控制;單片機控制;通信模塊

1 引言

目前，城市用地資源越來越緊缺，生活水平的不斷提高，家用轎車也越來越多，停車位已滿足不了人們的需求。為了緩解這問題，研究一種立體垂直升降車庫。立體車庫的優點很多，具有高度的機械化、智能化[4]。它具有占地面積小、空間利用率高等優勢，可有效緩解城市停車難的現狀。同時5G的快速發展，uRRLLC將會在工業精確控制發揮巨大的作用[4]，立體車庫更能體現現代化發展程度。對改善城市面貌具有重大意義，具有廣闊的發展前景，車輛無處停放的問題是城市的社會、經濟、交通發展到一定程度產生的結果，車庫已經成為人們研究的對象。

2 工作原理

研究車庫設計靈活性，采用單元組設計，第一層為存取車位，第二層以上為停車位。可根據空地大小和車位需求，進行單元組的組合，實現停放更多的車輛，對空地有更多的選擇性和靈活性。存取車工作如下：

（1）存車時，汽車進入一層停車臺（車主離開車位刷卡），搬運小車從升降臺出來，進入汽車下面，抬升裝置啟動，將汽車抬離存取車位地面，搬運小車運載汽車到升降臺。

（2）升降臺與鋼索連接，在步進電機的牽引作用下，鋼索收卷，升降臺直線上升，到達預定的停車位層數，升降臺停止，搬運小車將汽車放置在預定的停車位，抬升裝置啟動，將汽車放在停車位回到升降臺，升降臺降至地面，存車完畢。

（3）取車時，車主刷卡，根據對應存車信息，升降臺到達汽車所在車位層數，抬升裝置工作，搬運小車將汽車運載到升降臺上，將升降臺放到地面，抬升裝置將汽車送到一層存取車位，抬升裝置放下汽車后回到升降臺，取車完畢。

3 整體結構設計

通過研究，車庫整體利用鋁型材、直角三維連接件和L型角件搭建，用T型螺栓、螺母和無頭內六角緊定螺絲進行固定等進行搭建。在底層存放車位裝有刷卡系統，來識別車輛存放信息。載車板上裝有光電開關，用來檢測有無車位，確定車位信息，把信息反饋給PLC控制系統，來控制電機，進一步實現升降臺的升降。設置報警裝置：當車庫出現故障時，必須有提示和報警裝置。為此我們設置了提示燈和蜂鳴器報警裝置。

3.1 搬運小車設計

車庫核心在于搬運小車，采用單片機控制系統，用藍牙實現與PLC控制系統連接通信。用步進驅動電機實現在車庫里進行直線往返運動，來實現車輛的運輸。在搬運小車底部裝有紅外傳感器，當感應到車位黑色物質時，立即停止運動，并把信息反饋到PLC控制系統，實行下一步。搬運小車的抬升裝置采用三角工作原理，給相應的脈沖，雙電機同步驅動。滑塊向前移，抬升塊頂起，雙齒輪嚙合啟動，讓載車板實現垂直升降，可以把汽車抬起或放下。

3.2 車位墊板設計

在車位墊板上，設計了導軌避免搬運小車不在軌跡上行走，并且設計安全擋塊和黑色感應物質有利于小車的精準定位，來確保搬運小車能停在相應位置，準確抬放汽車。

3.3 垂直升降臺設計

車庫中間部位安裝升降臺，將汽車輸送到高層或底層車位。在車庫頂部裝有步進電機，采用齒齒嚙合一級傳動方式，給滾軸提供動力，通過卷筒收放鋼索并繞在U型滑輪上，實現升降臺的垂直升降運動。升降臺由4條鋼制滑軌和8個直線導軌滑塊裝配而成，直線導軌滑塊并兩兩垂直相接。采用鋼制導軌和兩兩直線導軌滑塊兩兩相接的好處就是，鋼的硬度大，不易變形，導軌光滑，滑動順暢，不會出現晃動和卡頓現象，以便升降臺平穩上升或下降。

4 控制系統制作

控制系統中，搭建好PLC和單片機的電路后，分別編寫PLC和單片機的控制程序。滿足條件則觸發相應的程序。PLC和搬運小車上的單片機通信搭建藍牙通信，PLC和單片機中也編寫相應的通信程序。例如語句a，當用戶采用刷卡方式取車時，PLC則發送“a”給單片機，單片機執行相應的程序，移動到升降臺后;發送“d”給PLC，“告訴”PLC，小車已把車取出并已經回到升降臺，然后PLC控制電機轉動，使升降臺下降回到第一層。

4.1 PLC系統設計

PLC作為基本的工業控制設備，網絡與通信設備功能已經成為PLC的重要技術指標之一[2]。本文研究的車庫使用的是西門子S7-200系列中的PLC，型號是CPU226 CN 24V直流供電，圖1中詳細標明了PLC與各被控制部件的連接線路。

除通信部分和電機驅動外，其他受控制部分都是通過PLC控制電路的通斷完成。

指示燈：以白燈為例，當用戶正在存車時，滿足程序設定的條件，PLC控制Q1.0端口輸出高電平，此時白燈所在的回路形成了電流，白燈亮，提示用戶正在存車。蜂鳴器同理。

光電開關：光電開關和接近開關均為三線制，即電源正極，電源負極，信號線。并且都是PNP型，高電平有效，因為該PLC為源型輸入。電源正極和電源負極正常接24V直流電源。信號線接PLC的輸入端。以光電開關1為例：當車位有車時，光電開關發射的光線被遮擋，光電開關隨之從信號線提供24V電壓，使光電開關1所在的回路導通，PLC的輸入端子10.0得電，由此可以讓PLC判斷車庫的車位是否有車。

接近開關的觸發原理基本相同，車庫為三層，因此共有三個接近開關，安裝在每一層車位的最左側，當升降臺上升時，會觸發接近開關，PLC中和接近開關聯接的計數程序會進行計數，第一層為1，第二層為2，第三層為3。接近開關的作用是使升降臺能精確的停留在某一層。