立體車庫智能控制系統設計與研究

陳小瓊

（佛山科學技術學院，廣東佛山528000）

1 總體設計和功能設計

1.1 總體設計

本設計由于應用場合是小區或人員密集場所，噪聲太大會影響人們的正?；顒?，所以采用了液壓設計。液壓設計有以下5個更適合本設計應用場景的特點：（1）調速范圍大，可實現無極調速，且調速簡單；（2）使用溢流閥作為安全閥，可實現過載保護；（3）液壓轉動裝置重量輕、結構緊湊，慣性和沖擊性??；（4）操作控制簡單方便，易于實現自動化控制，如電液聯合控制配合使用能實現復雜順序控制自動化運行；（5）噪聲小、工作平穩。又因為液壓轉動屬柔性轉動，安裝位置可因地制宜，方便靈活[1]，所以選擇液壓設計。

1.2 安全設計

為了保證人和車的安全，安全設計有以下4個特點：（1）為防止車的意外下落，安裝電磁鐵掛鉤；（2）為預防人車誤入，導致人員傷亡，采用光電開關；（3）報警設備，一旦出現意外故障，立刻報警并停止工作，及時阻止傷害和意外進一步擴大；（4）有急停設置，如若出現問題，立即急停，保護設備和人員安全。

1.3 功能設計

采用ARM作為整個立體停車系統的主控制器[2]，歐姆龍PLC對存取車進行控制。設計用戶App，發出預存車命令，通過GPRS通信傳送到ARM系統，ARM系統查找空車位并傳送給用戶，用戶到達后在App上按下存車命令，發送存車命令給ARM，ARM發送命令給歐姆龍PLC，PLC控制車位進行存車，同時開始計時。存車完畢后，歐姆龍PLC返回存車完畢命令給ARM，同時ARM對此車位的狀態進行存儲并返回，用戶存車完成。取車時用戶發出取車命令，App顯示費用，用戶支付完成發送命令給ARM，ARM發出命令控制歐姆龍PLC進行取車操作，取車完畢后，PLC返回此車位狀態給ARM進行存儲。這樣一套完整并且實用的智能立體停車系統，可以保證存取車過程的自動化和安全性。同時，為加強整個立體停車系統的智能化管理，LCD顯示屏應顯示車牌號碼，這樣無論是對于收費還是管理都非常簡便。為了停車方便，還設計有刷卡支付功能，即車開到停車位，刷卡顯示停車位，按確定鍵，輸入到歐姆龍PLC進行停車，與此同時上位機開始計時，停車結束開始收費，再次刷卡進行取車，停車結束。

2 硬件設計

器件選型：下位機采用歐姆龍PLC，因為該PLC點數多，通信功能好，價格實惠，實用性更強。本文采用的是CP1E；上位機選擇的是STM32F407ZG106，因為STM32高性能、低成本、低功耗，32位處理器，內核是Context-M3，時鐘頻率是72 Hz。為提高系統的可靠性，全部I/O口做隔離處理，并對電源信號進行濾波。立體車庫控制器采用模塊化的設計思路，使各功能相對獨立，便于開發和調試，通過接口對模塊進行集成[3]。

3 軟件設計

設計出來的軟件要能在工控屏上顯示公司名稱，工控屏既可以手動操作，也可以自動操作，還可以強制操作。手動和強制操作主要是為了在有故障時方便急停和進行維修。

存取車過程中PLC工作過程：PLC首先接收到要停放的車位信息，根據下位機的PLC程序，該車位自動運行到一層，把車停到該車位，停車完成；App上直接按取車或直接刷卡支付，支付完成，給PLC發出信號進行取車，PLC根據程序自動運行，車出庫。此時該車位變成空車位，把該車位的狀態反饋給上位機進行統計。為了美觀上層車位自動回去，車板同時旋轉到反面，利于行人和車輛的行走和下層車位的停放。

考慮到美觀的因素，本設計車位的反面是一個綠化廣告，如圖1所示。

ARM用RS485與PLC進行通信：因為RS485可以雙向通信，而且通信距離、通信速度、可擴展性都比RS232好，所以通信方式選擇RS485。

用STM32編寫程序時，主要實現對對應區域的對應車位是否有車停放的狀態的存儲，有車停放的狀態記為1，沒有車停放的狀態記為0。當用戶發出預存車指令時，ARM通過循環查找狀態為0的停車位返回給SEVER從而傳給App用戶。用戶發出存車指令時，SEVER通過ARM再與PLC通信，驅動PLC自動進行存車，與此同時，SEVER的計時程序開始運行。當用戶發出預取車指令時，SEVER設置計時程序結束。取車完畢，把狀態存入ARM中。

設計的App有個人電話號碼，對應的車牌號，預存車、存車、取車和付費以及急停和求助等功能，可以根據個人信息直接進行取車，無需找車；可以手機操作，無需等待，實現智能自動化操作。開發App時選用APICloud“云端一體”的移動開發平臺，使用Web語言中的HTML5做App的相應功能開發，如推送、客服、LBS、登錄、識別等，都變成一個個功能模塊，由APICloud自身或不同的云服務公司提供，積累在APICloud的聚合API中形成iOS和Android跨平臺應用。

圖1 效果展示圖

上位機顯示附近空余車位，可以預約，停車時要按“確定”鍵，取車時也要按“確定”鍵，付費刷卡完成才能進行取車。對于存取車過程，屏上可直接顯示狀態，譬如車輛正在停車、正在取車。如小區或娛樂場所等可以設置存取車優先原則，爭取使存取車時間最短。立體車庫的存取車策略一般分為存車優先策略、取車優先策略、原地待命策略、交叉存取策略。對以上策略建立模型，仿真分析，最后認為原地等待策略更適合該車庫[4]。本設計的原則是優先停放第二層。

軟件設計框架圖如圖2所示。

圖2 設計框架圖

4 區塊鏈

因為數據量比較龐大，可以進行分組分片管理，運用區塊鏈云服務等技術進行數據的綜合管理。ARM與SEVER通過GPRS進行通信，之所以選用GPRS通信是因為模塊采用的是高性能工業級無線模塊及嵌入式處理器；以實時操作系統作為軟件支撐平臺，內嵌自主知識產權的TCP/IP協議，為用戶提供高速、穩定可靠、永遠在線的透明數據傳輸通道。

GPRS模塊和STM32是通過串行口進行通信的，通信協議是AT命令集。除了串口發送和串口接收之外，還有一些硬件握手信號，如DTR、CTS、DCD等。DCD信號可以檢測CPRS是處于數據傳送狀態還是處于AT命令傳送狀態，DTR信號用來通知GPRS模塊傳送工作已經結束。運用GPRS通信首先要對GPRS進行一系列的設置：設置通信波特率，設置接入網關，設置移動終端的類別；其次要測試GPRS服務是否開通。其中軟件編寫時有串口驅動層、GPRS模塊驅動層、PPP協議層、IP協議層、UDP協議層與應用層。

SEVER接到App的指令，查詢所有的ARM，看哪里有空車位，返回給SEVER，SEVER再返回給App用戶；同時SEVER負責計時和計費。當數據比較多時SEVER可以控制多個ARM，每個ARM又可以控制幾臺PLC，并直接把費用上傳到App，用戶付款成功，發送指令給SEVER，SEVER發出指令進行取車操作。

5 結語

該停車系統集美觀、方便、智能于一體，極大地滿足了人們的停車需求，能夠解決生活中停車不方便的問題，有很大的市場應用價值。未來的停車系統將在此基礎上進一步智能化，更加舒適便捷。