全自動(dòng)立體書(shū)架式車(chē)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

姚昕

摘要：現(xiàn)階段，我國(guó)立體車(chē)庫(kù)管理會(huì)處于一種混亂的狀態(tài)，且車(chē)庫(kù)構(gòu)建結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，為了能夠較好地解決這類(lèi)問(wèn)題，緩解停車(chē)緊張等的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)出基于絲桿傳動(dòng)的全自動(dòng)立體書(shū)架式車(chē)庫(kù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)會(huì)應(yīng)用絲桿滑臺(tái)以及傳輸平臺(tái)存取車(chē)輛，這樣會(huì)對(duì)車(chē)庫(kù)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，同時(shí)還會(huì)讓車(chē)庫(kù)的運(yùn)行效率變得更高，不管是改造，還是搬運(yùn)的難度都會(huì)比較小。本文主要就全自動(dòng)立體書(shū)架車(chē)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，使用LabVIEW軟件開(kāi)發(fā)上及上位機(jī)管理界面，以其界面為主，實(shí)時(shí)的顯示出車(chē)庫(kù)的狀態(tài)，便于其進(jìn)行存取操作，準(zhǔn)確定位控制傳送帶，讓車(chē)輛可以自動(dòng)的存取。這類(lèi)車(chē)庫(kù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)成較為簡(jiǎn)潔，車(chē)輛存取的便捷性較強(qiáng)，能夠較為充分的使用這部分設(shè)施的有限空間，讓整體停車(chē)管理更加趨于智能化。

關(guān)鍵詞：全自動(dòng);立體書(shū)架式車(chē)庫(kù);系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言：結(jié)合執(zhí)行層、應(yīng)用層以及控制層體系結(jié)構(gòu)，分別就絲桿滑臺(tái)以及傳輸平臺(tái)進(jìn)行管控，自動(dòng)存取車(chē)輛，同時(shí)把反饋及控制的信息經(jīng)由wifi無(wú)線通信傳輸給上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，這樣可以實(shí)時(shí)的顯示出車(chē)庫(kù)的管理以及車(chē)位狀態(tài)，其系統(tǒng)制作的實(shí)物模型經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，其系統(tǒng)運(yùn)行較為平穩(wěn)，存取車(chē)的精確可靠度較強(qiáng)，能夠充分的使用車(chē)庫(kù)有限的空間，智能控制管理車(chē)庫(kù)，緩解車(chē)位緊缺、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問(wèn)題，將其推廣在醫(yī)院、車(chē)站當(dāng)中，其發(fā)展前景尤為廣闊。

1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案

全自動(dòng)立體車(chē)庫(kù)的實(shí)物模型會(huì)以傳統(tǒng)的書(shū)柜式整體外觀結(jié)構(gòu)為主，將車(chē)位傳輸平臺(tái)、存車(chē)傳輸平臺(tái)等共同組建成為一個(gè)整體，其系統(tǒng)大致劃分成為三層設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，其中，一層為車(chē)庫(kù)控制層，在層邊上會(huì)安置工控機(jī)用于取車(chē)以及存車(chē)，其并不會(huì)對(duì)行人的自由行走形成阻礙。二至三層為車(chē)位層，由左至右進(jìn)行編號(hào)的設(shè)置，結(jié)合具體使用環(huán)境以及用戶(hù)的需求去調(diào)整車(chē)庫(kù)的規(guī)格大小。存取車(chē)傳輸平臺(tái)和車(chē)位傳輸平臺(tái)，上均裝有傳送帶，通過(guò)傳輸平臺(tái)之間的相互配合，以實(shí)現(xiàn)對(duì)控制車(chē)輛的人庫(kù)和出庫(kù)控制。絲桿滑臺(tái)通過(guò)X軸和Y軸方向的運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)存/取車(chē)傳輸平臺(tái)的左右、上下移動(dòng)，且存/取車(chē)傳輸平臺(tái)分別位于車(chē)庫(kù)的前后兩側(cè)，結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，以方便車(chē)輛的存取。本系統(tǒng)方案采用三層控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即應(yīng)用層、控制層和執(zhí)行層，如圖2所示，以實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)庫(kù)的智能化控制和管理。應(yīng)用層為PC端設(shè)計(jì)的上位機(jī)管理界面，可方便用戶(hù)選擇具體車(chē)位和實(shí)時(shí)查看顯示車(chē)庫(kù)信息，并通過(guò)WiFi方式與控制器通信;控制層分別由Ardui-no和STC89C52RC單片機(jī)實(shí)現(xiàn)車(chē)庫(kù)的定位和存/取車(chē)人/出庫(kù);執(zhí)行層1由步進(jìn)電機(jī)控制絲桿滑臺(tái)，移動(dòng)存/取車(chē)傳輸平臺(tái)至用戶(hù)選定車(chē)位;執(zhí)行層2通過(guò)光電傳感器檢測(cè)，由直流電機(jī)控制各傳輸平臺(tái)的傳送帶，完成存車(chē)人庫(kù)和取車(chē)出庫(kù)操作。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)書(shū)架式立體車(chē)庫(kù)系統(tǒng)的控制要求，本系統(tǒng)主要由絲桿滑臺(tái)控制模塊、傳輸平臺(tái)控制模塊和WiFi通信模塊組成，控制器通過(guò)WiFi傳輸方式接收和反饋上位機(jī)命令;通過(guò)各模塊間相互配合，自動(dòng)完成存/取車(chē)傳輸平臺(tái)在二維平面內(nèi)的精準(zhǔn)定位和車(chē)輛的出庫(kù)/人庫(kù)操作。本設(shè)計(jì)中采用8細(xì)分方式。相比于一般的PID控制，本設(shè)計(jì)使用了模型預(yù)測(cè)控制算法，引人滾動(dòng)優(yōu)化，反饋矯正，多步預(yù)測(cè)等策略。

2.1傳輸平臺(tái)控制模塊

由于Arduino控制器資源有限，本模塊采用STC89C52RC低功耗微處理器作為控制芯片，其工作.電壓為3.3～5.5V。其中P0、P1及P2.0～P2.2端口連接光電傳感器，本設(shè)計(jì)采用QT30CM和E18-D80NK-N光電傳感器。在存/取車(chē)傳輸平臺(tái)上分別安裝有光電傳感器的發(fā)射端，在車(chē)位傳輸平臺(tái)上的對(duì)應(yīng)兩端分別安裝有光電傳感器的接收端，用于存/取車(chē)的定位控制;另外在車(chē)位和取車(chē)傳輸平臺(tái)上還分別安裝有收發(fā)--體光電傳感器，用于控制車(chē)輛人出庫(kù)到位時(shí)停止直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。本模塊中有存車(chē)、車(chē)位和取車(chē)3個(gè)傳輸平臺(tái)，分別由8個(gè)直流電機(jī)控制，分別接在P2.3～P2.7及P3.2～P3.4上，實(shí)現(xiàn)存/取車(chē)操作。當(dāng)指定車(chē)位的光電傳感器接收端接到信號(hào)時(shí)，STC89C52RC單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，控制直流電機(jī)工作，帶動(dòng)存/取車(chē)傳輸平臺(tái)與車(chē)位傳輸平臺(tái)同時(shí)同向轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行存/取車(chē)操作，當(dāng)收發(fā)一體的光電傳感器接收到信號(hào)時(shí)，車(chē)輛停車(chē)到位，直流電動(dòng)機(jī)停止，存/取車(chē)操作結(jié)束。

2.2無(wú)線通信模塊

該系統(tǒng)中存車(chē)人庫(kù)或取出庫(kù)的操作，需要通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行控制和顯示，因此，選擇了成本低、功耗低的ESP8266串口轉(zhuǎn)WiFi模塊進(jìn)行無(wú)線通信，它能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)上位機(jī)發(fā)出存車(chē)或取車(chē)命令時(shí)，上位機(jī)將包含車(chē)位信息、存/取車(chē)操作信息及車(chē)位狀態(tài)的數(shù)據(jù)包（{車(chē)位信息;存/取車(chē)操作信息;車(chē)位狀態(tài)信息發(fā)送給下位機(jī)，下位機(jī)接收到數(shù)據(jù)包后，對(duì)其進(jìn)行解析并得到相應(yīng)的信息，隨后絲桿滑臺(tái)控制模塊根據(jù)車(chē)位信息，準(zhǔn)確定位，執(zhí)行存/取車(chē)的操作，而傳輸平臺(tái)控制模塊將執(zhí)行存/取車(chē)操作后的車(chē)位信息存儲(chǔ)，并將數(shù)據(jù)包中的車(chē)位狀態(tài)進(jìn)行更新，通過(guò)WiFi通訊反饋給.上位機(jī)。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要包括絲桿滑臺(tái)和存/取車(chē)人出庫(kù)兩個(gè)控制部分。由于采用Arduino和STC89C52RC兩種控制器，通過(guò)WiFi模塊接收上位機(jī)發(fā)送的存/取車(chē)命令，控制絲桿滑臺(tái)的移動(dòng)，同時(shí)結(jié)合相應(yīng)的存/取車(chē)N出庫(kù)模塊，將車(chē)輛存人相應(yīng)的車(chē)位或從預(yù)定車(chē)位取出。當(dāng)存車(chē)傳輸平臺(tái)和車(chē)位傳輸平臺(tái)或取車(chē)傳輸平臺(tái)和車(chē)位傳輸平臺(tái)上安裝的光電傳感器對(duì)管，實(shí)時(shí)檢測(cè)到對(duì)應(yīng)信號(hào)時(shí)，兩平臺(tái)對(duì)位準(zhǔn)確，與Arduino控制器并行的STC89C52R控制器控制直流電機(jī)帶動(dòng)傳送帶，將車(chē)輛存人預(yù)定車(chē)庫(kù)或從指定車(chē)庫(kù)取出。

3.2.上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

書(shū)架式立體車(chē)庫(kù)的上位機(jī)管理界面采用Lab-VIEW開(kāi)發(fā)。LabVIEW是一種圖形化編程語(yǔ)言，具有開(kāi)發(fā)周期短、可兼容多種開(kāi)發(fā)方式等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)中開(kāi)發(fā)的上位機(jī)管理界面可供用戶(hù)選擇車(chē)位，下達(dá)存車(chē)、取車(chē)操作命令。

結(jié)語(yǔ)：

當(dāng)前，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平迅猛的提升，汽車(chē)也成為了人們家中一類(lèi)較為常見(jiàn)的用品，但是原本的車(chē)庫(kù)使用率較低，停車(chē)位會(huì)比較緊張，這會(huì)對(duì)城市的發(fā)展形成制約性的影響。目前，我國(guó)立體車(chē)庫(kù)一般會(huì)以升降橫移式大型立體車(chē)庫(kù)以及小型的簡(jiǎn)易升降式立體車(chē)庫(kù)為主，其中巷道堆垛式的大型立體車(chē)庫(kù)造價(jià)會(huì)比較高，部署的難度也會(huì)比較大，存取車(chē)的時(shí)間耗費(fèi)較長(zhǎng)，同時(shí)其維護(hù)難度也會(huì)比較高。一般的簡(jiǎn)易升降式立體車(chē)庫(kù)在取車(chē)的過(guò)程中需要對(duì)其底層的車(chē)輛進(jìn)行移動(dòng)，這就會(huì)給車(chē)輛的停取行程不便，減小其工作的效率，增大了問(wèn)題故障的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。并且大部分的立體車(chē)庫(kù)會(huì)使用鏈條牽動(dòng)的方式，鏈條的鉸鏈一旦受到嚴(yán)重的磨損后，就會(huì)讓其極具變得越來(lái)越大，進(jìn)而形成脫節(jié)的問(wèn)題，其設(shè)施的維護(hù)以及安裝要求較為嚴(yán)格。所以，設(shè)計(jì)絲桿傳動(dòng)全自動(dòng)立體式車(chē)庫(kù)的空間利用率會(huì)比較高，同時(shí)其管理難度也會(huì)比較小，能夠較好地解決汽車(chē)存取等方面的問(wèn)題，所以可以將其廣泛的投入到車(chē)站等一些人流密集的公共場(chǎng)所。

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