基于公交站臺的共享電動車智能停車庫研究

鄧玉梅，董錕

（咸寧職業技術學院，湖北咸寧，437000）

0 引言

隨著共享理念進一步嵌入日常生活，越來越多的共享資源隨之進入視野。如共享單車解決了人們的出行最后一公里節能減排，是一種環保廉價的出行方式。

共享單車的產生雖然給出行帶來了很大的便利，但是大量的共享單車停放占用城市寶貴的路面空間，有的地方因亂停亂放造成路面擁堵，嚴重影響市民正常通行，影響了市容市貌。同時亂停亂放成為城市管理者非常焦慮的問題。目前，共享電動車需要通過人工回收充電再投放，需要花費大量的人力物力。

因此，研究開發一種利用公交站臺頂部空間的智能停車庫具有重要意義。本文通過SolidWorks 軟件對整個裝置進行設計，結合PLC 控制技術實現系統控制，采用無線充電技術，利用太陽能蓄電和電纜雙重供電，無需花費人力來調整車位、回收充電和投放，并開發APP 掃碼一鍵還取車輛，節約了城市空間，最大化利用了空間上的占用率，實現了共享電動車自動充電，節能環保。

1 智能停車庫工作原理

用戶通過APP 掃碼向智能停車庫發出租車指令，系統收到租車指令時，獲取停放在充電區域且電量充足的共享電動車信息，后臺服務器會向對應的停車位伸縮手臂發出取車的信號，伸縮手臂由固定體與移動體通過電動機傳輸動力使移動體伸出及縮回，從而達到合適的延伸距離和精準的停車位置，伸縮手臂的各節臂以相對的速度進行伸縮從而精準抓車、停車，伸縮手臂執行命令，系統將對應找到車庫號，升降門板自動沿著銷釘向外翻轉90o，沿著伸縮滑軌向下移動，直至地面；收到停車指令時，獲取停放在地面等待區的共享電動車，用戶只需將車輛移動至對應的車位槽，通過升降系統將該共享電動車轉移至緩沖區，最后機械抓手再將電動車轉移至充電區域進行充電，APP 顯示已經還車成功。

2 智能停車庫結構設計

共享電動車智能停車庫由位置監測模塊、充電模塊、升降模塊、水平移車模塊、控制模塊五大部分組成。具體有太陽能板、無線充電樁、水平滑軌、升降門板、抓車裝置、升降滑軌等機構。智能停車系統整體結構圖如圖1 所示。

圖1 智能停車系統整體結構圖

2.1 位置監測模塊

位置監測系統，用于獲取共享電動車的位置，以控制充電模塊及升降門板機構的聯動。分別安設在緩沖區、充電區域及地面等待區的多對激光收發器，激光收發器檢測到共享電動車的位置后進行相應的動作觸發以對共享電動車的位置進行轉移。激光發射器發射激光，若激光接收器能接收到信號則表示沒有障礙物，若沒有接收到信號，則表示該區域有共享電動車。

2.2 升降模塊

升降系統包括升降門板，豎向安設在公交站臺面板上的縱向滑軌，門板上設有滑槽，滑槽內滑動設有用于卡接共享電動車的停放槽，智能停車升降系統結構圖如圖2 所示。共享電動車停放在升降門板的停放槽內，升降門板沿著縱向滑軌上下移動以轉移共享電動車。正常不工作狀態時，升降門板位于公交站臺的上方。升降電機運動帶動升降門板上下移動。當移動最上端時，通過旋轉電機驅動升降門板旋轉收攏形成封閉的停車庫。需要取車或還車時，系統對應找到車庫號，升降門板旋轉向外翻轉90o，沿著縱向滑軌向下移動直至地面，用戶只需將車輛從車位槽進行取車和還車。

圖2 智能停車升降系統結構圖

縱向滑軌采用的是重型伸縮滑軌。重型伸縮滑軌的優勢在于高精度，高承重，可超行程，伸縮具有平穩性且安全系數較高。導軌表面是由工業標準鍍鋅和鈍化10～12微米表面保護。電鍍符合RoHS 標準：部分伸縮50%負載能力120～500kg/對，可以使導軌在伸縮的時候有很高的可靠性，安全性。

2.3 充電模塊

當系統檢測到電動車電量不足時，會自動通過無線充電裝置對共享電動車進行充電；充電的電能一部分來自于預埋的充電電纜，一部分通過太陽能供電。利用停車庫頂部安裝的太陽能板，將太陽能板吸收光能，通過利用半導體材料的光電效應，將光能轉化為電能，通過蓄電池，把電能以化學能形式儲存在智能供電系統中，使用時再轉化成電能，或者可直接利用。電動車采用無線充電技術，通過安裝在停車板下的供電導軌以高頻交變磁場的形式將電能傳輸給運行在停車板上一定范圍內的車輛接受端電能拾取機構，進而給車載儲能設備供電。該裝置由電池、雙向充電感應器、交直轉換器和控制系統組成。充滿自停，不會過充，既延長電瓶使用壽命，也避免發熱引起火災，便捷使用，高效節能。當蓄電池電量不足時，充電系統會自動切換到電纜充電。

2.4 水平移車模塊

水平移車系統由伸縮電機、伸縮手臂、機械抓手、水平滑軌構成，水平移車系統結構圖如圖3 所示。伸縮電機驅動伸縮手臂沿著水平滑軌伸出和縮回移動，伸縮手臂前端安裝機械抓手，機械抓手張開或收緊以放開或抓緊共享電動車。當共享電動車到達緩沖區后，伸縮電機驅動伸縮臂伸出至緩沖區抓住共享電動車的前輪位置，然后張開機械抓手將共享電動車的前輪抓住，伸縮手臂縮回時帶動共享電動車移動至充電區域進行充電。反之需要使用時，升降門板打開，伸縮手臂帶動共享電動車移動至緩沖區繼續推動至升降門板上，然后松開抓手退回原位，升降門板帶動共享電動車下降至地面等待區即可。

圖3 水平移車系統結構圖

3 智能停車庫控制系統設計

控制系統是智能停車庫的核心部件，負責系統整體狀態檢測、車輛存取控制、系統信息顯示、與后臺交互等，主要由電源管理模和控制系統兩部分組成，整體框圖如圖4 所示。

3.1 電源管理模塊

電源管理模塊的主要功能是接收前端電源并將其轉換為可以通過無線充電模塊為電動車充電的電源和為系統整體正常工作所需的電源。系統工作電源的來源有兩個：第一個是通過太陽能板轉換得到的電能，第二個是市電電纜，其中太陽能板轉換得到的電能為系統主要能量來源，只有在太陽能電源無法滿足系統需要時，系統才接收市電電纜傳輸的電能。當太陽能電源充足、系統使用有剩余時，則可以暫時存儲在儲能電源中，以最大程度提高太陽能電源使用效率，提高系統綠色環保特性。

3.2 控制系統

智能停車庫控制系統采用觸控顯示屏進行控制，主要包括：PLC 控制器、升降模塊、水平移車模塊、位置監測模塊、通信模塊和觸控顯示屏等。PLC 控制器根據從觸控顯示屏、通信模塊及傳感器接收到的信號，向變頻器發送電機控制指令。位置監測模塊監控系統及各車位車輛狀態。升降模塊及水平移車模塊主要由變頻器和電機組成，共同完成電動自行車的入庫和出庫動作。通信模塊完成智能停車庫與運行后臺之間的信息交互，完成車輛及車庫狀態信息上傳和后臺控制信息的下發。系統整體運行狀態均可通過觸控顯示屏進行顯示，用戶及管理員部分操作可以通過觸控顯示屏完成。

硬件選型方面，根據控制系統需要，本系統選擇西門子S7-200 系列的PLC 控制器作為系統控制核心，PLC 控制器與觸控顯示屏通過RS485 總線進行通信，完成與用戶或管理者之間的系統交互及信息顯示。數字量輸入輸出模塊采用包含16 輸入24VDC/16 輸出繼電器的SM1223。升降模塊及水平移車模塊電機均采用交流電機；選用2 個INVT Goodrive10 迷你經濟型變頻器完成電機控制。

控制系統總流程圖如圖5所示。系統上電后，系統和通信模塊開始初始化，并與后臺進行信息交互，將車位信息等狀態信息反饋至后臺。若后臺有控制信息下發，則進行控制信息處理并反饋相關處理狀態，此后開始檢測是否有用戶掃碼，如有用戶掃碼還車，則執行掃碼還車子程序，如為掃碼取車，則執行用戶取車子程序。系統通過水平移車模塊和升降模塊完成對自行車的入庫和出庫動作，取車和還車子程序如圖6所示。

圖6 取車和還車子流程圖

4 結語

本文是基于公交站臺的共享電動車智能停車庫的研究。以“服務社會、服務人民、綠色環保、完善管理、高效節能”為設計理念，充分利用現有的公交站臺、候車廳等頂部空間，節約了城市空間，最大化利用了空間上的占用率，消除了共享電動車占道壓力、消除露天停車安全隱患及降低了電動車損壞率；實現了太陽能蓄電和無線充電技術，保障供電及時；掃碼一鍵還取車輛；無需花費人力來調整車位、回收充電和投放。提高傳統的公交站臺利用率，開拓新型經濟發展。本項目的實施可促進共享經濟行業的健康發展，又可助力智慧城市建設，引領智能停車科技，做城市文明的傳播者，該系統具有廣泛的市場需求和應用前景。