- 1 - 中國中國科技論文在線科技論文在線 立體停車場自動控制系統的設計立體停車場自動控制系統的設計 孔德海，李雅梅* 作者簡介：孔德海，（1988-），男，在讀本科生 通信聯系人：李雅梅，（1966-），女，副教授，研究方向：智能檢測技術，自動化儀器儀表，計算機控制 等. E-mail: （遼寧工程技術大學電氣與控制工程學院，遼寧 葫蘆島 125105） 摘要摘要：隨著城市建設的高速發展，停車用地緊張顯得尤為突出。停車難是一個亟待解決的問5 題。立體停車場空間利用率高，大大節省了土地資源和土建開發成本，是停車場未來發展的 主流趨勢。本設計采用垂直循環式立體停車場，其結構簡單、成本低、建筑方式靈活、應用 范圍廣泛。根據停車場機械結構的特點，選用 PLC 作為車位存取子系統的主控器，控制電機 完成存取車的機械操作。同時，本文以單片機為控制器，設計了計時收費子系統，完成停車 費用收取工作。兩部分組成了停車場的自動控制系統。在軟件方面，本文設計了控制系統的10 程序流程圖。自動控制的立體停車場可以實現無人值守、自助操作、自動運行，同時計時收 費又可有效地限制車主存車時間，提高停車場的循環利用率，具有一定的社會意義。 關鍵詞關鍵詞：自動控制；立體停車場；垂直循環式；PLC；單片機 中圖分類號中圖分類號：TP223 15 Design on Automatic Control System of Space Parking Lot KONG Dehai, LI Yamei (Faculty of Electrical and Control Engineering,Liaoning Technical University, LiaoNing HuLuDao 125105) Abstract: As the rapid development of urban construction, the shortage of parking land is 20 particularly prominent. It is a serious problem that parking is difficult. With high space utilization, significant savings in costs of land resources and construction, space parking lot is the main trend of the future parking lot. This design uses vertical circulating space parking lot, because of its simple structure, low cost, flexible architecture and wide usage. According to the characteristics of parking mechanical structure, the design uses PLC as a subsystem controller, which controls the 25 motor to finish mechanical operation of vehicle access. In addition, this paper designs time charging subsystem with MCU as a controller, to complete the work of parking fees charging. These two parts make up the automatic control system of space parking lot. In terms of software, the paper designs flow charts of the control system. Automatic control space parking lots can be achieved unattended, self-operation and automatic running, while time charging can limited users 30 parking time effectively to improve the parking lot recycling rate, which has some social significance. Keywords: automatic control; space parking lot; vertical circulating; PLC; MCU 0 引言引言 35 隨著我國經濟水平的快速發展，城市化進程不斷加快，居民消費水平顯著提高。私家車 代替自行車成為大部分城市人群的代步工具。 與此同時， 定居和就業于城市的人口數量增長 更加快速，大量人口涌入城市，龐大的相關基礎工程、娛樂消費建筑、居民建筑如同一夜之 間拔地而起。這也就造成了城市用地的緊張和短缺。在此帶動之下，停車用地的問題顯得尤 為突出。立體停車場的出現為解決停車難題提供了一種可行方案。 40 本設計采用垂直循環式立體停車場結構， 這是一種采用在垂直方向做循環運動來存取車 輛的停車設備。其特點是：結構簡單，應用范圍廣，省地1。在該結構基礎上,本設計開發 了一套立體停車場自動控制系統，以 PLC 和單片機作為兩個控制器分別實現車位存取和計 時收費的功能，可以無人值守、全自動作業。 - 2 - 中國中國科技論文在線科技論文在線 1 系統整體設計系統整體設計 45 立體停車場由機械系統和自動控制系統兩大系統組成2。機械系統負責完成機械操作， 而自動控制系統負責對機械系統進行控制。立體停車場結構組成如圖 1 所示。 垂直循環式立體停車場 機械系統自動控制系統 整 體 框 架 升 降 機 構 車 位 存 取 計 時 收 費 鋼 筋 支 架 ， 轎 廂 ， 托 架 ， 邊 軌 ， 角 輪 導 軌 ， 連 個 平 臺 電 動 機 ， 制 動 器 ， 雙 級 行 星 減 速 器 ， 聯 軸 器 ， 齒 輪 ， 鏈 條 ， 手 動 輪 ， 指 示 燈 ， 按 鈕 單 片 機 ， 讀 卡 器 圖 1 立體停車場組成結構圖 Fig.1 The structure diagram of space parking lot 50 立體停車場自動控制系統主要由自動存取車子系統和自動計時收費子系統兩部分組成。 自動存取車子系統負責指揮、控制機械系統裝置，使其準確完成存取車動作。自動計時收費 子系統負責完成記錄車主存車時間、收取存車費用的功能。自動控制系統的組成結構如圖 2 所示。 55 圖 2 自動控制系統組成結構圖 Fig.2 The structure diagram of automatic control system 車位存取子系統由車位顯示、車位選擇、車位存取三部分組成。系統設置控制面板，在60 面板上有對應于每個車位的運行指示燈， 顯示車位有無車輛停放的信息； 與車位指示燈對應 的還有車位選擇按鈕， 車主可以通過按鈕來選擇車位進行存車或取車。 車位選擇與車位顯示 作為車位存取控制器的輸入與輸出。 車位存取控制器控制電機正轉或反轉， 從而使轎廂順時 針或逆時針轉動。 計時收費子系統由自動計時和刷卡收費兩個模塊組成。 計時模塊記錄車主存車時刻和取65 - 3 - 中國中國科技論文在線科技論文在線 車時刻，并計算存車總共時長。收費模塊采用非接觸式 IC 卡式設計3，車主通過刷卡完成 繳費。 2 車位存取子系統硬件設計車位存取子系統硬件設計 2.1 車位顯示車位顯示 車位顯示為該子系統的輸出，采用指示燈，分別為系統運行指示燈、停車場滿載指示燈70 及 110 號車位載車指示燈。系統運行時，運行指示燈亮；若停車場的 10 個車位都有存車， 則滿載指示燈亮；110 號車位有存車的相應指示燈亮。 2.2 車位選擇車位選擇 對應于每個車位， 在控制面板上都設有對應的選擇按鈕。 車位選擇按鈕為該子系同控制 器的輸入。按動某一號按鈕，可使相應車位轎廂轉至停車場最低位。此外，還分別設置系統75 的啟動、停止、復位、正點動、反點動等五個按鈕。 2.3 車位限位車位限位 為了能使停車場在將指定轎廂轉至最低位后停止轉動， 需要設置位置檢測設備。 本設計 采用限位開關來進行轎廂運動限位。對每一個轎廂都設置有一個限位開關，共十個。在停車 場整體框架邊軌的最低位處兩側附近分別設置兩個碰撞觸發凸起， 這樣當指定轎廂順時針或80 逆時針轉動至接近最低位時，可觸發限位開關動作，控制器使電機斷電，同時機械制動器進 行制動，使轎廂停止在最低位。控制器對于非指定轎廂觸發限位開關進行屏蔽。 2.4 PLC 控制器控制器 本設計選用三菱 PLC 作為車位存取子系統的控制器。其輸入點數需要用到 25 個，輸出 點數需要 14 個，考慮到擴展需要，故選擇 32 輸入 32 輸出的三菱 FX2N-64MR-DS PLC 作為85 主控制器。為與計時收費子系統的單片機進行 RS232 通信，需要在內部安裝一塊 FX2N-232-BD 通信用功能擴展版。 PLC 控制接線原理部分如圖 3 所示。 90 圖 3 控制電路原理圖 Fig.3 The schematic of control circuit - 4 - 中國中國科技論文在線科技論文在線 車位存取子系統的控制面板如圖 4 所示。 圖 4 控制面板示意圖 95 Fig.4 The schematic diagram of Control Panel 3 計時收費子系統硬件設計計時收費子系統硬件設計 計時收費子系統主要完成存車時間的計算和用戶刷卡繳費的功能。 主要有主控器、 顯示 模塊、操作模塊、信息存儲模塊、時鐘模塊、射頻讀寫模塊及通信模塊等組成4。主控器負100 責程序處理和管理各模塊；顯示模塊顯示各種信息，如按鍵信息、時間和停車費用等；通過 操作模塊可以使管理員管理密碼、查詢或設置時間、查詢總金額、查詢記錄；信息存儲模塊 存儲有停車場使用日志；時鐘模塊為主控器提供精準時間；射頻讀寫模塊完成 IC 卡中內容 的讀寫操作5；通信模塊負責與車位存取子系統的主控器 PLC 進行通信。計時收費子系統 的組成框圖如圖 5 所示。 105 圖 5 計時收費子系統結構框圖 Fig.5 The block diagram of time charging subsystem 本設計選用 AT89C55WD 單片機作為計時收費子系統控制器； ZLG7289B 芯片外接 4110 4 的鍵盤；DS1302 為停車計時提供精確時鐘；SM G 12864 液晶顯示各種信息；AT24C256 存儲用戶結算信息；通過 RS232 與車位存取子系統控制器 PLC 通訊6；通過 ZLG500 對 IC 卡進行讀寫操作。計時收費子系統的硬件示意圖如圖 6 所示。 - 5 - 中國中國科技論文在線科技論文在線 圖 6 計時收費子系統硬件示意圖 115 Fig.6 The schematic diagram of time charging subsystem hardware 4 系統軟件設計系統軟件設計 停車場存車流程：開始工作后，系統提示用戶選擇要存車的轎廂號。用戶按下目標車位 號相應的按鍵后，系統提示請用戶刷卡，此時系統先判斷用戶是否在黑名單中，若在則提示120 用戶不可停車，請其聯系管理員；若不在，則系統將車位號與用戶序列號進行綁定，并記錄 停車時間。刷卡完成后，系統啟動電機將目標車位轉至最地位。轎廂到位后，系統提示用戶 存車，用戶將車開上轎廂，從車上下來離開轎廂即完成存車流程。此后系統進入下一循環流 程，直至停止工作。 停車場取車流程： 用戶可以選擇自己停車的車位號， 然后刷卡， 也可跳過選擇直接刷卡。125 刷卡后， 系統記錄取車時間并計算停車時長扣除停車費用。 若用戶余額不足并超過其信用額 度，則提示用戶不能取車請其充值。繳費成功后，系統啟動電機將目標車位轉至最低位進出 通道。轎廂到位后開始計時，并提示用戶在十分鐘內將車開走，十五分鐘后系統將鄰近有車 車位轉至最低位進出通道。 管理員進行停機操作時，系統先判斷停車場里是否有車，若車位全空，則可以停機，否130 則提示管理員有車不能停機。 在本設計中有兩點說明： 在每次用戶存車后， 其所停車輛都在停車場最低位即存取車通 道，系統不會自動將空車位旋轉至此，直至新用戶來此存車系統才會進行車位輪換，這樣可 以避免某些用戶不選車位不刷卡直接將車開至轎廂停車以逃避收費； 當用戶在取車時， 其車 輛正處于停車場最低位進出通道處， 即在該位用戶存車后沒有其他用戶存車， 如果用戶未經135 刷卡直接將車從轎廂上開走，則系統管理員在維護系統時可根據記錄信息將其列入黑名單， 直至用戶補交罰金后方可解除。 系統工作流程圖如圖 7 所示。 - 6 - 中國中國科技論文在線科技論文在線 圖 7 系統工作流程圖 140 Fig.7 The flow chart of system working PLC 在進行順時針還是逆時針即控制電機正轉還是反轉的判斷時，可根據如下算法進 行計算： 停車場 10 個轎廂的編號為 110，且對轎廂進行順時針由小到大編號。設某時刻位于停145 車場最底處進出通道的轎廂號為 P，目標轎廂號為 X。當 P5 時，若 X 滿足 PX5 時，若 X 滿足 P-5XP，則進行順時針旋轉， 否則逆時針旋轉。 在子系統間通信設計時，程序編制須遵循 PLC 的編程口通信協議，以保證 PLC 收到指 令和數據。 傳輸格式為 RS232C， 波特率為 9600bps， 累加校驗方式 （和校驗） ， 字符為 ASCII150 碼7。PLC 與單片機的通信流程如圖 8 所示。 圖 8 通信流程圖 Fig.8 The flow chart of communication 155 5 結論結論 針對目前我國城市用地緊張造成停車難這一問題， 本文以技術可行穩定、 建設施工簡單、 制造維護成本低廉為出發點， 設計開發了一套垂直循環式立體停車場的自動控制系統。 停車 場一方面用來停車，另一方面對停車進行收費。本文利用 PLC 作為控制器設計車位存取子 系統， 通過控制電機運轉來實現村取車操作； 利用單片機作為控制器設計計時收費子系統來160 實現停車費用收取功能。 將兩個子系統進行通信組合連接， 組成完整的立體停車場自動控制 系統。 這是本設計優于以往設計的地方， 雖算不上創新， 但在技術組合與實現上做出了努力。 由于本人水平和時間的限制， 在文中雖然對系統的軟件程序進行了設計， 但僅限于整體 流程， 至于具體代碼實現還需要再做完善。 此外， 對于系統在實際應用中還會遇到哪些問題， 需要靠實踐來判斷與解決。 165 鑒于現在立體停車場的解決方案較為成熟， 需要努力的方向在于功