金立立，梁偉，張君

（1.湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院 材料工程系，湖北 十堰 442002；2.湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院 汽車(chē)工程系，湖北 十堰 442002）

智能立體停車(chē)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

金立立1，梁偉2，張君2

（1.湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院 材料工程系，湖北 十堰 442002；2.湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院 汽車(chē)工程系，湖北 十堰 442002）

從立體車(chē)庫(kù)的框架結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)、管理軟件這3個(gè)方面介紹，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)出一套適用的智能立體停車(chē)系統(tǒng)的原型。實(shí)現(xiàn)了停取車(chē)過(guò)程的智能化。

立體車(chē)庫(kù)；框架結(jié)構(gòu)；控制系統(tǒng)；管理軟件

隨著我國(guó)近年來(lái)汽車(chē)數(shù)量的激增，大城市停車(chē)難的矛盾日益突出，都市停車(chē)難已成為當(dāng)前大中城市普遍存在的一種現(xiàn)象。結(jié)合目前國(guó)內(nèi)外立體車(chē)庫(kù)的發(fā)展情況及我國(guó)大中型城市停車(chē)難的這一現(xiàn)狀綜合考慮，運(yùn)用傳感檢測(cè)、機(jī)電一體化、計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制等各方面的知識(shí)，設(shè)計(jì)并制作出適合于大型公共場(chǎng)合的智能化立體停車(chē)系統(tǒng)的原型，為解決停車(chē)難這一問(wèn)題提供比較經(jīng)濟(jì)的方案。

預(yù)期完成的智能立體停車(chē)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的自動(dòng)存取及計(jì)時(shí)收費(fèi)管理。對(duì)用戶而言要極大的體現(xiàn)自動(dòng)化和便捷方便，對(duì)維護(hù)人員而言要盡可能簡(jiǎn)潔便于查找問(wèn)題所在。實(shí)現(xiàn)此要求系統(tǒng)需要3個(gè)部分：機(jī)械及物理框架結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)、管理軟件，系統(tǒng)的組成圖如圖1所示。

1 車(chē)庫(kù)的物理框架

車(chē)庫(kù)的框架即儲(chǔ)存系統(tǒng)，它是自動(dòng)化立體車(chē)庫(kù)的基礎(chǔ)，其結(jié)構(gòu)決定著控制系統(tǒng)及管理軟件對(duì)車(chē)位的調(diào)度方式。本系統(tǒng)采用了多層圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)（圖2），升降臺(tái)的運(yùn)動(dòng)只有垂直升降和水平旋轉(zhuǎn)2個(gè)過(guò)程，因而存取車(chē)快捷迅速；載車(chē)臺(tái)上載有獨(dú)立的載車(chē)板，停放時(shí)連板帶車(chē)一起停放到車(chē)位處，簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性可靠性得到保障。

在車(chē)庫(kù)內(nèi)有一個(gè)從底層直通頂層的提升架升降井道，停車(chē)泊位則星形布置在此井道的四周。本課題設(shè)計(jì)以每層8個(gè)停車(chē)位在車(chē)庫(kù)中間設(shè)置垂直升降平臺(tái)，在此平臺(tái)上設(shè)置一個(gè)水平回轉(zhuǎn)臺(tái)，回轉(zhuǎn)臺(tái)上設(shè)有推進(jìn)裝置，當(dāng)汽車(chē)進(jìn)入車(chē)庫(kù)停在活動(dòng)載車(chē)板上后，水平回轉(zhuǎn)臺(tái)上的推進(jìn)裝置將載著汽車(chē)的載車(chē)板拉到水平回轉(zhuǎn)臺(tái)，此后升降平臺(tái)帶著回轉(zhuǎn)臺(tái)和上面的汽車(chē)上升。到有空車(chē)位的樓層后水平回轉(zhuǎn)臺(tái)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，將載車(chē)板對(duì)準(zhǔn)空車(chē)位，回轉(zhuǎn)臺(tái)上的推進(jìn)裝置將載著汽車(chē)的載車(chē)板推進(jìn)車(chē)位。取車(chē)時(shí)，升降臺(tái)上升到汽車(chē)所在的樓層，水平回轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)到指定車(chē)位，推進(jìn)裝置把載車(chē)板從泊位拖出，回轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)升降臺(tái)下降到出口，駕駛員上車(chē)便可向前進(jìn)方向開(kāi)車(chē)出庫(kù)。

2 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)根據(jù)用戶提交的信息控制各個(gè)裝置（升降裝置、回轉(zhuǎn)裝置、推進(jìn)裝置），實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的停放。其構(gòu)成包括主控部分、各裝置的驅(qū)動(dòng)、檢測(cè)、通信接口等［1］。在本課題中此控制系統(tǒng)采用上下位機(jī)的主從模式，可快速穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)存取車(chē)過(guò)程。數(shù)據(jù)管理、人機(jī)界面由上位機(jī)PC實(shí)現(xiàn)，下位機(jī)則負(fù)責(zé)按一定時(shí)序控制各個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)以及反饋給上位機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)，上下位機(jī)RS-232通信。這樣簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，實(shí)現(xiàn)了車(chē)庫(kù)管理的網(wǎng)絡(luò)化。

1）主控部分

下位機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，下位機(jī)選用Freescale的MC9S12D64作為控制器 （MCU）,它是一種低功耗、高性能16位微控制器，具有16 bit中央處理單、64 kB的flash存儲(chǔ)器,集成了 SPI通信接口、8通道10 bit AD轉(zhuǎn)換模塊、CAN控制器和8通道PWM輸出［2］。其硬件滿足對(duì)下位機(jī)各機(jī)構(gòu)的控制。

2）升降及推進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)

驅(qū)動(dòng)電路見(jiàn)圖4，是IRF540及33883 H橋驅(qū)動(dòng)集成電路，最大驅(qū)動(dòng)電壓46V，電流36A，在此獨(dú)立驅(qū)動(dòng)2個(gè)直流減速電機(jī)，以PWM方式調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)動(dòng)方向由控制信號(hào)決定。

3）轉(zhuǎn)臺(tái)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)

轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)電機(jī)為混合式步進(jìn)電機(jī)。其基于L297/298驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)器的單片機(jī)硬件接口電路如圖5～6所示L297輸出信號(hào)可控制L298雙橋驅(qū)動(dòng)集成電路，驅(qū)動(dòng)電壓最高為46 V，總電流4 A及以下的步進(jìn)電機(jī)。L297只需要時(shí)鐘、方向和模式輸入信號(hào)，相位由內(nèi)部產(chǎn)生，從而減輕微處理器和程序設(shè)計(jì)的負(fù)擔(dān)。

4）傳感檢測(cè)

霍爾線性開(kāi)關(guān)元件A3114，配合永磁鐵塊做位置和行程的檢測(cè)。A3144內(nèi)置有放大器，輸出為高速脈沖信號(hào)，工作溫度從-40～85℃在供電為4.5～24V時(shí)最大輸出電流25mA，外接上拉電阻可直接作TTL驅(qū)動(dòng)［3］，它具有快速精確穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，單片機(jī)根據(jù)檢測(cè)到的脈沖信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)程序控制。

3 管理軟件

管理軟件是整個(gè)系統(tǒng)的核心，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖7，包括前臺(tái)界面采集數(shù)據(jù)采集、車(chē)位調(diào)度、后臺(tái)數(shù)據(jù)查詢刪除更新、控制命令和數(shù)據(jù)收發(fā)。在本系統(tǒng)中，它對(duì)車(chē)位的調(diào)度命令的下達(dá)及所有操作都是建立在與車(chē)庫(kù)實(shí)際情況相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表的基礎(chǔ)之上，對(duì)用戶而言并不需要了解車(chē)庫(kù)的實(shí)際結(jié)構(gòu)。

1）前臺(tái)界面

本系統(tǒng)前臺(tái)用LabVIEW開(kāi)發(fā)，模塊化設(shè)計(jì)易用性好、維護(hù)方便，主界面為實(shí)現(xiàn)停取車(chē)及管理維護(hù)，分別設(shè)計(jì)了停車(chē)、取車(chē)、查詢、收費(fèi)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理界面。后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)用Access設(shè)計(jì)，它提供了表、查詢、窗體、報(bào)表、頁(yè)、宏、模塊7種用來(lái)建立數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的對(duì)象；提供了多種向?qū)?、生成器、模板，把?shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)查詢、界面設(shè)計(jì)、報(bào)表生成等操作規(guī)范化［5］，為建立功能完善的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)提供了方便。2）通信模塊

上下位機(jī)RS-232半雙工通信，開(kāi)始通信時(shí)要進(jìn)行握手，即上位機(jī)發(fā)送命令字符詢問(wèn)下位機(jī)的工作狀態(tài)，下位機(jī)接收到就立即發(fā)送回復(fù)字符，然后立即處于等待狀態(tài)，在整個(gè)過(guò)程中下位機(jī)始終處于被動(dòng)接收狀態(tài)。上下位機(jī)以RS-232模式串口通信，其硬件電路見(jiàn)圖9。SCI編程模型見(jiàn)圖10。

4 結(jié)論

立體車(chē)庫(kù)的框架采用了多層旋轉(zhuǎn)式，容量大、停取車(chē)迅速；設(shè)計(jì)了升降提升裝置、推進(jìn)裝置、載車(chē)臺(tái)旋轉(zhuǎn)裝置，實(shí)現(xiàn)了停取車(chē)過(guò)程安全平穩(wěn)。控制系統(tǒng)采用上下位機(jī)主從模式，下位機(jī)以單片機(jī)MC9S12D64為控制核心，外接升降電機(jī)驅(qū)動(dòng)、推進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、霍爾傳感器、實(shí)現(xiàn)了對(duì)各個(gè)裝置的準(zhǔn)確控制。上位機(jī)用PC配合圖形豐富操作簡(jiǎn)潔的人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)的采集，上下位機(jī)以RS-232串口模式半雙工通信。管理軟件前臺(tái)用LV開(kāi)發(fā)，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)用ACCESS開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了停取車(chē)過(guò)程中用戶數(shù)據(jù)的查找、更新，軟件模塊化設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)周期短維護(hù)方便。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，操作管理方便很好的實(shí)現(xiàn)了停取車(chē)過(guò)程智能化。

［1］周祖德，陳幼平.機(jī)電一體化技術(shù)與系統(tǒng)［M］.2版.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2003.

［2］王宜懷，劉曉升.嵌入式系統(tǒng)-使用HCS12微控制器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 ［M］.北京:北京航天航空大學(xué)出版社, 2008:12321.

［3］張傳友.測(cè)控電路及裝置［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2002.

［4］孫同景，陳桂友.Freescale 9S12十六位單片機(jī)原理及嵌入式開(kāi)發(fā)技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

［5］李敏業(yè)，王穎.Access數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用實(shí)例完全解析［M］.北京：人民郵電出版社，2006.

（指導(dǎo)老師：繆勇）

Design of Multidimensional Intelligent Parking System

Jin Lili1，Liang Wei2，Zhang Jun2
（1.Dept.of Material Engineering，Hubei Automotive Industries Institute，Shiyan 442002，China；2.Dept.of Automotive Engineering，Hubei Automotive Industries Institute,Shiyan 442002，China）

The multidimensional garage was introduced from three aspects of the overallframework structure，controlsystem，management software.A model of multidimensional intelligent parking system was designed and developed to realize the intelligentized process of parking cars.

multidimensional garage；overall framework;control system；management software

TP311.52:U491.7+1

A

1008-5483（2011）03-0074-03

2011-06-13

湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)科研項(xiàng)目（SJ200913）