楊鎮(zhèn)東

（山西大同大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，大同 037009）

1 引言

目前汽車的保有量越來越多，停車難已經(jīng)成為了一個(gè)不可忽視的問題，歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家是最先開始發(fā)展立體車庫(kù)相關(guān)設(shè)備以及技術(shù)的，尤其是德國(guó)以及日本兩個(gè)國(guó)家，這項(xiàng)技術(shù)最早是德國(guó)進(jìn)行開發(fā)的，并且現(xiàn)在德國(guó)的技術(shù)在世界范圍內(nèi)也是非常領(lǐng)先的，其次就是日本，之所以日本開發(fā)立體車庫(kù)，主要就是因?yàn)槠鋰?guó)土面積較小[1]。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，立體車庫(kù)技術(shù)也在不斷更新[2]。對(duì)于我國(guó)而言，是在上個(gè)世紀(jì)的九十年代開始意識(shí)到立體車庫(kù)對(duì)于城市停車難問題的重要性，同時(shí)在這個(gè)時(shí)期對(duì)其進(jìn)行了大量的研究，可是現(xiàn)在我國(guó)的技術(shù)還是處在一個(gè)發(fā)展階段。目前國(guó)內(nèi)立體車庫(kù)的使用率很低，在技術(shù)上和歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家還存在著不小的差距，特別是針對(duì)于立體車庫(kù)的智能管理。并且在車庫(kù)的建造以及相關(guān)設(shè)計(jì)也有很多不足，能夠看得出來，目前我國(guó)在這項(xiàng)技術(shù)上缺乏核心技術(shù)，特別是缺少針對(duì)于立體車庫(kù)通信方案設(shè)計(jì)的相關(guān)研究，實(shí)現(xiàn)便捷、穩(wěn)定的控制，提高通訊穩(wěn)定性和安全性是研究的重要方向。

2 立體車庫(kù)通信方案整體設(shè)計(jì)

2.1 通信控制方案

垂直循環(huán)立體停車庫(kù)屬于一種機(jī)械式的停車設(shè)備，其就是在垂直方面上面能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行汽車的存取操作的停車設(shè)備。對(duì)于這種停車庫(kù)來說，傳動(dòng)系統(tǒng)一般都是通過三部分來構(gòu)成的，分別是減速器、電機(jī)以及傳動(dòng)鏈條。對(duì)于立體車庫(kù)而言，其整體能夠?qū)崿F(xiàn)上下的移動(dòng)，同時(shí)對(duì)于轉(zhuǎn)盤而言，其在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)之下能夠?qū)崿F(xiàn)不同角度的旋轉(zhuǎn)，一旦有汽車想要進(jìn)行存放，那么在這個(gè)過程中，轉(zhuǎn)盤就能夠?qū)④噹?kù)里面的空車位旋轉(zhuǎn)到入口處，然后汽車在進(jìn)入到這個(gè)空車位之后就實(shí)現(xiàn)了存車操作。在進(jìn)行取車的時(shí)候，通過轉(zhuǎn)盤將汽車旋轉(zhuǎn)到車庫(kù)的出口，這樣就完成了取車操作。

立體車庫(kù)通訊中心為STM單片機(jī)，作為最為核心的一個(gè)元件，在車庫(kù)的自動(dòng)管理系統(tǒng)里面，包含有若干個(gè)動(dòng)力源以及執(zhí)行元件。對(duì)于控制系統(tǒng)而言，其主要包含微處理器、讀卡機(jī)等。在立體車庫(kù)的支撐軸下面均進(jìn)行了電機(jī)的安裝，這些電機(jī)就是系統(tǒng)的執(zhí)行元件。在用戶對(duì)操作平臺(tái)進(jìn)行使用的時(shí)候，系統(tǒng)的核心元件單片機(jī)會(huì)對(duì)用戶的操作進(jìn)行接收，同時(shí)對(duì)元件的具體狀態(tài)進(jìn)行判斷，同時(shí)對(duì)執(zhí)行元件的信息進(jìn)行讀取，之后再利用軟件進(jìn)行控制信息的安排，再將這些信息傳送至相應(yīng)的執(zhí)行元件，從而使車位被移動(dòng)到指定的位置，完成車位的移動(dòng)。

單片機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中屬于一個(gè)控制核心，而對(duì)于檢測(cè)裝置而言，其會(huì)把所檢測(cè)到的相關(guān)信號(hào)傳輸?shù)较到y(tǒng)的單片機(jī)里面。之后單片機(jī)就開始針對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理，對(duì)當(dāng)前立體車庫(kù)里面所存在的空車位的具體數(shù)量進(jìn)行一個(gè)判斷，同時(shí)把判斷出來的數(shù)量進(jìn)行傳送，在傳送到LED顯示屏后，就能夠顯示出來了。對(duì)于IC卡而言，其作用就是通信系統(tǒng)里面的單片機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)存信號(hào)以及讀取信息。對(duì)于控制核心單片機(jī)而言，其會(huì)通過所獲取到的數(shù)據(jù)控制車庫(kù)，利用相應(yīng)的動(dòng)力控制電路對(duì)電極的狀態(tài)進(jìn)行控制，最終實(shí)現(xiàn)立體車庫(kù)的自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.2 單片機(jī)信息處理最小系統(tǒng)

在上面的內(nèi)容中已經(jīng)介紹過單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心。為了能夠有效的對(duì)接口電路進(jìn)行簡(jiǎn)化，選擇的是單片機(jī)最小系統(tǒng)，同時(shí)在配置上矩陣鍵盤以及12864顯示模塊。為了便于單片機(jī)下載程序，又配置了單片機(jī)燒錄接口。同時(shí)應(yīng)引出輸入輸出口，方便使用。

2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制信息執(zhí)行方案

在本文所設(shè)計(jì)的方案中，電機(jī)的選型是28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)。對(duì)于這種電機(jī)，一般情況下都是選擇L298N以及ULN2003來作為驅(qū)動(dòng)模塊。對(duì)于步進(jìn)電機(jī)而言，單片機(jī)所輸出的電流是無法帶動(dòng)其進(jìn)行工作的，同時(shí)單片機(jī)的輸入輸出口進(jìn)行的是數(shù)字信號(hào)的輸出。想要實(shí)現(xiàn)電機(jī)的工作一定要在電機(jī)與單片機(jī)之間配置一個(gè)驅(qū)動(dòng)器。通過驅(qū)動(dòng)器就能夠利用單片機(jī)使得電機(jī)工作了。對(duì)于ULN2003 驅(qū)動(dòng)模塊而言，其擁有著對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大的能力，能夠?qū)纹瑱C(jī)所輸出的信號(hào)進(jìn)行放大，達(dá)到能夠使得電機(jī)進(jìn)行工作所對(duì)應(yīng)的電流強(qiáng)度大小。因此通過驅(qū)動(dòng)模塊的使用，電路會(huì)更加的簡(jiǎn)單。對(duì)于L298N而言，其屬于電流較大，電壓較高的集成電路，驅(qū)動(dòng)能力更強(qiáng)，同時(shí)其還擁有過電流保護(hù)能力，在電機(jī)出現(xiàn)問題的時(shí)候，能夠進(jìn)行保護(hù)。另外，其抗干擾能力也很強(qiáng)。對(duì)于L298N而言，一般都是通過其對(duì)感性負(fù)載進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。在比較了這兩種驅(qū)動(dòng)模塊之后，本文選擇L298N來作為本文系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器。

2.4 系統(tǒng)信息檢測(cè)方案的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)檢測(cè)部分是信息的采集部分，檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，是保證控制系統(tǒng)發(fā)出指令準(zhǔn)確的基礎(chǔ)。對(duì)于車庫(kù)而言，傳感器的作用就是檢測(cè)當(dāng)前車庫(kù)的車位情況。

2.4.1 空車位信息的檢測(cè)

設(shè)計(jì)檢測(cè)部分的時(shí)候，選擇了八個(gè)光電開關(guān)配置在系統(tǒng)中，利用光電開關(guān)對(duì)車庫(kù)車位的情況進(jìn)行檢測(cè)。目前常用的光電開關(guān)有三種，第一種對(duì)射式光電開關(guān)所具有的最大優(yōu)勢(shì)就是檢測(cè)的距離長(zhǎng)度較遠(yuǎn)。對(duì)于第二種反射式光電開關(guān)而言，存在一個(gè)缺陷就是其檢測(cè)距離存在一定的限制，只能在光束的交點(diǎn)旁邊實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。而對(duì)于第三種鏡面反射式的光電開關(guān)來說，其不僅具有著相對(duì)比較遠(yuǎn)的檢測(cè)距離，同時(shí)還能夠?qū)ν该鞯奈矬w進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)車庫(kù)內(nèi)車位的時(shí)候，因?yàn)橐粋€(gè)車位的長(zhǎng)度通常在4米左右，因此通過對(duì)射式光電開關(guān)檢測(cè)。

對(duì)于光電開關(guān)而言，傳輸信息給單片機(jī)的信號(hào)只有兩種，分別是低電平以及高電平，通過電路圖的表述能夠看出，在車庫(kù)車位上面存在汽車的時(shí)候，對(duì)于光電開關(guān)而言，其接收端沒有辦法對(duì)發(fā)射端的信號(hào)進(jìn)行接收，三極管沒有辦法導(dǎo)通，因此對(duì)于單片機(jī)而言所接收到的是高電平。一樣的原理，在車位上沒有汽車的時(shí)候，接收到的就是低電平。這樣就能夠?qū)囄簧厦媸欠裼熊囘M(jìn)行判斷。

2.4.2 到位信息檢測(cè)

圖1 光電開關(guān)信息傳輸電路圖

我們將檢測(cè)車位是否達(dá)到了指定位置的過程，稱為到位檢測(cè)。由于系統(tǒng)僅可以對(duì)電機(jī)的開關(guān)、轉(zhuǎn)向進(jìn)行控制，而具體的角度無法控制，因此應(yīng)新引入一個(gè)檢測(cè)裝置，在車位已經(jīng)達(dá)到指定的位置之后，向單片機(jī)傳遞一個(gè)信息，通過單片機(jī)使得電機(jī)不再工作。

與車位檢測(cè)中檢測(cè)裝置一樣，僅僅配置一個(gè)光電開關(guān)就行了。把光電開關(guān)的發(fā)射端安裝于傳動(dòng)輪的圓盤上面，然后選定一個(gè)傳動(dòng)裝置，讓這個(gè)傳動(dòng)輪能夠和鏈條一直確保這個(gè)關(guān)系：在傳動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)了一圈之后，相應(yīng)的成為就會(huì)進(jìn)行一個(gè)位置的移動(dòng)。一旦光電開關(guān)出現(xiàn)了一次變化，那么在單片機(jī)的內(nèi)部?jī)?chǔ)存單元里面，就進(jìn)行一個(gè)加1操作，通過累計(jì)的數(shù)值就能夠?qū)囄坏男D(zhuǎn)數(shù)量進(jìn)行檢測(cè)，一旦達(dá)到了旋轉(zhuǎn)車位數(shù)的時(shí)候，那么電機(jī)在單片機(jī)的控制下就不再工作了。

3 信息處理軟件設(shè)計(jì)

軟件部分設(shè)計(jì)為信息的處理過程，通過對(duì)信息的處理，實(shí)現(xiàn)通訊的邏輯性，保證控制信號(hào)的順利傳輸。在本文系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)這一部分中，主要包含的就是三大內(nèi)容，分別是矩陣鍵盤的按鍵掃描、電機(jī)控制以及液晶屏顯示。本文設(shè)計(jì)中所研究的是一個(gè)垂直循環(huán)式的立體車庫(kù)，在一圈里面共設(shè)8個(gè)車位。車庫(kù)能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)。為了使用戶體驗(yàn)得到加強(qiáng)，使得用戶能夠?qū)ψ约合胍５能囄贿M(jìn)行選擇。因此最優(yōu)存取車在設(shè)計(jì)過程中所要進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的是用戶所選擇的車位，并不是系統(tǒng)所選擇的車位。在用戶存車的過程中，需要其在鍵盤上面選擇自己想要停的車位，同時(shí)按下，這個(gè)系統(tǒng)就會(huì)對(duì)這個(gè)車位進(jìn)行判斷，接下來就會(huì)通過對(duì)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)從而使得車庫(kù)旋轉(zhuǎn)，這樣就能夠在最快的時(shí)間內(nèi)將沒有停車的車位旋轉(zhuǎn)至存車入口。類似于存車，在用戶取車的過程中，用戶需要將剛才停車的車位號(hào)按下，系統(tǒng)就會(huì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)開始旋轉(zhuǎn)車庫(kù)，從而實(shí)現(xiàn)最快的時(shí)間進(jìn)行取車。