立體車庫控制系統設計

作者 / 陳梓生，西安理工大學印刷包裝與數字媒體學院

?

立體車庫控制系統設計

作者 / 陳梓生，西安理工大學印刷包裝與數字媒體學院

隨著近代工業和科技的飛速發展，私家車的擁有量不斷攀升，有限的土地資源與龐大的私家車數量之間的矛盾引發了嚴重的停車難問題。我們想到了立體車庫，它可以充分利用空間，合理的利用土地資源［1］。本文研究了基于51單片機的立體車庫自動控制系統，由單片機與上位機完成車庫的整體控制。車庫進出口采用的是指紋識別系統，安全性高于傳統的鑰匙或卡系統。

立體車庫；51單片機；指紋識別；VB6.0

引言

車輛無處停放的問題是社會、經濟、文化、交通發展到一定程度產生的結果?，F階段新建小區內住戶與車位的配比為1:1，為了解決停車位占地面積與住戶商用面積的矛盾，立體停車庫以其平均單車占地面積小的獨特特性，得到了廣泛的應用。立體停車場的出現與汽車的三次工業革命息息相關，最早的立體停車場出現在歐洲第二次汽車工業革命時期，如：意大利的Sotefin、Interpark、德國的Palis等。日本從20世紀50年代中期開始停車場問題的研究，無論在技術上還是在實踐上均已獲得了成功。而我國是在20世紀80年代開始研制并使用立體停車場的，目前，全國已建成的立體停車位才100多萬個，并且主要集中在北京、上海，廣東等一線城市，所以我國的立體停車庫前景廣闊。目前立體車庫的種類比較多，國內外比較流行的型式有：垂直循環式、多層循環式、水平循環式、垂直升降式（電梯式）、升降導軌式、平面往復式、組合式、升降橫移式和巷道堆垛式等［1］。本文就將立體停車庫的控制系統作為介紹，并進行設計。

1. 立體車庫控制系統的設計

整個控制系統主要由硬件電路模塊跟軟件控制程序模塊組成。具體說來就是由單片機、指紋識別、上位機、光電開關、行程開關、報警等組成。如圖1所示。

從圖1可以看出單片機是整個電路系統的核心，對外圍電路器控制的作用；指紋識別安裝在閘道進出口處，對進入口進行控制；光電開關跟行程開關用來采集車輛的出入信息，并通過電路完成對單片機的信號輸出；報警時利用單片機送來的信號進行提示，提示停車庫的車位已滿；上位機通過串口與單片機連接進行通信，對停車庫的情況進行實時監控。設置急停是為了防止意外事情發生，按下急?？礻P，斷開電源，使升降機無法繼續運行，以保護人員及車輛的安全［3］。

2. 控制系統的硬件電路設計

建設立體車庫不是哪一個學科單獨可以解決的問題，它包含了機械、自動控制、微電子、光學、計算機等領域的多學科科學技術，集機、電、光、算于一體，需要各個領域相互配合?？刂葡到y的硬件電路模塊由以下幾個設備組成：電機驅動電路、指紋識別系統、單片機控制系統、單片機硬件系統和各樓層傳感器電路。

圖1

■2.1 存取車指紋識別系統設計

傳統的停車場進出采用鑰匙或ICID卡等進行車輛信息錄入，而本文采用指紋識別技術來實現車輛信息的錄入。通過上位機對指紋信息進行處理，從而達到進出的安全需求。本設計系統通過提取人的指紋來取代傳統的鑰匙或ICID卡功能，可以為用戶提供更安全的加密手段。同時還防止鑰匙或卡的丟失給用戶造成的損失。用戶只需要把手指放到指紋采集儀的窗口，比對成功后即可實現車輛的進出。

■2.2 來車檢測單元電路設計

本系統采用的是光電開關。光電開關分為反射式、對射式和鏡面反射式三種類型，其中，對射式檢測距離遠，可檢測半透明物體的密度（透光度）；反射式的工作距離被限定在光束的交點附近，以避免背景影響；鏡面反射式的反射距離較遠，適宜作遠距離檢測，也可檢測透明或半透明物體。由于我們只是簡單的需要知道電梯上是否有來車，所以采用最簡單的對射式光電開關。它安裝在電梯的正上方。它有棕色，黑色和藍色三根線。棕色接+24V，藍色接地，黑色是信號線。如圖2所示，信號線跟繼電器K1的線圈連接，繼電器K1的常閉端接到單片機的I/O口。起初I/O口為高電平，持續監測是否有來車，當有車來時，線圈失電，I/O口變為低電平。當車輛駛離電梯時，I/O又變為高電平，這樣依次重復。

圖2

圖3

圖4

■2.3 樓層檢測單元電路設計

在系統的樓層檢測裝置中，應用的是FOTEK的接近開關PL-05N。該接近開關裝在每層的電梯井邊上，如圖3所示，在電梯上升或下降到設定控制高度時，繼電器K2吸合，相應層的接近開關動作，自動停止，使車輛到達設定的樓層。為了防止接近開關出現故障失去作用，我們還安裝了超高和超低限位開關，這樣的雙重設計，可以起到雙重保護的作用。

■2.4 電機驅動單元電路設計

我們采用的是兩個小功率直流電機，一個是5V的電機（控制電梯左右轉），一個是24V的電機（控制電梯上下動作），直流電機的控制方法比較簡單，直接連接電源就可實現正反轉。電機驅動單元電路如圖4所示，以上升電機（24V）為例，單片機的兩路控制驅動信號分別通過兩個光耦和兩個繼電器實現電機的正反轉，此接法可以實現電機的互鎖功能。當一路I/O為高時，相應的光耦導通，繼電器吸合，電機正轉電路接通；當另一路I/O為高時，相應的光耦導通，繼電器吸合，電機反轉電路接通。

■2.5 限位開關電路設計

本設計總共三層，11個車位，二三層各4個車位，一層由于有入口所以設計的是3個車位。電梯地板下裝有旋轉電機，為了使車輛準確運達指定的車位，在電梯地板上安裝了4個限位開關。如圖5所示，以限位開關1為例，旋轉電機帶動電梯轉動，當觸發相應車位的限位開關時，限位開關閉合，導通，這樣旋轉電機停止，車輛再駛離電梯，這樣就完成了存車的過程，取車同樣的道理。

圖5

■2.6 車位檢測單元電路設計

在本系統的車位檢測設計中，應用的是11個光電開關，通過光電開關來檢測車位是否為空。原理圖如圖2所示，當車位上有車存放時，光電開關的接收端得不到來自發射端的信號，三極管不能導通，所以單片機接收到的是高電平。同理，當車位為空時，三極管導通，單片機的端口置為低電平，由此可以檢測出車位上是否有車。

3. 控制系統的軟件程序設計

圖6 立體車庫控制系統主程序流程

車庫控制軟件編程主要完成自動存取/取車操作。圖6是立體車庫控制系統主程序流程圖。來車后，先選擇存車或者取車，要停車的話選擇預停車的車位號，然后錄入指紋三次，三次正確后車輛進入電梯，這時電梯上的來車檢車裝置會給單片機反饋信號，說明有車來，這時單片機的I/O口會有高低電平的變化，致使電機動作，車輛到達預選的車位后，由車位檢車裝置給單片機反饋信號，說明車輛已經停好，這時電機再次動作，電梯回到初始位置，這就是一次完整的存車過程，取車原理相同。

■3.1 單片機的程序設計

單片機根據接收到的信號判斷存/取車信號，從而驅動電機，載車機構等動作，進而完成存/ 取車。以四車位的單片機的程序為例：

■3.2 控制系統的人機交互界面設計

為了使車庫系統明了清晰，我們還用VB6.0設計了上微機界面，它通過RS232串口使單片機跟上位PC機互連，利用人機交互界面對車庫運行情況進行監控，如圖7所示，簡單的汽車登記系統，從修改里邊可以選擇預選的車位，然后會提示請錄入指紋，三次指紋吻合則可實現存取車。

4. 結論

本文完成了立體停車場管理及車輛內部檢測系統的設計，實現了指紋識別系統在停車場出入口檢測部分的應用，通過單片機與上位PC機的串行通信［3］，實現了對停車信息的存儲和實時處理。

圖7

＊ ［1］ 孔春梅.單片機控制立體車庫［J］.電子測試，2013（5）.

＊ ［2］ 李玉麗.指紋識別門禁系統在智能小區的研究與應用［D］.吉林：吉林建筑大學，2014：13-98.

＊ ［3］ 李常磊，魏文.基于51單片機的停車場自動控制系統設計［J］.城市建設理論研究，2012（27）.

＊ ［4］ 馬劍南.基于Atmega128單片機的智能停車場管理系統［A］.價值工程，2012，31（21）

＊ ［5］ 蔣巍巍，王妍瑋.基于單片機的停車場智能控制系統設計［A］.林業機械與木工設備，2011，39（7）.

＊ ［6］ 范宜添，張勝美.基于單片機的智能車庫管理系統設計［J］.電子世界，2014（5）.

＊ ［7］ 高懷舉，李楠，宋雪憑等.單片機的選擇和串行通信協議的設計［A］.計算機與網 絡，2008.34（24）.