基于LPC1788立體車庫控制器設計

劉鐵勇 赫劉勤

（河南工業大學，鄭州 450001）

基于LPC1788立體車庫控制器設計

劉鐵勇 赫劉勤

（河南工業大學，鄭州 450001）

智能化立體車庫是解決現代城市交通堵塞和停車難問題的重要途徑之一。本文以升降橫移立體車庫為主要研究對象，介紹了一種基于恩智浦Cortex-M3內核的LPC1788，利用emWin技術開發的7寸觸摸屏的立體車庫主控制器，通過CAN-bus總線與各車位控制單元通信，實現對升降橫移類立體車庫人機交互界面的控制，同時能夠通過SD卡和USB接口下載、更新程序，實現數據交互。

LPC1788；立體車庫；控制器

近年來，我國汽車工業不斷發展，汽車價格逐漸下降，而我國城鎮人口數量的巨增和經濟的發展，導致城市汽車保有量急劇增長。由于機動車90%以上的時間處于停泊狀態，城市中心、住宅小區、停車場內停車難已成為現實問題。立體車庫因占地面積少，采取多層結構存放，能較好地解決停車難的局面。盡管20世紀90年代末立體車庫在我國的應用尚處于起步階段，但隨著市場上對大規模存車庫需求的出現，進入2000年后，機械立體車庫開始快步進入房地產配套市場，在國內升降橫移類立體停車設備占據了80%以上的市場份額。

本設計使用微控制器（MCU）通過 CAN-bus總線實現對升降橫移立體車庫的實現，解決立體車庫中檢測、控制、引導、安全等關鍵問題，實現車位移動最優控制、停車場資源實時管理，提高車庫存取車效率，降低能耗。使人、車、路之間的相互作用關系以新的方式呈現，實現實時、準確、高效、安全、節能的目標。與現有的立體車庫的產品中的PLC控制器比較，微控制器在顯示、故障處理、接口、可靠性和先進性等方面占有很大優勢，具體見表1。

1 智能立體車庫系統整體結構

圖1為地下兩層地上3層的升降橫移類的立體車庫，該類型的車庫主要通過使用行程開關實現對車盤位置的確定，根據每個車盤可能存在的狀態確定車位信息，其中每個車盤將自己的行程開關的狀態通過CAN-bus總線將狀態發送到主控器，主控制器通過邏輯算法的推算實現對車盤位置的確認，使用CAN-bus總線通信控制個車盤的升降橫移電機實現對車盤的移動，將目標車盤移動到地面層，實現自動取車的目的。

圖1地下車盤只具有升降功能，地面層的車盤只具有橫移功能，地上中間層具有升降和橫移功能，頂層只具有升降功能，根據每個車盤的功能。車盤具有行程開關，確定狀態。其中橫移分為左到位和右到位，升降分為上到位和下到位，同時每個車盤具有極限保護、電機繼電器粘連保護、電機相序保護、熱保護、超長光電的人機保護等，具有很高的安全性。

表1 制器系統與PLC控制系統的比較

圖1 升降橫移類車庫系統結構圖

2 系統硬件設計

2.1 系統硬件總體設計

本設計采用LPC1788控制器，使用RS-232串口和CAN-bus作為數據采集的通道，進行數據的交換。如圖2所示，使用控制器的LCD接口擴展7寸液晶屏作為人機交互的顯示界面，通過控制器的EMC擴展SDRAM作為液晶屏的數據緩存區。通過觸摸屏實現人機交互的輸入設備。在數據存儲方面，本設計使用 SPI-Flash實現數據的備份實現數據的掉電功能，同時系統支持SD卡和U盤的在線升級功能。

2.2 各模塊設計與分析

控制器系統電路設計包括時鐘電路、復位電路、JTAG接口電路和ISP接口電路。系統采用有源晶振提供控制器LPC1788的工作時鐘，振蕩頻率為12MHz，輸入到MCU的XTAL1引腳，可通過內部PLL調整到較高的頻率（CPU最高操作時鐘為120MHz）。復位電路使用CAT811STBI可以監控電源電壓，在使用按鍵的阻容復位的端口接入ESD防止手動復位的靜電?？刂破髟谑褂脮r，容易出現對內存的非法操作出現程序跑飛或鎖死，需要使用ISP進行數據擦出，并加外部上拉電阻。

圖2 硬件設計框圖

圖3 輸入電源的處理

電源電路設計使用24V供電，且液晶、USB、串口需要5V供電，控制器及其他接口電路為3.3V供電，如圖3所示。由于供電設備不固定，供電設備的穩定性、可靠性不清楚，所以該電路包含具有過流、過壓、反相等保護，同時還具有濾除電源中高頻干擾和引入電源的共模干擾的前級處理和后續的降壓處理。為了防止模擬地和數字地的相互干擾，使用磁珠進行隔離處理，并在控制器的VBAT的輸入管腳使用ESD器件消除電池的影響，使系統能夠更加穩定的運行。

控制器LPC1788具有SDIO接口，可以方便快速的實現數據的寫入及讀寫功能，如圖4所示。SD卡數據接口中接入ESD器件PESD5V0L6UAS防止靜電對芯片的傷害和干擾，同時 SD卡座外殼要接大地保護，以便能夠快速的泄放靜電。

圖4 SD卡接口電路

LPC1788支持USB主機接口和USB2.0協議，使用USBHost接口電路，可以方便快速開發U盤的數據拷貝及程序升級功能。由于USB功率較大，本設計使用具有較寬的供電電壓和較快的轉換速度的SP2526芯片作電源轉換開關為USB供電。為了防止USB拔插時靜電將I/O口燒毀，ESD選用5V的PESD5V2S2UT。

觸摸屏電路設計的輸入設備選擇使用四線的觸摸屏，主要實現對系統的輸入控制，如圖5所示。濾除部分抖動在線路中接入電容濾波，該濾波電容也觸摸屏的內阻（幾十千歐左右）形成了低通濾波器。觸摸屏芯片TSC2046的AD轉化頻率決定了頻帶的寬度，同時需要再加入ESD器件來吸收靜電。

圖5 觸摸屏電路

3 系統軟件設計

3.1 系統軟件分層設計

本章主要涉及整個軟件框架以及細節的設計，本系統軟件主要分為3個層次：MCU底層、中間層、上層應用程序層；圖6為系統的層次結構，其中MCU底層主要包含底層接口程序，主要有LCD底層接口程序、SDRAM接口程序、串口底層程序，CAN-bus底層程序，USB-host底層程序等，中間層主要包含FATfs、μC/OS-II、emWin軟件包，中間層的主要是一些移植程序，通過中間層程序移植，使上層應用程序與 MCU底層接口之間的耦合降低，方便系統移植。上層應用程序可以進行應用程序的編寫，這部分的編寫可以做到基本脫離底層。

圖6 系統分層結構

應用程序主要分為前后臺任務、桌面任務。后臺任務主要指程序一直處于運行狀態的任務，桌面任務指的是在系統選擇使用觸發前臺的選擇使用，前臺任務是決定了當前顯示界面運行的任務。

3.2 升降橫移車庫算法實現

圖7為升降橫移類車位信息，通過移動地面層和地上一層的空位車盤實現出車操作，為了統一設計將不通層的車進行了統一的編號，命名規則主要是使用四位，第一位為1代表地上、2地下一層、3代表地下二層；第二位為區分地上車位使用，1代表地上一層、2代表地上二層、3代表地上三層；第三位做備用為使用，目前無作用；第四位代表當前的列數，最多支持9列。

在車盤的動態顯示過程中，使用emWin中的按鈕API函數實現對車盤的顯示，同時支持觸屏取車操作，當在觸摸屏中按下指定的車時，使用升降橫移算法實現移動該車盤到地面層，在顯示實現算法上使用按鈕進行動態顯示，主要將車位號轉換為按鈕的對應的ID，根據移動不同按鈕實現動態顯示，如圖8所示。

圖7 升降橫移類車庫示意圖

圖8 操作界面

通過觸摸屏獲取要取車的ID，確認該車所在的位置，判斷空位，實現取車。其基本流程如圖9所示。

圖9 取車流程圖

4 結論

本研究采用LPC1788為控制器，升降橫移立體車庫為研究對象，設計了一種智能立體車庫系統。研究結果表明，該系統完全能實現自助存取車功能，并且具有操作簡單、安全性高、功能強、易擴展等優點，最主要的是節省了大量用于建設車庫的土地。與傳統PLC控制器相比較，本設計從根本上解決了成本高，可移植性差，拓展性差等問題，美觀、簡潔的人機交互界面使操作更為簡單方便。車位控制器以常見的電子元器件組成，便于制作以及后續針對特定需求的功能改進。

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Design of the Controller based on LPC1788 for Stereo-garage

Liu Tieyong He Liuqin
（Henan University of Technology，Zhengzhou 450001）

Intelligent three-dimensional garage is one of the important ways which are to solve the problems of the modern urban traffic congestion and parking.Based on the lifting and transferring stereo-garage，this paper introduces a kind of based on LPC1788 of NXP Cortex-M3 kernel，using emWin technology development seven inches touch screen stereo-garage main controller.The study has been achieved the control of 3D garage class human-computer interaction interface through the CAN bus control unit communication with various parking lots，at the same time users can download，update program，implement the data interaction through the SD card and USB interface.

LPC1788； stereo-garage； controller

劉鐵勇（1971-），男，助理實驗師，主要從事車輛的驅動和動力控制方面的科研和教學工作，致力于新能源汽車如混合動力和純電動汽車的研究。