基于互聯(lián)網(wǎng)的立體光伏單車車庫平臺設(shè)計

陳祥秋 耿明宏 陳鑫

摘 要：近些年來，共享單車、共享電單車逐漸風(fēng)靡。針對校園、社區(qū)、工業(yè)園區(qū)等用車頻繁的地區(qū)容易出現(xiàn)共享單車、電單車亂停亂放和難以維護(hù)的問題，開發(fā)了一種立體光伏自行車、電單車車庫平臺。本文將從該立體車庫的App開發(fā)使用和平臺搭建做設(shè)計與研究，突出立體車庫的客戶端使用和后臺控制的可行性，來解決該立體車庫的使用和控制。

關(guān)鍵詞：立體自行車庫;互聯(lián)網(wǎng);App功能設(shè)計;PLC控制設(shè)計

1. 引言

近些年來，共享單車因其隨用隨取和停車方便的理念便利了公眾的出行，解決了城市最后一公里的問題，受到了廣泛的歡迎[1]。但正因其便利性也產(chǎn)生了以無序停放為代表的問題，尤其是在小區(qū)門口和校園內(nèi)，矛盾現(xiàn)象非常突出。同樣，近些年來共享電動車也逐漸風(fēng)靡起來，亂停亂放和電動車充電給共享單車維護(hù)工作者們帶來不小麻煩。因此，結(jié)合兩大難點，為有效解決此類問題，一種基于互聯(lián)網(wǎng)的立體光伏共享單車、電單車車庫應(yīng)運而生。本文通過介紹該車庫的平臺設(shè)計與研究，為該平臺進(jìn)一步改進(jìn)提供理論基礎(chǔ)和設(shè)計方案。

2.立體光伏共享單車車庫的介紹

2.1立體光伏車庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計

立體車庫以鋁合金結(jié)構(gòu)框架為主體，采用槽輪機(jī)構(gòu)，通過電機(jī)實現(xiàn)對多個單車箱體的旋轉(zhuǎn)，節(jié)約空間，運行簡單實用。且在車庫背面增添了一個電氣控制柜，內(nèi)有PLC控制器，它采用一種可編程的存儲器，它采用一種可編程的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制該立體車庫的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)存車箱體的切換[2]。存車箱體采用模塊化設(shè)計，可實現(xiàn)對車輛的批量回收與維護(hù)。

2.2立體光伏自行車庫的平臺介紹

為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，我們首先對此App和使用平臺的實現(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)建模。該系統(tǒng)是由用戶客戶端、本地服務(wù)器、本地控制器（PLC）和執(zhí)行器組成。整個與預(yù)期功能的實現(xiàn)涉及很多領(lǐng)域的開發(fā)，首先是執(zhí)行器部分的自動控制設(shè)計，該部分增加了維護(hù)人員人工操作，防止因為服務(wù)器故障或網(wǎng)絡(luò)原因?qū)е聼o法進(jìn)行操作。其次就是該系統(tǒng)的App搭建和服務(wù)器的搭建，該部分主要為用戶端提供服務(wù)，使用戶可通過操作簡單的手機(jī)App將數(shù)據(jù)傳輸至服務(wù)器，再由服務(wù)器配置IP地址訪問到PLC進(jìn)行操作（如圖一）

2.3立體光伏自行車車庫的App設(shè)計基本功能介紹

為完善立體自行車車庫的使用，設(shè)計一款基于互聯(lián)網(wǎng)的用戶端操作App，使得用戶能通過掃描立體車庫上的二維碼實現(xiàn)對車輛的存取，并且能在App中的地圖上找到有空車位的立體自行車庫。該App設(shè)有客戶登錄頁面，客戶登陸后可實現(xiàn)對立體自行車庫的操作和使用（如圖二）。

操作流程：用戶通過短信或賬號密碼登錄App后登錄到軟件中，再通過地圖上的立體自行車庫點或直接掃描立體自行車庫立柱上的二維碼，掃描后到達(dá)最后一個界面，選擇一件存車或一鍵取車。操作結(jié)束

用戶通過操作App，App將數(shù)據(jù)通過TCP/IP協(xié)議傳輸至服務(wù)器，統(tǒng)一由服務(wù)器處理。用戶完成操作后由服務(wù)器回傳數(shù)據(jù)至用戶。絕大部分操作無須用戶操作，極大的方便車主，同樣安全性也能得到極大地提高。

工業(yè)4.0的浪潮下，各行各業(yè)都在思考著如何進(jìn)行信息化及智能化。隨著本地通信控制的局限性，遠(yuǎn)程控制聯(lián)網(wǎng)通信，采用有線和無線的方式慢慢地進(jìn)入主流。以太網(wǎng)口通信和無線網(wǎng)絡(luò)通信慢慢地在PLC遠(yuǎn)程控制取代了原有的本地串口或總線方式控制。

立體光伏自行車車庫的執(zhí)行端需要有一個穩(wěn)定的控制器進(jìn)行控制，并且控制器是支持串口和網(wǎng)口的設(shè)備，該立體自行車庫采用支持網(wǎng)口的PLC控制器進(jìn)行控制，且需要一臺PLC遠(yuǎn)程控制模塊。PLC遠(yuǎn)程控制模塊傳輸要求非常穩(wěn)定，持續(xù)工作丟包率為0，可以7×24小時長時間工作。

PLC端通信方式采用RS485接口上接一個串口轉(zhuǎn)遠(yuǎn)程控制模塊，該模塊可支持4G遠(yuǎn)程控制、Wi-Fi遠(yuǎn)程控制、手機(jī)熱點遠(yuǎn)程控制、以太網(wǎng)遠(yuǎn)程控制、還支持USB遠(yuǎn)程下載程序。該模塊連接到服務(wù)器或公網(wǎng)IP，服務(wù)器直接向設(shè)備端發(fā)送modbus指令控制PLC端口，初步實現(xiàn)了對PLC的遠(yuǎn)程控制，實現(xiàn)對立體車庫的轉(zhuǎn)換操作[3]（如圖三）。

解決好PLC與服務(wù)器的通訊后，用戶即可通過手機(jī)App操作將信號傳輸至服務(wù)器后，再由服務(wù)器編譯后配置到相應(yīng)的立體自行車庫的PLC中，由PLC控制立體車庫的轉(zhuǎn)動和圍欄的打開，使得用戶可以在存車廂里還車或取車。

同樣，為保證用戶的安全，立體自行車庫本地PLC還配備的有多組紅外傳感器和距離傳感器，當(dāng)有人侵入立體車庫時，控制器將停止轉(zhuǎn)動，以防傷人。本地傳感器控制的優(yōu)先級要大于任何控制。

3.總結(jié)

針對目前共享自行車數(shù)量的增長，有序停車問題迫在眉睫。目前市場上的立體自行車庫較少，且功能簡單，并未實現(xiàn)與現(xiàn)階段互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，且形式單一停車麻煩。通過一種與互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0結(jié)合的一種立體自行車庫可實現(xiàn)對現(xiàn)階段共享單車、電單車突出的矛盾得到基本的解決。本文主要通過介紹用戶端App和立體車庫的控制，研究了這種方案的可信性。但由于該系統(tǒng)基于互聯(lián)網(wǎng)，可能存在信號或網(wǎng)絡(luò)問題影響客戶的使用，考慮到使用了一種多輸入類型的遠(yuǎn)程控制模塊，在網(wǎng)絡(luò)條件不好的地方可采用網(wǎng)線接入，但無形中也增加了成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋永飛，吳彬.共享單車與城市管理的耦合與發(fā)展分析[J].生產(chǎn)力研究，2018（01）：93-96+161.

[2]童占榮.機(jī)械停車庫控制系統(tǒng)設(shè)計探討[J].建筑機(jī)械，2007（19）：79-82.

[3]劉宇程.多層垂直提升式立體車庫及控制系統(tǒng)設(shè)計[J].電子世界，2019（14）：114-117.

作者簡介：

1.陳祥秋，湖北隨州人，本科，武漢商學(xué)院機(jī)器人工程專業(yè);主要研究方向：非標(biāo)自動化控制設(shè)計。

2.耿明宏，湖北黃石人，本科，武漢商學(xué)院機(jī)器人工程專業(yè);主要研究方向：非標(biāo)自動化機(jī)械設(shè)計。

[通訊作者] 陳鑫（1988-），男，湖北武漢人，碩士，武漢商學(xué)院教師，工程師;主要研究方向：工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)仿真，視覺識別。

[項目支持]：武漢商學(xué)院2020年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃（項目編號：202011654069 ）——校內(nèi)多用途光伏立體共享單車/電單車庫

（武漢商學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 ?湖北 ?武漢 ?430056）