基于STM32的多適配型地下出入口裝置設(shè)計(jì)

潘鑫怡 林政輝 杜瑞廷 王張駿 張清珠

摘 要：針對停車難的問題，提出一種設(shè)想，設(shè)計(jì)出一款基于STM32多適配型的地下出入口裝置。該裝置通過STM32單片機(jī)驅(qū)動(dòng)并控制玻璃鋼蓋板折疊來實(shí)現(xiàn)狹小空間內(nèi)的翻轉(zhuǎn)折疊，將汽車安全穩(wěn)定地送入地下車庫，以自動(dòng)化信息技術(shù)模擬停車過程，以綜合信息算法計(jì)算玻璃鋼蓋板所能達(dá)到的具體承重，并尋找最優(yōu)的翻折角度。所選用的玻璃鋼蓋板具有良好的采光和密封性能，可配合多種地下車庫在不同寬度道路上的建造，且占地面積小，防水效果較佳。該裝置能合理的利用空間資源，通過對地下出入口進(jìn)行改造，能有效提升出入口進(jìn)出的便捷度，緩解地面交通的壓力，同時(shí)也能夠優(yōu)化整體的環(huán)境。

關(guān)鍵詞：地下車庫;出入口裝置;多適配

1 緒論

隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，“停車之痛”已成為城市通病，因停車問題引發(fā)的糾紛屢見不鮮[1]。無論在北上廣等超大型城市，還是山東、河南等中小型城市，甚至人口只有十幾萬、幾萬的縣城和鄉(xiāng)鎮(zhèn)，都深受停車難的困擾。基于車輛數(shù)量的增多和我國地面上停車面積有限，所以出現(xiàn)了車輛私自占據(jù)人行道、公路中央或兩旁停車的問題，導(dǎo)致城市道路堵塞、行人難走和交通難以管制。目前，我國一些街道寬度有限，原本擁堵的街道根本無法建設(shè)連接地上道路和地下車庫的出入口，使得地下車庫的建設(shè)很難實(shí)現(xiàn)，而且現(xiàn)在已有的一些簡陋的地下車庫采光性較差，易積水，造成內(nèi)澇[2]。一些研究者也提出采用立體式車庫的模式去解決問題，但此類車庫上下車輛駛?cè)腭偝鲂枰徛纳迪到y(tǒng)運(yùn)行，運(yùn)行速度慢且升降受力不均，易出現(xiàn)卡殼，經(jīng)常引發(fā)嚴(yán)重的立體式車庫坍塌事件。如圖1所示。

因此本文設(shè)計(jì)一款占地面積小的出入裝置，用來連接地下車庫，以配合不同寬度街道使用，從而解決停車難問題，同時(shí)也響應(yīng)了“綠色交通、健康交通”的發(fā)展理念。

2 設(shè)計(jì)原則

（1）符合車庫的實(shí)際用途。地下車庫的出入口首先需要滿足人們停車入庫、用車出庫的基本需要，同時(shí)也要保障停車時(shí)車輛的安全，才可以在其基礎(chǔ)上發(fā)展其獨(dú)特的性能。

（2）滿足整體布局規(guī)劃。建筑工程是一個(gè)整體，地下車庫的出入口也是工程的一部分，在設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮整個(gè)建筑的布局規(guī)劃和承重需求。因此，在出入口的設(shè)計(jì)中應(yīng)該具有科學(xué)的經(jīng)濟(jì)規(guī)劃意識(shí)，力求降低成本，做到安全條件下的利益最大化。

（3）節(jié)約能源。照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)是符合當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展主題，在各種資源日益匱乏的今天，任何產(chǎn)品和建筑的設(shè)計(jì)都必須考慮其資源利用效率。

3 設(shè)計(jì)內(nèi)容

3.1 工作原理

該地下出入口裝置工作原理如如圖2所示。通過電機(jī)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，絲桿帶動(dòng)上面的螺母滑塊移動(dòng)，兩絲桿之間有鋼化玻璃，中間有軸穿過螺母滑塊和鋼化玻璃，從而使鋼化玻璃翻轉(zhuǎn)，鋼化玻璃打開，汽車可以從兩絲桿之間開入地下車庫。

3.2 結(jié)構(gòu)組成

地下出入口裝置由機(jī)械結(jié)構(gòu)部分和控制檢測部分兩部分構(gòu)成，如圖3所示，其中機(jī)械結(jié)構(gòu)部分分為動(dòng)力組件、傳動(dòng)組件、執(zhí)行組件、輔助功能組件。本裝置以自動(dòng)化信息技術(shù)模擬停車過程，以綜合信息算法計(jì)算玻璃鋼蓋板所能達(dá)到的具體承重并尋找最優(yōu)的翻折角度和最小占地面積。

（1）動(dòng)力組件。由兩臺(tái)電機(jī)組成動(dòng)力源，通過兩臺(tái)電機(jī)的同向轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)兩排絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，繼而絲桿上的螺母滑塊開始做直線運(yùn)動(dòng)。該組件可實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的輸出。（2）傳動(dòng)組件。螺母滑塊的直線運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)其上的支撐塊前后移動(dòng)，支撐塊內(nèi)裝有軸承，傳動(dòng)軸由軸承支撐，沿著絲桿直線運(yùn)行，可以帶動(dòng)執(zhí)行組件的運(yùn)動(dòng)。該組件實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳遞。（3）執(zhí)行組件。由單列數(shù)塊鋼化玻璃組成，鋼化玻璃之間的一側(cè)通過合頁鉸鏈連接，另一側(cè)通過軸連接。鋼化玻璃則由上下兩塊厚度不等的鋼化玻璃組成，內(nèi)夾有機(jī)加工件負(fù)責(zé)鋼化玻璃上下的支撐、固定，同時(shí)部分機(jī)加工件內(nèi)安裝有軸承，用于支撐傳動(dòng)軸，帶動(dòng)鋼化玻璃的翻轉(zhuǎn)。初始狀態(tài)時(shí)鋼化玻璃與水平面呈0度夾角，此時(shí)停車出入裝置處于關(guān)閉狀態(tài)，裝置上方可供行人或小轎車通過，方便地上交通;當(dāng)電機(jī)輸出軸旋轉(zhuǎn)經(jīng)過傳動(dòng)組件使鋼化玻璃與水平面從0度角逐漸增大時(shí)，鋼化玻璃平穩(wěn)地折疊，停車出入裝置慢慢開啟，需停車車輛（已停車輛）可通過該裝置進(jìn)入（駛出）地下車庫，且裝置上方此時(shí)暫時(shí)不可通過行人或車輛。該執(zhí)行組件實(shí)現(xiàn)了地下出入口裝置的開啟和關(guān)閉。（4）控制檢測部分。該部分主要為該裝置的安全及地上行人等的安全所設(shè)計(jì)，當(dāng)裝置損壞或無故開啟或關(guān)閉時(shí)，裝置開啟臨時(shí)制動(dòng)系統(tǒng)，裝置停止運(yùn)行，并發(fā)出警報(bào)，通知盡快搶修裝置。

本裝置采用STM32嵌入式單片機(jī)進(jìn)行控制。裝置在地面上及地下停車通道內(nèi)均裝好控制按鍵。需停車輛的司機(jī)伸出手來觸碰裝置的控制按鍵，按鍵按下發(fā)出指令時(shí)，警笛提示裝置是否運(yùn)行：超聲波傳感器檢測地上或地下行人、車輛離本裝置的距離，若距離過近，按鍵發(fā)出的指令經(jīng)單片機(jī)處理延遲裝置的運(yùn)行，確保行人、車輛的安全;若距離較遠(yuǎn)，則裝置可直接開啟。同時(shí)裝有溫度傳感器，以防發(fā)生火災(zāi)。

4 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 電機(jī)的選擇

利用電機(jī)帶動(dòng)絲桿旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而使螺母塊移動(dòng)，推動(dòng)玻璃鋼板的旋轉(zhuǎn)打開車庫大門，這里面的螺母塊推力、玻璃鋼板的摩擦力等是該項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)問題，選擇合適的電機(jī)和軸承是該關(guān)鍵技術(shù)的保障。

4.2 選材關(guān)鍵

玻璃鋼蓋板所采用的玻璃鋼具有很好的抗壓、抗彎曲性能，同時(shí)玻璃鋼蓋板具有良好的采光性能和密封性能。而且玻璃鋼經(jīng)濟(jì)、耐用、絕緣、成本低、適配性強(qiáng)，可以順利的完成鋼化玻璃與支板之間的連接，各支板之間采用鉸接連接，所以使得支板與支板間可以翻轉(zhuǎn)堆合，隨后推動(dòng)使之移位，最終才能順利開啟玻璃鋼蓋板。

4.3 玻璃鋼蓋板之間的連接方式

該裝置在閉合時(shí)會(huì)有車輛從其上面通過，因此需要合理設(shè)計(jì)蓋板面積大小、蓋板與蓋板間的連接方式以及蓋板的厚度，因此保障裝置的承受能力是關(guān)鍵問題之一。一般寬度不超過2m，長度不超過4m，高度為20mm。

4.4 控制檢測部分的設(shè)計(jì)

由按鍵和傳感器感受信號，通過按按鍵，將電信號傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)分析并處理信號，控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)裝置的運(yùn)行。傳感器檢測信號，轉(zhuǎn)化成電信號傳輸給單片機(jī)，經(jīng)過單片機(jī)分析是否需要采取電機(jī)制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)裝置的急停制動(dòng)功能并報(bào)警。

5 系統(tǒng)模塊規(guī)劃

本出入裝置設(shè)想將運(yùn)用于兩種系統(tǒng)當(dāng)中：第一種是道路停車系統(tǒng)，該部分是為汽車在外需要公共區(qū)域提車的服務(wù)，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要解決城市繁華地帶較狹窄的主干道路、商場、廣場、菜市場等區(qū)域的公共停車問題。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)避免了城市繁華區(qū)域非機(jī)動(dòng)車和機(jī)動(dòng)車輛互搶地上車位、車輛無處停車的問題，實(shí)現(xiàn)了車輛外出有車位可停的目標(biāo)。第二種是小區(qū)停車系統(tǒng)，該部分是為現(xiàn)代型小區(qū)車輛停車及暫時(shí)停車的服務(wù)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，主要解決小區(qū)車輛臨時(shí)停車、長時(shí)間停車以及小區(qū)道路舒暢美觀的問題。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為小區(qū)爭取了一定的空間來設(shè)計(jì)綠化植被，使小區(qū)更加美觀、整潔，方便臨時(shí)車輛和內(nèi)部車輛的停放，同時(shí)集中加強(qiáng)了小區(qū)大門的安保力量。

6 結(jié)論

隨著人們生活水平的日益提高，城市經(jīng)濟(jì)在快速發(fā)展，城市人口密度與交通工具有連續(xù)增長的趨勢。私家車數(shù)量越來越龐大，而停車位數(shù)量有限，因此本項(xiàng)目提出的設(shè)想具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。后期可以通過調(diào)查汽車從地面駛?cè)氩煌牡叵萝噹旒榜偝龅孛娴娜^程，并將其過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，為本項(xiàng)目的實(shí)施提供了相關(guān)數(shù)據(jù)，從而對本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王躍.城市停車難問題的解決思路[J].城市道橋與防洪，2007，（08）：25-27+202.

[2]劉琦，提姍姍，盧乾.地下車庫天然采光優(yōu)化設(shè)計(jì)策略研究[J].節(jié)能技術(shù)，2017，35（02）：162-166.