停車場(chǎng)最佳車位顯示系統(tǒng)的方案及設(shè)計(jì)

謝 宇

（溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程系，浙江 溫州 325035）

0 引 言

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車消費(fèi)也快速進(jìn)入普通家庭。相對(duì)而言，城市交通環(huán)境建設(shè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于車輛保有量的增長(zhǎng)，從而導(dǎo)致交通擁擠和停車難問題。造成停車難的原因是多方面的，除車位短缺外，停車規(guī)劃滯后、停車資源配置不均勻、停車管理技術(shù)落后、規(guī)章制度不健全及公民社會(huì)公德意識(shí)淡薄等因素也是重要原因。目前，一般城市中心區(qū)的地面公共停車場(chǎng)車滿為患，進(jìn)出困難，而公共地下停車場(chǎng)、高檔寫字樓的收費(fèi)停車場(chǎng)的利用率則相對(duì)較低。究其原因，則是車主不清楚是否有車位怕麻煩而導(dǎo)致其利用率低。停車場(chǎng)如果能夠在入口處向車主告知停車場(chǎng)是否有空位、空位處于什么位置，那么就可以引導(dǎo)汽車快速進(jìn)入停車場(chǎng)，提高地下停車場(chǎng)利用率，同時(shí)可緩解車主因?qū)ふ臆囄辉斐傻慕煌ǘ氯F(xiàn)象。

目前，停車場(chǎng)停車管理有收費(fèi)和免費(fèi)兩種模式。對(duì)于收費(fèi)系統(tǒng)，已經(jīng)有眾多企業(yè)進(jìn)行了軟件和硬件開發(fā)，技術(shù)比較成熟，但安裝一套系統(tǒng)成本至少需要10萬元以上，顯然成本過高。加強(qiáng)免費(fèi)停車場(chǎng)管理，研發(fā)一套能夠顯示最佳車位的智能停車場(chǎng)控制系統(tǒng)，對(duì)解決停車難、疏導(dǎo)交通具有重要意義。

1 停車場(chǎng)控制系統(tǒng)技術(shù)方案

以16個(gè)停車位、單入口的停車場(chǎng)為例，結(jié)合現(xiàn)有停車場(chǎng)控制系統(tǒng)的不足，對(duì)停車場(chǎng)智能控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，優(yōu)化工作流程，提高停車場(chǎng)運(yùn)行效率，如圖1所示。

圖1 停車場(chǎng)車位導(dǎo)向控制系統(tǒng)

停車場(chǎng)車位由外到里進(jìn)行編號(hào)，從入口處開始編為1號(hào)，向里依次變大，最遠(yuǎn)處為16號(hào)車位，其他形狀的停車場(chǎng)可以按照實(shí)際情況進(jìn)行編號(hào)。停車場(chǎng)入口處設(shè)置車位狀態(tài)顯示及最佳車位顯示（離入口最近的車位號(hào)），方便車主快速停車。門口的道閘根據(jù)車位狀態(tài)和車輛進(jìn)出情況可以自動(dòng)打開或關(guān)閉。停車場(chǎng)控制系統(tǒng)包括系統(tǒng)控制子系統(tǒng)、出入口檢測(cè)及車位狀態(tài)顯示子系統(tǒng)、車位信息采集及最佳車位判斷子系統(tǒng)、最佳車位顯示子系統(tǒng)[1]，如圖2所示。

圖2 停車場(chǎng)控制系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)控制

（1）啟動(dòng)/停止。控制系統(tǒng)的開始和停止。

（2）道閘手動(dòng)開/關(guān)。用于手動(dòng)控制道閘打開和關(guān)閉。

（3）手動(dòng)加。PLC中設(shè)定一個(gè)加減計(jì)數(shù)器用于停車場(chǎng)內(nèi)車輛計(jì)數(shù)，其設(shè)定值為16（該數(shù)據(jù)可以根據(jù)實(shí)際車位數(shù)進(jìn)行修改）。車輛進(jìn)入停車場(chǎng)，則計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)加1；車輛駛出停車場(chǎng)，則計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)減1。系統(tǒng)重新啟動(dòng)后，PLC內(nèi)部計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)清零，此時(shí)停車場(chǎng)內(nèi)若已經(jīng)有車輛，則根據(jù)車輛數(shù)，按下手動(dòng)加按鈕若干次，使得計(jì)數(shù)器內(nèi)數(shù)據(jù)等于實(shí)際車輛數(shù)。

1.2 出入口檢測(cè)及車位狀態(tài)顯示

（1）出入口檢測(cè)。停車場(chǎng)出入口采用紅外探頭1、2檢測(cè)車輛進(jìn)入或駛出情況。若車位滿時(shí)，停車場(chǎng)門口紅燈亮，紅外探頭1檢測(cè)到車輛要進(jìn)入停車場(chǎng)，自動(dòng)門道閘不會(huì)打開；若有空車位時(shí)，停車場(chǎng)門口綠燈亮，紅外探頭1檢測(cè)到車輛要進(jìn)入停車場(chǎng)，PLC控制自動(dòng)門道閘打開，車輛通過自動(dòng)門道閘后，紅外探頭2檢測(cè)到車輛通過，控制自動(dòng)門道閘關(guān)閉，同時(shí)計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)加1，并再次和數(shù)據(jù)16進(jìn)行比較判斷，為下一車輛進(jìn)出提供管理依據(jù)。若車輛從停車場(chǎng)內(nèi)駛出，則紅外探頭2檢測(cè)到車輛通過，PLC控制自動(dòng)門道閘打開，車輛通過自動(dòng)門道閘后，紅外探頭1檢測(cè)到車輛通過，PLC控制自動(dòng)門道閘關(guān)閉，同時(shí)計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)減1。

（2）車位狀態(tài)顯示。PLC根據(jù)計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，若數(shù)據(jù)小于16，則停車場(chǎng)有空位，指示燈顯示綠燈；若數(shù)據(jù)等于16，則停車場(chǎng)車位滿，指示燈顯示紅燈。

1.3 車位信息采集及最佳車位判斷

（1）車位信息采集。在每個(gè)車位中間安裝光電傳感器S△△，其一支管腳接到PLC對(duì)應(yīng)輸入端口，另一支管腳接到PLC輸入COM端口。當(dāng)車輛進(jìn)入時(shí)，對(duì)應(yīng)光電傳感器S△△置位，相應(yīng)輸入端口X△△接通；當(dāng)車輛駛出時(shí)，對(duì)應(yīng)光電傳感器S△△復(fù)位，相應(yīng)輸入端口X△△無信號(hào)輸入，表明該車位空閑。

（2）最佳車位判斷。停車場(chǎng)車位采取“離停車場(chǎng)入口越近，車位編號(hào)越小”的編號(hào)原則。根據(jù)PLC輸入端口的信息，確定各車位狀態(tài)。對(duì)各車位狀態(tài)進(jìn)行比較，確定狀態(tài)為空的并且編號(hào)最小的車位號(hào)碼為最佳車位。

1.4 最佳車位顯示

根據(jù)最佳車位判斷結(jié)果，將該車位號(hào)碼以二進(jìn)制編碼輸出到PLC輸出端口Y0-Y3，并作為單片機(jī)電路的輸入信號(hào)，經(jīng)過處理后通過LED數(shù)碼管顯示在停車場(chǎng)入口處。

2 停車場(chǎng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 輸入信號(hào)和控制信號(hào)采集

控制系統(tǒng)只需要對(duì)16個(gè)車位信號(hào)進(jìn)行采集，所以采用開關(guān)量信號(hào)直接輸入端口的方法。車位信息輸入信號(hào)采集選擇對(duì)射型光電傳感器，其價(jià)格較低廉，可以進(jìn)一步控制成本。因此，根據(jù)車位編號(hào)，分別在16個(gè)車位上安裝光電傳感器，一端與輸入端口相連，另一端與輸入COM端口相連，接線簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。控制信號(hào)采集選擇自鎖按鈕作為總開關(guān)，道閘手動(dòng)開/關(guān)及車輛數(shù)手動(dòng)加屬于點(diǎn)動(dòng)控制，一般選擇不帶自鎖的按鈕。

2.2 輸出信號(hào)顯示模塊處理

輸出信號(hào)顯示模塊采用LED七段數(shù)碼管顯示，其優(yōu)點(diǎn)在于亮度高、顯示清晰，且價(jià)格便宜。輸出信號(hào)顯示有兩種方法：一種是將兩個(gè)七段數(shù)碼管直接接到PLC輸出端口。99個(gè)車位以內(nèi)只占用14個(gè)點(diǎn)。另一種是設(shè)計(jì)一個(gè)外部電路供數(shù)碼管使用，以單片機(jī)與PLC之間的通信顯示數(shù)據(jù)?？紤]到PLC價(jià)格比較昂貴，I/O點(diǎn)數(shù)量有限，因此決定利用單片機(jī)減少使用PLC輸出端口。數(shù)碼管顯示電路如圖3所示。采用單片機(jī)的二進(jìn)制與十六進(jìn)制數(shù)據(jù)變化，就能很好地把16個(gè)數(shù)據(jù)用4個(gè)輸出點(diǎn)來輸出顯示（如數(shù)據(jù)16，可以用二進(jìn)制1111代替，最后利用單片機(jī)程序?qū)?shù)據(jù)16顯示在LED上）。

圖3 數(shù)碼管顯示電路

2.3 PLC選型

通過對(duì)停車場(chǎng)控制系統(tǒng)的分析，共需采集24個(gè)輸入信號(hào)和控制8個(gè)輸出信號(hào)，其控制對(duì)象可以使用直流電源，因此選用三菱FX2N-48MR型PLC，并進(jìn)行系統(tǒng)I/O分配[2]。PLC輸入/輸出端口設(shè)置見表1。

表1 PLC輸入/輸出端口設(shè)置

2.4 系統(tǒng)接線

根據(jù)停車場(chǎng)控制系統(tǒng)要求，PLC工作電壓為220V交流電，可以使用市電電源。另需一個(gè)24V直流電源提供給單片機(jī)與停車場(chǎng)門口信號(hào)燈供電，直接采用PLC內(nèi)置24V直流電源。停車場(chǎng)進(jìn)出口的道閘開/關(guān)通過控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)得以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)接觸器KM1接通，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，控制道閘打開；當(dāng)接觸器KM2接通，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，控制道閘關(guān)閉[3]。根據(jù)以上設(shè)置和PLC的I/O分配，其輸入/輸出端口電氣接線如圖4所示。

圖4 PLC輸入/輸出端口電氣接線

3 停車場(chǎng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)初始化

系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕X20控制主控指令MCN0M100作為整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的總開關(guān)。PLC內(nèi)部利用加減計(jì)數(shù)器C200作為車位計(jì)數(shù)器，當(dāng)M8200為0時(shí)，C200進(jìn)行加計(jì)數(shù)；當(dāng)M8200為1時(shí)，C200進(jìn)行減計(jì)數(shù)。PLC將計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)和設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)C200當(dāng)前值小于16時(shí)，控制Y5接通，停車場(chǎng)門口綠燈亮；當(dāng)C200當(dāng)前值等于16時(shí)，控制Y6接通，停車場(chǎng)門口紅燈亮[4]。

3.2 車輛出入檢測(cè)、自動(dòng)門道閘控制及車位顯示

若計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)小于16，則顯示綠燈，表示車位空，有車輛進(jìn)場(chǎng)（X22有信號(hào)），M110置1（表示車輛進(jìn)場(chǎng)開始），自動(dòng)門道閘打開，開始計(jì)時(shí)20s且車輛通過道閘（X23下降沿觸發(fā)），M111置1（表示車輛進(jìn)場(chǎng)結(jié)束）并將M110復(fù)位，自動(dòng)門道閘閉合，M111復(fù)位。M110置1、Y10動(dòng)作控制計(jì)數(shù)器C200數(shù)據(jù)加1。若計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)等于16，則顯示紅燈，表示車位滿，有車輛進(jìn)場(chǎng)（X22有信號(hào)），自動(dòng)門道閘仍閉合。當(dāng)有車輛駛出時(shí)，X23有信號(hào)輸送至PLC，且M110狀態(tài)為0（表示沒有車輛進(jìn)場(chǎng)），則M112置位（表示車輛出場(chǎng)開始），自動(dòng)門道閘打開，開始計(jì)時(shí)20s且車輛通過自動(dòng)門道閘（X23下降沿觸發(fā)），M113置1（表示車輛出場(chǎng)結(jié)束）并將M112復(fù)位，自動(dòng)門道閘閉合，M113復(fù)位。M112置1、Y10動(dòng)作控制M8200置1，控制計(jì)數(shù)器C200數(shù)據(jù)減1?？紤]到自動(dòng)道閘控制可能會(huì)發(fā)生故障或需要手動(dòng)打開和關(guān)閉道閘，利用自動(dòng)程序會(huì)不方便，為打開和關(guān)閉道閘單獨(dú)設(shè)置對(duì)應(yīng)的手動(dòng)開關(guān)SB5（接X24）和SB6(接X25)。

3.3 車位信息檢測(cè)

當(dāng)有車輛進(jìn)入車位時(shí)，對(duì)應(yīng)光電傳感器S△△置位，相應(yīng)PLC輸入端口X△△置1；當(dāng)有車輛駛出車位時(shí)，對(duì)應(yīng)光電傳感器S△△復(fù)位，相應(yīng)PLC輸入端口X△△復(fù)位為0。

3.4 最佳車位判斷

PLC采集車位信息，對(duì)車位狀態(tài)進(jìn)行比較。當(dāng)全部車位上沒有車輛或1號(hào)車位為空時(shí)，即先判斷X1是否為0，若為0，則1號(hào)車位為最佳車位，PLC將十進(jìn)制數(shù)15輸送至數(shù)據(jù)寄存器D0，D0中保存為1111，將信號(hào)1111輸送至PLC輸出端口Y0-Y3，在數(shù)碼管中顯示1；當(dāng)1號(hào)車位有車輛，2號(hào)車位空閑時(shí)，則無論其他車位有沒有車輛，PLC將十進(jìn)制數(shù)14輸送至數(shù)據(jù)寄存器D0，D0中保存為1110，將信號(hào)1110輸送至PLC輸出端口Y0-Y3，在數(shù)碼管中顯示2；當(dāng)1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)車位都有車輛，4號(hào)車位空閑時(shí)，則無論其他車位有沒有車輛，PLC將十進(jìn)制數(shù)12輸送至數(shù)據(jù)寄存器D0，D0中保存為1100，將信號(hào)1100輸送至PLC輸出端口Y0-Y3，數(shù)碼管中顯示4。其他以此類推，最佳車位判斷程序如圖5所示。

3.5 最佳車位顯示

最佳車位判斷程序已經(jīng)將信號(hào)輸送至PLC輸出端口Y0-Y3，單片機(jī)得到一個(gè)四位二進(jìn)制信號(hào)。若該最佳車位編號(hào)小于10，則將該二進(jìn)制數(shù)直接輸送至個(gè)位進(jìn)行顯示；若該最佳車位編號(hào)大于或等于10，則將該二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成個(gè)位和十位（為1）分別輸送至兩個(gè)七段數(shù)碼管進(jìn)行顯示。

圖5 最佳車位判斷程序

4 結(jié) 論

停車場(chǎng)最佳車位顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝完成后，對(duì)其進(jìn)行調(diào)試和考核。結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)際情況打開或關(guān)閉道閘，正確判斷最佳車位，并將最佳車位號(hào)顯示在停車場(chǎng)門口的顯示屏上，具有操作簡(jiǎn)單、效率高、顯示準(zhǔn)確、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，可以應(yīng)用于免費(fèi)停車場(chǎng)管理，向廣大車主及時(shí)提供停車場(chǎng)最佳車位信息[5]。

[1]謝倩.大型地下停車場(chǎng)智能管理系統(tǒng)探討[J].山西建筑，2010(1):354-365.

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[3]魏小林.PLC技術(shù)項(xiàng)目化教程[M].北京:清華大學(xué)出版社，2010:83-98.

[4]阮友德.PLC、變頻器、觸摸屏綜合應(yīng)用實(shí)訓(xùn)[M].北京:中國電力出版社，2009:40-43.

[5]謝宇.PLC鋁管灌裝封尾機(jī)控制系統(tǒng)的改造[J].溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009（4）:58-60.