基于單片機(jī)的自動(dòng)化立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

盧傳榮

【摘 要】本設(shè)計(jì)綜合考慮各種因素，選擇摩天輪式立體車庫作為研究對(duì)象，以單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的處理器，以步進(jìn)電機(jī)作為立體車庫的動(dòng)力源，設(shè)計(jì)并制作了一個(gè)立體車庫模型。

【關(guān)鍵詞】立體車庫；摩天輪式；步進(jìn)電機(jī)；單片機(jī)

【Abstract】Comprehensive consideration of various factors of the design， select wheel type parking study， based on the single chip processor control system， stepper motor as a power source of parking， a garage model is designed and produced.

【Key words】Stereo garage； Ferris wheel； Stepping Motor； Single-chip microcomputer

0 前言

由于國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)，我國的汽車數(shù)量快速增加，越來越多的汽車走入普通百姓的家中，而經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)較好的家庭甚至有兩輛甚至更多。而與之相對(duì)應(yīng)的是城市停車設(shè)施的發(fā)展相對(duì)緩慢，車多而停車位少的問題一天比一天嚴(yán)重。

車輛增長快、泊車位不足而形成的供需矛盾除了會(huì)導(dǎo)致交通擁堵，讓城市交通秩序變得混亂，還會(huì)降低城市的運(yùn)行效率，成為城市發(fā)展的絆腳石。因此，解決停車難的問題刻不容緩，而要解決這個(gè)問題，最好的方法是加快立體車庫的建設(shè)。立體車庫是借助機(jī)械或者機(jī)械設(shè)備來達(dá)到最大量存取和儲(chǔ)放車輛的一種存放車輛的設(shè)施，它是緩解停車難問題和解決城市土地使用緊張的一個(gè)有效方法。因?yàn)樗坏加猛恋孛娣e小，而且可以實(shí)現(xiàn)空間的最優(yōu)利用，使用起來安全便利，同時(shí)可以有效緩解城市交通車輛的流通緩慢的問題。但是考慮經(jīng)濟(jì)問題，如果一臺(tái)家用的立體車庫也使用一臺(tái)PLC作為車庫的控制核心 ，顯然很不劃算。但要是使用單片機(jī)代替 PLC作為自動(dòng)化立體車庫的處理器，不但能大大地減少投入的資金，而且 也可以達(dá)到和PLC產(chǎn)品同樣的控制效果。更重要的是，在此基礎(chǔ)上并沒有失去安全保護(hù)和故障診斷等功能，具有和 PLC控制一樣的穩(wěn)定、可靠。

1 立體車庫控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 立體車庫控制系統(tǒng)的原理

本設(shè)計(jì)是基于STC89C52單片機(jī)的摩天輪式立體車庫控制系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)由51單片機(jī)系統(tǒng)、12864顯示屏、矩陣鍵盤、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)和摩天輪立體車庫機(jī)械模型組成。當(dāng)用戶要存車時(shí)，首先通過系統(tǒng)的顯示屏知道立體車庫哪些車位是空的，然后選擇要停車的車位，按下車位號(hào)對(duì)應(yīng)的按鍵，最后按下存車確認(rèn)按鈕，單片機(jī)判斷執(zhí)行程序，選擇最優(yōu)路徑讓摩天輪把用戶選擇的空車位旋轉(zhuǎn)到車庫入口處，車輛入庫后即完成存車操作。當(dāng)用戶要取車時(shí)，在鍵盤上按下自己車輛所停的車位號(hào)，最后按下取車確認(rèn)按鈕，單片機(jī)判斷執(zhí)行程序，選擇最優(yōu)路徑讓摩天輪把用戶車輛旋轉(zhuǎn)到車庫出口處，完成取車操作。

1.2 立體車庫的模型設(shè)計(jì)

摩天輪式立體車庫的模型設(shè)計(jì)是使用三維繪圖軟件SolidWorks2014完成的，SolidWorks不但功能強(qiáng)大、齊全，而且人機(jī)交互面簡單，簡單易用。摩天輪式立體車庫模型是由車筐、轉(zhuǎn)盤、支架、主軸和軸承組成的。繪圖時(shí)分別繪制摩天輪各個(gè)部分的零件圖，然后把各個(gè)零件圖裝配起來，其整體模型效果如圖1所示：

1.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

自動(dòng)化立體車庫的控制核心是STC89C52單片機(jī)。為了簡化外部接口電路，本次選用單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)加上12864顯示模塊和矩陣鍵盤。在單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加上單片機(jī)燒錄接口，方便單片機(jī)程序的下載。并且要把I/O口引出，以供使用。當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中發(fā)生故障時(shí)，如果要讓單片機(jī)重新正常工作，讓其內(nèi)部的程序從頭開始執(zhí)行，可以通過按下單片機(jī)的復(fù)位按鈕來實(shí)現(xiàn)。復(fù)位電路中的電容C3大小一般在10uF～30uF之間，它接影響了單片機(jī)的復(fù)位時(shí)間，要想讓單片機(jī)的復(fù)位時(shí)間短，這個(gè)電容就要盡可能的大。單片機(jī)的晶振影響著單片機(jī)的處理速度，所以Y2一般采用11.0592MHz。

1.4 28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方法

28BYJ-48是4相永磁式減速步進(jìn)電機(jī)，它在直流5V到直流12V之間可以正常地工作。步進(jìn)電機(jī)28BYJ-48常用的驅(qū)動(dòng)模塊有L298N和ULN2003。

單片機(jī)的輸出電流不足以帶動(dòng)步進(jìn)電機(jī)正常工作，而且單片機(jī)的I/O口輸出的是數(shù)字信號(hào)。要讓步進(jìn)電機(jī)正常工作需要在單片機(jī)和電機(jī)之間搭一個(gè)橋梁，而這個(gè)橋梁就是步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器。有了這個(gè)橋梁就可以用單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)芯片，單片機(jī)的輸出信號(hào)經(jīng)過驅(qū)動(dòng)器放大后再發(fā)送到對(duì)應(yīng)的電機(jī)接口，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作。

ULN2003驅(qū)動(dòng)模塊具有放大信號(hào)的作用，可以把單片機(jī)輸出的TTL信號(hào)放大到能夠讓電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的電流強(qiáng)度。所以使用ULN2003驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，不僅電路簡單，而且使用方便。而L298N是一種高電壓、大電流雙H橋功率的集成電路，它有更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，而為具有過電流保護(hù)，當(dāng)電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，它可以保護(hù)電路和電機(jī)。除此之外，L298N使用兩抑制輸入來消除干擾，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。L298N常用來驅(qū)動(dòng)各種各樣的感性負(fù)載。

通過綜合比較ULN2003模塊和L298N模塊，本設(shè)計(jì)采用L298N作為28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器。

2 立體車庫控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 控制系統(tǒng)的主程序功能及流程圖

摩天輪式立體車的控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制、矩陣鍵盤的按鍵掃描和12864液晶屏顯示。整個(gè)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)功能：

1）程序的初始化；

2）立體車庫狀態(tài)的顯示；

3）讀取存取車的指令；

4）調(diào)用存取車的程序；

5）給步進(jìn)電機(jī)相應(yīng)的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)存取車。

主程序流程圖如圖2所示。

2.2 最優(yōu)存取車的實(shí)現(xiàn)

最優(yōu)存取車就是要存取車所花費(fèi)的時(shí)間最短。本設(shè)計(jì)研究的是摩天輪立式體車庫，摩天輪一圈共有八個(gè)車位。摩天式立體車庫可以順時(shí)針旋轉(zhuǎn)和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，為了增加用戶體驗(yàn)，給用戶自己根據(jù)當(dāng)前的空車位的情況選擇自己喜歡的停車位。所以本設(shè)計(jì)最優(yōu)存取車的實(shí)現(xiàn)是基于用戶選擇的車位號(hào)，而不是由系統(tǒng)自行判斷最優(yōu)車位，然后讓用戶把車輛停在最優(yōu)車位上。當(dāng)用戶需要存車時(shí)，從控制面板的鍵盤上按下自己要停的空車位號(hào)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)判斷你按下車位號(hào)的在摩天輪式立體車庫的那個(gè)位置，然后根據(jù)你按下的車位的位置驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)還是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，以達(dá)到用最短的時(shí)間把相應(yīng)的車位轉(zhuǎn)到存車入口處。同理，取車時(shí)也是根據(jù)用戶按下的車位號(hào)判斷相應(yīng)的車位所在的位置，然后判斷摩天輪立體車庫順時(shí)針旋轉(zhuǎn)還是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)才是最優(yōu)，然后對(duì)步進(jìn)電機(jī)作出相應(yīng)的控制。

3 結(jié)束語

本文從車輛多而停車位少的實(shí)際問題出發(fā)，綜合考慮經(jīng)濟(jì)投入、占地大小、美觀等因素，設(shè)計(jì)出一種基于單片機(jī)的摩天輪式的自動(dòng)化立體車庫控制系統(tǒng)。摩天輪式立體車庫不僅可以停放車輛，而且可以作為城市景觀供人們欣賞，增加城市的文化氛圍，可謂一物兩用。

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[責(zé)任編輯：王偉平]