智能立體車庫模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

鄭州外國語新楓楊學(xué)校 李昶亮 謝樂天

1 課題背景及意義

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展必將使人民的物質(zhì)文化水平得到提高。當(dāng)今社會(huì)私家車已不再是奢侈品，隨著私家車數(shù)目的劇增，車輛無處停放已成為大中型城市最為突出的問題。普通的單層停車場(chǎng)不僅占地面積大而且操作不方便，而現(xiàn)代化的智能立體車庫是一種多層的空間結(jié)構(gòu)，使車庫由平面結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為空間結(jié)構(gòu)，大大提高土地資源的利用率。本文所設(shè)計(jì)的智能立體車庫系統(tǒng)具有操作方便，簡(jiǎn)單可靠，便于設(shè)計(jì)安裝，人性化程度高等優(yōu)點(diǎn)，適合用于醫(yī)院，大型商場(chǎng)，金融中心等人口密集的場(chǎng)所。將傳統(tǒng)單層的停車位規(guī)劃成現(xiàn)代化智能化的立體車庫，方便有效的解決停車難的問題，給人們的出行帶來巨大的便利。

2 智能立體車庫模擬系統(tǒng)的工作原理

本文所設(shè)計(jì)的智能立體車庫選用STM32F407芯片為微控制單元（MCU），通過控制電容觸摸屏模塊實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，控制聲光報(bào)警模塊實(shí)現(xiàn)安防報(bào)警，控制RTC時(shí)鐘模塊實(shí)現(xiàn)存車計(jì)時(shí)，控制語音提示模塊實(shí)現(xiàn)語音提醒，控制FLASH存儲(chǔ)模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，控制A4988電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)（如圖1所示），進(jìn)而實(shí)現(xiàn)車輛的自動(dòng)存取及其附屬功能。

圖1 智能立體車庫模擬系統(tǒng)框架圖

3 智能立體車庫模擬系統(tǒng)主要硬件模塊設(shè)計(jì)

3.1 主控芯片的選型

主控芯片的選型對(duì)智能立體車庫的控制系統(tǒng)是十分重要的，本系統(tǒng)選用STM32F407為控制核心（如圖2所示），采用Cortex?-M4架構(gòu)，利用MDK5進(jìn)行編程開發(fā)。

圖2 STM32F407實(shí)物圖

3.2 電源管理模塊設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)選用具有雙路輸出的開關(guān)電源（如圖3所示），利用其輸出的穩(wěn)定雙路電壓來保證操作系統(tǒng)及A4988電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的平穩(wěn)運(yùn)行。

圖3 雙路輸出開關(guān)電源實(shí)物圖

3.3 機(jī)械傳送裝置設(shè)計(jì)

機(jī)械傳送裝置的主體是三個(gè)步進(jìn)電機(jī)獨(dú)立控制的垂直提升裝置（如圖4a所示），三個(gè)步進(jìn)電機(jī)分別控制垂直提升裝置的轉(zhuǎn)向軸（X軸）、伸縮軸（Y軸）和垂直提升軸（Z軸）來完成指定車輛的存取操作，為了使系統(tǒng)設(shè)計(jì)的更加合理化、人性化，我們?cè)诖说幕A(chǔ)上，加入了回轉(zhuǎn)臺(tái)裝置（如圖4b所示），用于確保車輛取出時(shí)車頭朝外，方便車主直接開出車庫。

圖4 垂直提升裝置(a)和回轉(zhuǎn)臺(tái)(b)

3.4 電機(jī)及電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)選用42兩相步進(jìn)電機(jī)（如圖5a所示）和A4988微型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器（如圖5b所示）來完成垂直提升裝置和回轉(zhuǎn)臺(tái)的指定操作。

圖5 42步進(jìn)電機(jī)(a)和A4988步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(b)

3.5 人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)選用4.3寸的GT9147電容屏傳感器作為人機(jī)交互的媒介（如圖6所示），能夠顯示車庫位置余量，存車費(fèi)用，取車密碼等關(guān)鍵信息。

圖6 電容屏實(shí)物圖

3.6 隨機(jī)數(shù)發(fā)生器(RNG)模塊及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊（FLASH）設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中，利用RNG隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生六位取車密碼，并將此密碼與車輛的存車時(shí)間等相關(guān)信息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊（FLASH）中，用于后續(xù)的取車密碼校對(duì)及存車計(jì)費(fèi)等操作。

3.7 語音提示模塊設(shè)計(jì)

語音提示模塊用于提示用戶相關(guān)操作及播報(bào)系統(tǒng)相關(guān)進(jìn)程，本設(shè)計(jì)選用支持TF卡驅(qū)動(dòng)和音頻格式硬解碼的YX5200-24SS語音芯片，YX5200-24SS語音提示模塊的連接圖如圖7所示。

圖7 YX5200-24SS語音提示模塊連接圖

3.8 聲光報(bào)警模塊設(shè)計(jì)

當(dāng)用戶輸入密碼錯(cuò)誤達(dá)三次以上時(shí)，系統(tǒng)將開啟聲光報(bào)警，防止有非法人員入侵車庫系統(tǒng)。聲光報(bào)警模塊硬件連接圖如圖8所示。

圖8 聲光報(bào)警模塊硬件連接圖

4 智能立體車庫模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案流程圖

圖9 智能立體車庫模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案流程圖

智能立體車庫模擬系統(tǒng)的流程如圖 9所示。首先進(jìn)行初始化操作，當(dāng)按下校準(zhǔn)鍵時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)操作，當(dāng)按下介紹鍵時(shí)進(jìn)行語音介紹。然后進(jìn)行觸摸屏檢測(cè)，當(dāng)按下存車鍵，且檢測(cè)到此時(shí)車庫有車位時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)將車輛存入設(shè)定位置并生成一個(gè)六位的取車密碼，同時(shí)將對(duì)應(yīng)車輛相關(guān)信息存入FLASH模塊中，如果此時(shí)車庫沒有車位，系統(tǒng)將提示車位不足。當(dāng)按下取車鍵時(shí)，用戶需要輸入六位密碼，驗(yàn)證通過后系統(tǒng)將顯示本次停車的費(fèi)用，并將對(duì)應(yīng)車輛取出。如果密碼連續(xù)輸錯(cuò)3次，將觸發(fā)聲光報(bào)警模塊。

5 車輛存取測(cè)試

5.1 存車操作測(cè)試

當(dāng)用戶查看交互界面確認(rèn)有空余車位，按下存車鍵時(shí)，語音提示將會(huì)播報(bào)“存車操作正在進(jìn)行中......”。系統(tǒng)開始存車操作，回轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)180度將車輛掉頭，伸縮軸Y軸將車載板插入車輛底盤，小幅度提升Z軸確保車輛置于車載板上，完成回轉(zhuǎn)臺(tái)取車操作；然后，車輛和車載板在Y軸驅(qū)動(dòng)下收回到原點(diǎn)，并將X軸的旋轉(zhuǎn)到達(dá)設(shè)定角度，將車載板沿Z軸大幅度提升至設(shè)定樓層，完成傳送車輛操作；最后，將車載板伸出至車位正上方，沿Z軸小幅度下降放下車輛，實(shí)現(xiàn)車輛存放操作。具體的操作過程如圖10所示。

圖10 回轉(zhuǎn)臺(tái)取車、傳送車輛、存放車輛

5.2 取車操作測(cè)試

當(dāng)用戶進(jìn)行取車操作時(shí)，首先輸入六位密碼按確認(rèn)鍵（E），密碼驗(yàn)證成功后系統(tǒng)將自動(dòng)計(jì)算存車時(shí)間和費(fèi)用，并顯示在觸摸屏上。密碼輸入錯(cuò)誤3次，將觸發(fā)聲光報(bào)警模塊。與存車的原理相似，取車操作依次實(shí)現(xiàn)車輛的取出、傳送和放置，具體的操作過程如圖11所示。

圖11 車輛取出、傳送車輛、回轉(zhuǎn)臺(tái)放車

6 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的智能立體車庫以STM32芯片作為主控芯片，通過綜合控制人機(jī)交互界面模塊，電源管理模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、語音提示模塊、FLASH數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、聲光報(bào)警模塊來實(shí)現(xiàn)車輛的自動(dòng)存取，計(jì)費(fèi)、密碼校對(duì)與聲光報(bào)警等功能。通過實(shí)際操作驗(yàn)證該系統(tǒng)操作便捷，安全可靠。隨著我國城市化的迅速發(fā)展，車輛數(shù)目的迅速增多，必然帶來對(duì)停車位的大量需求，本文所設(shè)計(jì)的智能立體車庫必將憑借車輛容納率高，占地面積少，自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)成為未來智能車庫的發(fā)展方向。

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