立體車庫智能控制系統(tǒng)設(shè)計與研究

陳小瓊

（佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院，廣東佛山528000）

1 總體設(shè)計和功能設(shè)計

1.1 總體設(shè)計

本設(shè)計由于應(yīng)用場合是小區(qū)或人員密集場所，噪聲太大會影響人們的正?；顒?，所以采用了液壓設(shè)計。液壓設(shè)計有以下5個更適合本設(shè)計應(yīng)用場景的特點(diǎn)：（1）調(diào)速范圍大，可實現(xiàn)無極調(diào)速，且調(diào)速簡單；（2）使用溢流閥作為安全閥，可實現(xiàn)過載保護(hù)；（3）液壓轉(zhuǎn)動裝置重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，慣性和沖擊性??；（4）操作控制簡單方便，易于實現(xiàn)自動化控制，如電液聯(lián)合控制配合使用能實現(xiàn)復(fù)雜順序控制自動化運(yùn)行；（5）噪聲小、工作平穩(wěn)。又因為液壓轉(zhuǎn)動屬柔性轉(zhuǎn)動，安裝位置可因地制宜，方便靈活[1]，所以選擇液壓設(shè)計。

1.2 安全設(shè)計

為了保證人和車的安全，安全設(shè)計有以下4個特點(diǎn)：（1）為防止車的意外下落，安裝電磁鐵掛鉤；（2）為預(yù)防人車誤入，導(dǎo)致人員傷亡，采用光電開關(guān)；（3）報警設(shè)備，一旦出現(xiàn)意外故障，立刻報警并停止工作，及時阻止傷害和意外進(jìn)一步擴(kuò)大；（4）有急停設(shè)置，如若出現(xiàn)問題，立即急停，保護(hù)設(shè)備和人員安全。

1.3 功能設(shè)計

采用ARM作為整個立體停車系統(tǒng)的主控制器[2]，歐姆龍PLC對存取車進(jìn)行控制。設(shè)計用戶App，發(fā)出預(yù)存車命令，通過GPRS通信傳送到ARM系統(tǒng)，ARM系統(tǒng)查找空車位并傳送給用戶，用戶到達(dá)后在App上按下存車命令，發(fā)送存車命令給ARM，ARM發(fā)送命令給歐姆龍PLC，PLC控制車位進(jìn)行存車，同時開始計時。存車完畢后，歐姆龍PLC返回存車完畢命令給ARM，同時ARM對此車位的狀態(tài)進(jìn)行存儲并返回，用戶存車完成。取車時用戶發(fā)出取車命令，App顯示費(fèi)用，用戶支付完成發(fā)送命令給ARM，ARM發(fā)出命令控制歐姆龍PLC進(jìn)行取車操作，取車完畢后，PLC返回此車位狀態(tài)給ARM進(jìn)行存儲。這樣一套完整并且實用的智能立體停車系統(tǒng)，可以保證存取車過程的自動化和安全性。同時，為加強(qiáng)整個立體停車系統(tǒng)的智能化管理，LCD顯示屏應(yīng)顯示車牌號碼，這樣無論是對于收費(fèi)還是管理都非常簡便。為了停車方便，還設(shè)計有刷卡支付功能，即車開到停車位，刷卡顯示停車位，按確定鍵，輸入到歐姆龍PLC進(jìn)行停車，與此同時上位機(jī)開始計時，停車結(jié)束開始收費(fèi)，再次刷卡進(jìn)行取車，停車結(jié)束。

2 硬件設(shè)計

器件選型：下位機(jī)采用歐姆龍PLC，因為該P(yáng)LC點(diǎn)數(shù)多，通信功能好，價格實惠，實用性更強(qiáng)。本文采用的是CP1E；上位機(jī)選擇的是STM32F407ZG106，因為STM32高性能、低成本、低功耗，32位處理器，內(nèi)核是Context-M3，時鐘頻率是72 Hz。為提高系統(tǒng)的可靠性，全部I/O口做隔離處理，并對電源信號進(jìn)行濾波。立體車庫控制器采用模塊化的設(shè)計思路，使各功能相對獨(dú)立，便于開發(fā)和調(diào)試，通過接口對模塊進(jìn)行集成[3]。

3 軟件設(shè)計

設(shè)計出來的軟件要能在工控屏上顯示公司名稱，工控屏既可以手動操作，也可以自動操作，還可以強(qiáng)制操作。手動和強(qiáng)制操作主要是為了在有故障時方便急停和進(jìn)行維修。

存取車過程中PLC工作過程：PLC首先接收到要停放的車位信息，根據(jù)下位機(jī)的PLC程序，該車位自動運(yùn)行到一層，把車停到該車位，停車完成；App上直接按取車或直接刷卡支付，支付完成，給PLC發(fā)出信號進(jìn)行取車，PLC根據(jù)程序自動運(yùn)行，車出庫。此時該車位變成空車位，把該車位的狀態(tài)反饋給上位機(jī)進(jìn)行統(tǒng)計。為了美觀上層車位自動回去，車板同時旋轉(zhuǎn)到反面，利于行人和車輛的行走和下層車位的停放。

考慮到美觀的因素，本設(shè)計車位的反面是一個綠化廣告，如圖1所示。

ARM用RS485與PLC進(jìn)行通信：因為RS485可以雙向通信，而且通信距離、通信速度、可擴(kuò)展性都比RS232好，所以通信方式選擇RS485。

用STM32編寫程序時，主要實現(xiàn)對對應(yīng)區(qū)域的對應(yīng)車位是否有車停放的狀態(tài)的存儲，有車停放的狀態(tài)記為1，沒有車停放的狀態(tài)記為0。當(dāng)用戶發(fā)出預(yù)存車指令時，ARM通過循環(huán)查找狀態(tài)為0的停車位返回給SEVER從而傳給App用戶。用戶發(fā)出存車指令時，SEVER通過ARM再與PLC通信，驅(qū)動PLC自動進(jìn)行存車，與此同時，SEVER的計時程序開始運(yùn)行。當(dāng)用戶發(fā)出預(yù)取車指令時，SEVER設(shè)置計時程序結(jié)束。取車完畢，把狀態(tài)存入ARM中。

設(shè)計的App有個人電話號碼，對應(yīng)的車牌號，預(yù)存車、存車、取車和付費(fèi)以及急停和求助等功能，可以根據(jù)個人信息直接進(jìn)行取車，無需找車；可以手機(jī)操作，無需等待，實現(xiàn)智能自動化操作。開發(fā)App時選用APICloud“云端一體”的移動開發(fā)平臺，使用Web語言中的HTML5做App的相應(yīng)功能開發(fā)，如推送、客服、LBS、登錄、識別等，都變成一個個功能模塊，由APICloud自身或不同的云服務(wù)公司提供，積累在APICloud的聚合API中形成iOS和Android跨平臺應(yīng)用。

圖1 效果展示圖

上位機(jī)顯示附近空余車位，可以預(yù)約，停車時要按“確定”鍵，取車時也要按“確定”鍵，付費(fèi)刷卡完成才能進(jìn)行取車。對于存取車過程，屏上可直接顯示狀態(tài)，譬如車輛正在停車、正在取車。如小區(qū)或娛樂場所等可以設(shè)置存取車優(yōu)先原則，爭取使存取車時間最短。立體車庫的存取車策略一般分為存車優(yōu)先策略、取車優(yōu)先策略、原地待命策略、交叉存取策略。對以上策略建立模型，仿真分析，最后認(rèn)為原地等待策略更適合該車庫[4]。本設(shè)計的原則是優(yōu)先停放第二層。

軟件設(shè)計框架圖如圖2所示。

圖2 設(shè)計框架圖

4 區(qū)塊鏈

因為數(shù)據(jù)量比較龐大，可以進(jìn)行分組分片管理，運(yùn)用區(qū)塊鏈云服務(wù)等技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的綜合管理。ARM與SEVER通過GPRS進(jìn)行通信，之所以選用GPRS通信是因為模塊采用的是高性能工業(yè)級無線模塊及嵌入式處理器；以實時操作系統(tǒng)作為軟件支撐平臺，內(nèi)嵌自主知識產(chǎn)權(quán)的TCP/IP協(xié)議，為用戶提供高速、穩(wěn)定可靠、永遠(yuǎn)在線的透明數(shù)據(jù)傳輸通道。

GPRS模塊和STM32是通過串行口進(jìn)行通信的，通信協(xié)議是AT命令集。除了串口發(fā)送和串口接收之外，還有一些硬件握手信號，如DTR、CTS、DCD等。DCD信號可以檢測CPRS是處于數(shù)據(jù)傳送狀態(tài)還是處于AT命令傳送狀態(tài)，DTR信號用來通知GPRS模塊傳送工作已經(jīng)結(jié)束。運(yùn)用GPRS通信首先要對GPRS進(jìn)行一系列的設(shè)置：設(shè)置通信波特率，設(shè)置接入網(wǎng)關(guān)，設(shè)置移動終端的類別；其次要測試GPRS服務(wù)是否開通。其中軟件編寫時有串口驅(qū)動層、GPRS模塊驅(qū)動層、PPP協(xié)議層、IP協(xié)議層、UDP協(xié)議層與應(yīng)用層。

SEVER接到App的指令，查詢所有的ARM，看哪里有空車位，返回給SEVER，SEVER再返回給App用戶；同時SEVER負(fù)責(zé)計時和計費(fèi)。當(dāng)數(shù)據(jù)比較多時SEVER可以控制多個ARM，每個ARM又可以控制幾臺PLC，并直接把費(fèi)用上傳到App，用戶付款成功，發(fā)送指令給SEVER，SEVER發(fā)出指令進(jìn)行取車操作。

5 結(jié)語

該停車系統(tǒng)集美觀、方便、智能于一體，極大地滿足了人們的停車需求，能夠解決生活中停車不方便的問題，有很大的市場應(yīng)用價值。未來的停車系統(tǒng)將在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步智能化，更加舒適便捷。