基于PLC的立體停車庫(kù)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.pdf

- 1 - 中國(guó)中國(guó)科技論文在線科技論文在線 立體停車場(chǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)立體停車場(chǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 孔德海，李雅梅* 作者簡(jiǎn)介：孔德海，（1988-），男，在讀本科生 通信聯(lián)系人：李雅梅，（1966-），女，副教授，研究方向：智能檢測(cè)技術(shù)，自動(dòng)化儀器儀表，計(jì)算機(jī)控制 等. E-mail: （遼寧工程技術(shù)大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院，遼寧 葫蘆島 125105） 摘要摘要：隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展，停車用地緊張顯得尤為突出。停車難是一個(gè)亟待解決的問5 題。立體停車場(chǎng)空間利用率高，大大節(jié)省了土地資源和土建開發(fā)成本，是停車場(chǎng)未來發(fā)展的 主流趨勢(shì)。本設(shè)計(jì)采用垂直循環(huán)式立體停車場(chǎng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、建筑方式靈活、應(yīng)用 范圍廣泛。根據(jù)停車場(chǎng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，選用 PLC 作為車位存取子系統(tǒng)的主控器，控制電機(jī) 完成存取車的機(jī)械操作。同時(shí)，本文以單片機(jī)為控制器，設(shè)計(jì)了計(jì)時(shí)收費(fèi)子系統(tǒng)，完成停車 費(fèi)用收取工作。兩部分組成了停車場(chǎng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。在軟件方面，本文設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)的10 程序流程圖。自動(dòng)控制的立體停車場(chǎng)可以實(shí)現(xiàn)無人值守、自助操作、自動(dòng)運(yùn)行，同時(shí)計(jì)時(shí)收 費(fèi)又可有效地限制車主存車時(shí)間，提高停車場(chǎng)的循環(huán)利用率，具有一定的社會(huì)意義。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制；立體停車場(chǎng)；垂直循環(huán)式；PLC；單片機(jī) 中圖分類號(hào)中圖分類號(hào)：TP223 15 Design on Automatic Control System of Space Parking Lot KONG Dehai, LI Yamei (Faculty of Electrical and Control Engineering,Liaoning Technical University, LiaoNing HuLuDao 125105) Abstract: As the rapid development of urban construction, the shortage of parking land is 20 particularly prominent. It is a serious problem that parking is difficult. With high space utilization, significant savings in costs of land resources and construction, space parking lot is the main trend of the future parking lot. This design uses vertical circulating space parking lot, because of its simple structure, low cost, flexible architecture and wide usage. According to the characteristics of parking mechanical structure, the design uses PLC as a subsystem controller, which controls the 25 motor to finish mechanical operation of vehicle access. In addition, this paper designs time charging subsystem with MCU as a controller, to complete the work of parking fees charging. These two parts make up the automatic control system of space parking lot. In terms of software, the paper designs flow charts of the control system. Automatic control space parking lots can be achieved unattended, self-operation and automatic running, while time charging can limited users 30 parking time effectively to improve the parking lot recycling rate, which has some social significance. Keywords: automatic control; space parking lot; vertical circulating; PLC; MCU 0 引言引言 35 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的快速發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加快，居民消費(fèi)水平顯著提高。私家車 代替自行車成為大部分城市人群的代步工具。 與此同時(shí)， 定居和就業(yè)于城市的人口數(shù)量增長(zhǎng) 更加快速，大量人口涌入城市，龐大的相關(guān)基礎(chǔ)工程、娛樂消費(fèi)建筑、居民建筑如同一夜之 間拔地而起。這也就造成了城市用地的緊張和短缺。在此帶動(dòng)之下，停車用地的問題顯得尤 為突出。立體停車場(chǎng)的出現(xiàn)為解決停車難題提供了一種可行方案。 40 本設(shè)計(jì)采用垂直循環(huán)式立體停車場(chǎng)結(jié)構(gòu)， 這是一種采用在垂直方向做循環(huán)運(yùn)動(dòng)來存取車 輛的停車設(shè)備。其特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍廣，省地1。在該結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,本設(shè)計(jì)開發(fā) 了一套立體停車場(chǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)，以 PLC 和單片機(jī)作為兩個(gè)控制器分別實(shí)現(xiàn)車位存取和計(jì) 時(shí)收費(fèi)的功能，可以無人值守、全自動(dòng)作業(yè)。 - 2 - 中國(guó)中國(guó)科技論文在線科技論文在線 1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 45 立體停車場(chǎng)由機(jī)械系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)兩大系統(tǒng)組成2。機(jī)械系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成機(jī)械操作， 而自動(dòng)控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行控制。立體停車場(chǎng)結(jié)構(gòu)組成如圖 1 所示。 垂直循環(huán)式立體停車場(chǎng) 機(jī)械系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng) 整 體 框 架 升 降 機(jī) 構(gòu) 車 位 存 取 計(jì) 時(shí) 收 費(fèi) 鋼 筋 支 架 ， 轎 廂 ， 托 架 ， 邊 軌 ， 角 輪 導(dǎo) 軌 ， 連 個(gè) 平 臺(tái) 電 動(dòng) 機(jī) ， 制 動(dòng) 器 ， 雙 級(jí) 行 星 減 速 器 ， 聯(lián) 軸 器 ， 齒 輪 ， 鏈 條 ， 手 動(dòng) 輪 ， 指 示 燈 ， 按 鈕 單 片 機(jī) ， 讀 卡 器 圖 1 立體停車場(chǎng)組成結(jié)構(gòu)圖 Fig.1 The structure diagram of space parking lot 50 立體停車場(chǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由自動(dòng)存取車子系統(tǒng)和自動(dòng)計(jì)時(shí)收費(fèi)子系統(tǒng)兩部分組成。 自動(dòng)存取車子系統(tǒng)負(fù)責(zé)指揮、控制機(jī)械系統(tǒng)裝置，使其準(zhǔn)確完成存取車動(dòng)作。自動(dòng)計(jì)時(shí)收費(fèi) 子系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成記錄車主存車時(shí)間、收取存車費(fèi)用的功能。自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。 55 圖 2 自動(dòng)控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖 Fig.2 The structure diagram of automatic control system 車位存取子系統(tǒng)由車位顯示、車位選擇、車位存取三部分組成。系統(tǒng)設(shè)置控制面板，在60 面板上有對(duì)應(yīng)于每個(gè)車位的運(yùn)行指示燈， 顯示車位有無車輛停放的信息； 與車位指示燈對(duì)應(yīng) 的還有車位選擇按鈕， 車主可以通過按鈕來選擇車位進(jìn)行存車或取車。 車位選擇與車位顯示 作為車位存取控制器的輸入與輸出。 車位存取控制器控制電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)， 從而使轎廂順時(shí) 針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。 計(jì)時(shí)收費(fèi)子系統(tǒng)由自動(dòng)計(jì)時(shí)和刷卡收費(fèi)兩個(gè)模塊組成。 計(jì)時(shí)模塊記錄車主存車時(shí)刻和取65 - 3 - 中國(guó)中國(guó)科技論文在線科技論文在線 車時(shí)刻，并計(jì)算存車總共時(shí)長(zhǎng)。收費(fèi)模塊采用非接觸式 IC 卡式設(shè)計(jì)3，車主通過刷卡完成 繳費(fèi)。 2 車位存取子系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)車位存取子系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 2.1 車位顯示車位顯示 車位顯示為該子系統(tǒng)的輸出，采用指示燈，分別為系統(tǒng)運(yùn)行指示燈、停車場(chǎng)滿載指示燈70 及 110 號(hào)車位載車指示燈。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行指示燈亮；若停車場(chǎng)的 10 個(gè)車位都有存車， 則滿載指示燈亮；110 號(hào)車位有存車的相應(yīng)指示燈亮。 2.2 車位選擇車位選擇 對(duì)應(yīng)于每個(gè)車位， 在控制面板上都設(shè)有對(duì)應(yīng)的選擇按鈕。 車位選擇按鈕為該子系同控制 器的輸入。按動(dòng)某一號(hào)按鈕，可使相應(yīng)車位轎廂轉(zhuǎn)至停車場(chǎng)最低位。此外，還分別設(shè)置系統(tǒng)75 的啟動(dòng)、停止、復(fù)位、正點(diǎn)動(dòng)、反點(diǎn)動(dòng)等五個(gè)按鈕。 2.3 車位限位車位限位 為了能使停車場(chǎng)在將指定轎廂轉(zhuǎn)至最低位后停止轉(zhuǎn)動(dòng)， 需要設(shè)置位置檢測(cè)設(shè)備。 本設(shè)計(jì) 采用限位開關(guān)來進(jìn)行轎廂運(yùn)動(dòng)限位。對(duì)每一個(gè)轎廂都設(shè)置有一個(gè)限位開關(guān)，共十個(gè)。在停車 場(chǎng)整體框架邊軌的最低位處兩側(cè)附近分別設(shè)置兩個(gè)碰撞觸發(fā)凸起， 這樣當(dāng)指定轎廂順時(shí)針或80 逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)至接近最低位時(shí)，可觸發(fā)限位開關(guān)動(dòng)作，控制器使電機(jī)斷電，同時(shí)機(jī)械制動(dòng)器進(jìn) 行制動(dòng)，使轎廂停止在最低位?？刂破鲗?duì)于非指定轎廂觸發(fā)限位開關(guān)進(jìn)行屏蔽。 2.4 PLC 控制器控制器 本設(shè)計(jì)選用三菱 PLC 作為車位存取子系統(tǒng)的控制器。其輸入點(diǎn)數(shù)需要用到 25 個(gè)，輸出 點(diǎn)數(shù)需要 14 個(gè)，考慮到擴(kuò)展需要，故選擇 32 輸入 32 輸出的三菱 FX2N-64MR-DS PLC 作為85 主控制器。為與計(jì)時(shí)收費(fèi)子系統(tǒng)的單片機(jī)進(jìn)行 RS232 通信，需要在內(nèi)部安裝一塊 FX2N-232-BD 通信用功能擴(kuò)展版。 PLC 控制接線原理部分如圖 3 所示。 90 圖 3 控制電路原理圖 Fig.3 The schematic of control circuit - 4 - 中國(guó)中國(guó)科技論文在線科技論文在線 車位存取子系統(tǒng)的控制面板如圖 4 所示。 圖 4 控制面板示意圖 95 Fig.4 The schematic diagram of Control Panel 3 計(jì)時(shí)收費(fèi)子系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)收費(fèi)子系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 計(jì)時(shí)收費(fèi)子系統(tǒng)主要完成存車時(shí)間的計(jì)算和用戶刷卡繳費(fèi)的功能。 主要有主控器、 顯示 模塊、操作模塊、信息存儲(chǔ)模塊、時(shí)鐘模塊、射頻讀寫模塊及通信模塊等組成4。主控器負(fù)100 責(zé)程序處理和管理各模塊；顯示模塊顯示各種信息，如按鍵信息、時(shí)間和停車費(fèi)用等；通過 操作模塊可以使管理員管理密碼、查詢或設(shè)置時(shí)間、查詢總金額、查詢記錄；信息存儲(chǔ)模塊 存儲(chǔ)有停車場(chǎng)使用日志；時(shí)鐘模塊為主控器提供精準(zhǔn)時(shí)間；射頻讀寫模塊完成 IC 卡中內(nèi)容 的讀寫操作5；通信模塊負(fù)責(zé)與車位存取子系統(tǒng)的主控器 PLC 進(jìn)行通信。計(jì)時(shí)收費(fèi)子系統(tǒng) 的組成框圖如圖 5 所示。 105 圖 5 計(jì)時(shí)收費(fèi)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 Fig.5 The block diagram of time charging subsystem 本設(shè)計(jì)選用 AT89C55WD 單片機(jī)作為計(jì)時(shí)收費(fèi)子系統(tǒng)控制器； ZLG7289B 芯片外接 4110 4 的鍵盤；DS1302 為停車計(jì)時(shí)提供精確時(shí)鐘；SM G 12864 液晶顯示各種信息；AT24C256 存儲(chǔ)用戶結(jié)算信息；通過 RS232 與車位存取子系統(tǒng)控制器 PLC 通訊6；通過 ZLG500 對(duì) IC 卡進(jìn)行讀寫操作。計(jì)時(shí)收費(fèi)子系統(tǒng)的硬件示意圖如圖 6 所示。 - 5 - 中國(guó)中國(guó)科技論文在線科技論文在線 圖 6 計(jì)時(shí)收費(fèi)子系統(tǒng)硬件示意圖 115 Fig.6 The schematic diagram of time charging subsystem hardware 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 停車場(chǎng)存車流程：開始工作后，系統(tǒng)提示用戶選擇要存車的轎廂號(hào)。用戶按下目標(biāo)車位 號(hào)相應(yīng)的按鍵后，系統(tǒng)提示請(qǐng)用戶刷卡，此時(shí)系統(tǒng)先判斷用戶是否在黑名單中，若在則提示120 用戶不可停車，請(qǐng)其聯(lián)系管理員；若不在，則系統(tǒng)將車位號(hào)與用戶序列號(hào)進(jìn)行綁定，并記錄 停車時(shí)間。刷卡完成后，系統(tǒng)啟動(dòng)電機(jī)將目標(biāo)車位轉(zhuǎn)至最地位。轎廂到位后，系統(tǒng)提示用戶 存車，用戶將車開上轎廂，從車上下來離開轎廂即完成存車流程。此后系統(tǒng)進(jìn)入下一循環(huán)流 程，直至停止工作。 停車場(chǎng)取車流程： 用戶可以選擇自己停車的車位號(hào)， 然后刷卡， 也可跳過選擇直接刷卡。125 刷卡后， 系統(tǒng)記錄取車時(shí)間并計(jì)算停車時(shí)長(zhǎng)扣除停車費(fèi)用。 若用戶余額不足并超過其信用額 度，則提示用戶不能取車請(qǐng)其充值。繳費(fèi)成功后，系統(tǒng)啟動(dòng)電機(jī)將目標(biāo)車位轉(zhuǎn)至最低位進(jìn)出 通道。轎廂到位后開始計(jì)時(shí)，并提示用戶在十分鐘內(nèi)將車開走，十五分鐘后系統(tǒng)將鄰近有車 車位轉(zhuǎn)至最低位進(jìn)出通道。 管理員進(jìn)行停機(jī)操作時(shí)，系統(tǒng)先判斷停車場(chǎng)里是否有車，若車位全空，則可以停機(jī)，否130 則提示管理員有車不能停機(jī)。 在本設(shè)計(jì)中有兩點(diǎn)說明： 在每次用戶存車后， 其所停車輛都在停車場(chǎng)最低位即存取車通 道，系統(tǒng)不會(huì)自動(dòng)將空車位旋轉(zhuǎn)至此，直至新用戶來此存車系統(tǒng)才會(huì)進(jìn)行車位輪換，這樣可 以避免某些用戶不選車位不刷卡直接將車開至轎廂停車以逃避收費(fèi)； 當(dāng)用戶在取車時(shí)， 其車 輛正處于停車場(chǎng)最低位進(jìn)出通道處， 即在該位用戶存車后沒有其他用戶存車， 如果用戶未經(jīng)135 刷卡直接將車從轎廂上開走，則系統(tǒng)管理員在維護(hù)系統(tǒng)時(shí)可根據(jù)記錄信息將其列入黑名單， 直至用戶補(bǔ)交罰金后方可解除。 系統(tǒng)工作流程圖如圖 7 所示。 - 6 - 中國(guó)中國(guó)科技論文在線科技論文在線 圖 7 系統(tǒng)工作流程圖 140 Fig.7 The flow chart of system working PLC 在進(jìn)行順時(shí)針還是逆時(shí)針即控制電機(jī)正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)的判斷時(shí)，可根據(jù)如下算法進(jìn) 行計(jì)算： 停車場(chǎng) 10 個(gè)轎廂的編號(hào)為 110，且對(duì)轎廂進(jìn)行順時(shí)針由小到大編號(hào)。設(shè)某時(shí)刻位于停145 車場(chǎng)最底處進(jìn)出通道的轎廂號(hào)為 P，目標(biāo)轎廂號(hào)為 X。當(dāng) P5 時(shí)，若 X 滿足 PX5 時(shí)，若 X 滿足 P-5XP，則進(jìn)行順時(shí)針旋轉(zhuǎn)， 否則逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。 在子系統(tǒng)間通信設(shè)計(jì)時(shí)，程序編制須遵循 PLC 的編程口通信協(xié)議，以保證 PLC 收到指 令和數(shù)據(jù)。 傳輸格式為 RS232C， 波特率為 9600bps， 累加校驗(yàn)方式 （和校驗(yàn)） ， 字符為 ASCII150 碼7。PLC 與單片機(jī)的通信流程如圖 8 所示。 圖 8 通信流程圖 Fig.8 The flow chart of communication 155 5 結(jié)論結(jié)論 針對(duì)目前我國(guó)城市用地緊張?jiān)斐赏＼囯y這一問題， 本文以技術(shù)可行穩(wěn)定、 建設(shè)施工簡(jiǎn)單、 制造維護(hù)成本低廉為出發(fā)點(diǎn)， 設(shè)計(jì)開發(fā)了一套垂直循環(huán)式立體停車場(chǎng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。 停車 場(chǎng)一方面用來停車，另一方面對(duì)停車進(jìn)行收費(fèi)。本文利用 PLC 作為控制器設(shè)計(jì)車位存取子 系統(tǒng)， 通過控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)村取車操作； 利用單片機(jī)作為控制器設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)收費(fèi)子系統(tǒng)來160 實(shí)現(xiàn)停車費(fèi)用收取功能。 將兩個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行通信組合連接， 組成完整的立體停車場(chǎng)自動(dòng)控制 系統(tǒng)。 這是本設(shè)計(jì)優(yōu)于以往設(shè)計(jì)的地方， 雖算不上創(chuàng)新， 但在技術(shù)組合與實(shí)現(xiàn)上做出了努力。 由于本人水平和時(shí)間的限制， 在文中雖然對(duì)系統(tǒng)的軟件程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)， 但僅限于整體 流程， 至于具體代碼實(shí)現(xiàn)還需要再做完善。 此外， 對(duì)于系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中還會(huì)遇到哪些問題， 需要靠實(shí)踐來判斷與解決。 165 鑒于現(xiàn)在立體停車場(chǎng)的解決方案較為成熟， 需要努力的方向在于功