基于单片机的自动寻位立体车库系统.docx

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基于单片机的自动寻位立体车库系统

摘要

随着我国国民经济的高速发展和城市化水平的不断加快，汽车的保有量在飞速的增长，汽车的停放已经成为城市发展的一个重要问题。

原有的停车场不能满足城市发展的要求，在这种情况下立体车库逐渐得到了发展。

本文介绍了立体车库的研究背景及意义；分析了各种立体车库的特点，选择垂直循环式的立体车库作为研究对象，并确定了车库的总体设计方案；以单片机为控制核心，给出了立体车库的自动控制方法；设计了自动存取车系统的组成和功能，并对存取车策略进行优化；根据车库控制系统的控制原理，完成了控制系统的硬件设计和软件设计。

系统在功能上实现了车位的自动检测、空车位的自动给定、空车位数量的告知和车辆的自动存取，具备了自动化立体车库的基本功能。

本设计以单片机为控制器，取代了PLC，用以对小容量立体车库的控制，可以实现立体车库的自动化操作，不需要人员参与，使用方便。

关键词：

立体车库；垂直循环；单片机；自动控制

StereoAuto-GarageSystemBasedonSingle-chipMicrocomputer

Abstract

WiththerapiddevelopmentofChina'snationaleconomyandtheaccelerationofurbanization,thenumberofthevehicleshasgrownrapidly,resultingthatthecarparkinghasbecomeanimportantissueinurbandevelopment.Theexistingparkingcannotmeettherequirementsofurbandevelopment,inwhichcasethestereogarageisbeingdevelopedgradually.

Thisarticleintroducesthebackgroundandthesignificanceofthestereogarage;analyzesthecharacteristicsofthestereogarage;selectsthestereogarageofverticalcirculatingtypeasthestudyanddeterminestheoveralldesignofthegarageprogram;makesthesingle-chipmicrocomputerasthecoreofthecontrol,givesthestereogaragemethods;designsthecompositionandthefunctionsofthestereogarageaccessingto,andoptimizethestrategiesaboutdepositingandwithdrawingcars.Accordingtothecontrollingprincipleofthecontrollingsystem,completethehardwareandsoftwaredesignofthecontrollingsystem.Thesystemhasbeenrealizedthatofitdetectsautomaticallythespacesinthefunctions,automaticallygivestheemptyspaces,informsthenumberofemptyparkingspacesanddepositsandwithdrawsthecars,withthebasicfunctionsofthestereogarage.

Inthisdesign,thesingle-chipmicrocomputercontrollerwasdesignedtoreplacethePLC,controlingthesmallcapacityofstereogaragesoautomationcanbeachievedwithouthumanparticipation,anditiseasytobeused.

Keywords:

stereogarage;verticalandrotary;single-chipmicrocomputer;automaticcontrol

目录

摘要I

AbstractII

第一章引言1

1.1课题研究背景及意义1

1.1.1课题研究背景1

1.1.2发展立体车库的意义1

1.2立体车库研究现状及发展前景2

1.2.1国外研究现状2

1.2.2我国研究现状4

1.2.3立体车库的发展前景4

1.3论文结构和主要研究工作6

1.3.1设计任务要求6

1.3.2论文结构6

1.3.3论文的主要研究内容7

1.4本设计的重点和难点8

第二章立体车库选型和总体方案设计9

2.1立体车库介绍及选型9

2.1.1立体车库简介9

2.1.2立体车库的分类10

2.1.3立体车库的选型11

2.2总体设计方案12

第三章控制系统硬件设计15

3.1单片机控制电路15

3.1.1单片机的选择15

3.1.2单片机振荡电路17

3.1.3单片机复位电路17

3.1.4单片机控制电路的连接18

3.2系统检测部分设计18

3.2.1空车位检测19

3.2.2到位检测19

3.3IC卡接口电路设计20

3.4动力控制电路设计23

3.5LED显示电路设计24

3.5.1LED数码管简介24

3.5.2驱动电路25

3.6其他部分介绍26

第四章控制系统软件设计27

4.1车库的操作流程27

4.2系统主程序28

4.3存取车流程设计28

4.3.1调车过程和调车原则28

4.3.2停车系统模型29

4.3.3存取车流程30

4.4IC卡读写程序31

4.5LED显示程序34

第五章总结37

参考文献38

附录A：

硬件原理图40

附录B：

程序41

致谢55

第一章引言

一.1课题研究背景及意义

一.1.1课题研究背景

近年来,我国城市建设日新月异,随着汽车工业和建筑业这两大支柱产业的快速发展,使城市空地和巷道越来越少,交通拥挤和停车困难的问题已成为各级政府和群众关心的社会问题。

大量汽车占道存放使本来流畅的动态交通受到了严重影响，形成了汽车越多占道，动态交通能力越差的恶性循环。

中国人多而土地资源匾乏,传统的停车方式已不可能解决停车难这一问题。

由于机动车有90%以上的时间处于停泊状态，所以解决停车难的问题比解决行车难的问题更为重要。

机械式立体车库具有土地利用率和空间利用率高、适用性强的优点,将成为今后城市停车的主要方向。

在停车设备行业向社会提供的停车设备中,升降横移式居于首位,占了66.9%。

机械式立体车库因其具有土地利用率和空间利用率高的优点而得到了快速的发展，因此本文对机械式立体车库做了相应的介绍。

一.1.2发展立体车库的意义

专家们指出，解决城市静态交通问题，大体分为软硬两种措施。

所谓软措施，就是通过政策法规，限制路面停车，提高停车场利用效率，使部分车主更愿意改乘公共交通工具，以减少机动车对停车场的需求。

而硬措施，主要包括增建停车场/建设地下及立体停车场、利用其它空间满足停车需求。

而无论采取什么措施，在规划后再收拾残局，于局限内弥补不足，政府和管理部门所需投入得精力和资金都不小。

随着人类社会的不断进步和科学技术的发展，人类的生产、生活方式趋于集中，城市的规模越来越大，人们在城市里的生存空间却越来越小，于是出现了要利用空间的理念，城市中开始建设立体建筑、立体交通和立体停车。

作为现代大都市的标志，城市中心商住区高楼大厦林立，社区道路、高架交通干道、立交桥和地下铁路，编织出城市立体交通网。

汽车的住宅——停车场也有了长足的发展，由平面停车向立体停车，由简单的机械停车库向计算机管理高度自动化的现代立体停车演变，成为具有较强的实用性、观赏性和适合城市环境的建筑。

伴随着汽车进入家庭，城市动态、静态交通管理制度的不断完善和人们对居住环境要求的提高，给停车产业提供了前所未有发展机遇，停车产业市场前景广阔。

作为现代大都市的标志，立体建筑和立体交通都有了显著发展，道路拥挤、车满为患已成为当今快节奏社会中的最不和谐之音，发展立体停车已成为人们的共识。

目前我国经济正处在高速发展时期，随着人们生活水平的不断提高，汽车进入家庭的步伐正在加快，这就更需要立体车库来解决。

机械式立体停车库既可以大面积使用，也可以见缝插针设置，还能与地面停车场、地下停车库和停车楼组合实施，是解决城市停车难最有效的手段，也是停车产业发展的必由之路。

一.2立体车库研究现状及发展前景

解决停车难的问题，欧美国家和亚洲等各大发达国家所采取的措施有所不同，但是，停车措施立体化是各个国家都积极采取的措施，尤其是全自动化的机械停车库，在日本、欧洲等一些国土面积较小、汽车数量众多的国家，立体停车设备已经占据了70%的绝对优势，但是在我国，仅仅占据了2%-3%。

有关专家预测，立体停车将会成为未来世界停车的主流。

一.2.1国外研究现状

早在50多年前，立体停车就在国外有所发展，先后出现了针对家庭使用的双层停车设备；利用住宅空地建起2—4层升降横移停车设备；适合城市中心商住区使用的停车楼和停车塔；利用广场、建筑物下面的空间建设地下停车库。

自70年代末起，世界经济高速发展，汽车逐渐普及，保有量不断增加，迫使地少人多、车多的国家、地区和一些发达国家积极开展了机械式停车技术的研究开发和制造应用，以日本、美国、德国等为代表的发达国家在停车技术领域的研究处于世界领先水平，韩国和我国的港、澳、台地区的停车业也通过引进和移植制造，得到了蓬勃发展，较好地解决了本地区的停车难，并开始向外输出技术和出口产品。

目前世界停车产业正向多元化发展，其停车技术几乎包含了当今机械、电子、液压、光学、磁控和计算机技术等领域的所有成熟先进技术。

机械方面，应用了新材料、新工艺。

设备结构采用模块化设计，便于组合使用，易于安装拆卸。

钢结构选用新型优质钢材，既提高了设备的强度和刚度，又使设备轻巧美观，载车板采用一次成型的镀锌板或彩涂板组装，美观、强韧、耐用。

控制技术方面，广泛采用可编程序控制器和矢量变频变压调速闭环控制技术，使运行高速平稳，节省电力，振动和噪音也趋于最小。

控制形式有，按钮式、锁匙式、IC卡式、键盘式、触摸屏式、遥控式等。

安全元件采用各种光栅显示屏、光电管、机械式行程开关、磁性接近开关、光敏感应开关等，安全保护装置日臻完善，如汽车出入声光引导和定位、汽车尺寸和重量自动识别、限速保护与多重机构互锁、停车泊位自动跟踪、链条和钢丝绳长度超范围报警和弹性变形自动补偿、汽车图象摄影对比安全检测、自动消防灭火系统等。

日本是最早应用机械式停车库的国家之一，其在上世纪60年代初就开发并使用可最大限度的利用空间的机械式停车设备。

当时日本全国汽车保有量大约为500万辆，大多采用的是垂直循环式停车设备。

从80年代开始，日本开始向亚洲地区的韩国、中国及台湾地区出口产品及技术。

韩国机械停车库技术是日本机械停车技术的派生。

其机械停车产业从20世纪70年代中期开始起步，80年代开始引进日本技术，经过消化生产和本土化，90年代开始为供应使用阶段。

由于这几个阶段得到政府的高度重视，各种机械停车设备得到普遍开发和利用，韩国近几年增长速度都在30%左右。

目前韩国停车设备行业进入稳步发展阶段。

一.2.2我国研究现状

我国机械式停车库的早期研究开发工作是从80年代中期开始，90年代开始引进和生产停车设备，在北京、上海、广州、深圳等地都有使用。

参照日本等国标准制定的我国行业标准也于近几年出台，目前停车设备生产厂已发展到几百家，生产各种类型的停车设备，有些停车设备已开始出口。

机械式立体停车库是一种具有综合性能的建筑，不仅包含了机械停车设备，其规划建设涉及到区域整体景观、交通疏导、建筑结构、供电照明、通讯监视、通风排水、环境保护、安全消防、收费管理等各学科领域，就停车设备本身而言，其机械结构的发展已形成了停车设备独有的技术特征，需要多学科、多专业的复合型人才积极参与，把国外停车技术和各领域的成熟技术移植到我国停车产业，开发出安全、经济、高效、节能、省地的产品，满足国内外市场的需求。

在我国的停车产业发展中还存在一些问题，如没有统一的技术标准；多数产品是仿效或引进国外技术制造，技术水平低；缺少具有一定规模的企业，生产能力不足；市场竞争无序，个别企业为抢占市场，采取低价竞争；缺少科研设计单位的参与，技术创新能力严重不足；政策不配套，对停车产业发展和管理严重滞后等。

解决上述问题，需要我们在政策市场、管理和技术多方面做出努力。

政策方面应参照发达国家的有关政策法规，规划确定出专用和公共停车位的合理数量，实现投资主体多元化，确定停车库的管理属性和停车收费标准，给予投资和经营者相应的优惠政策，使其有利可图。

市场方面应建立停车库市场运行机制，利用价格杠杆调高占路停车收费标准，逐步消除“路满库空”现象。

鼓励按市场规则经营停车库，并实施政府监督和政策调控，使停车产业良性发展。

一.2.3立体车库的发展前景

改革开放以来，城市化水平加快，随着城市建设的迅速发展，城市空地和巷道越来越少。

在城区的高级宾馆、饭店、商场、医院、车站、高档住宅区及其他车辆密集区，由于受到原有占地面积的限制，汽车停泊困难，交通阻塞。

另外，多年来在城市交通建设中，仅重视解决动态交通—修路，而忽视解决静态交通—建库（停车场），造成现有停车位远远不能满足停车需求的严重局面。

虽然立体车库在我国的发展势头非常的迅猛，但是目前立体车库在住宅小区内的应用，却还是少的可怜。

其主要原因还是人们的思维观念没有转变过来，而技术上的问题已经退居其次。

可以说，当前的技术已经完全可以满足小区内建造立体车库的主要要求，急需解决的是人们的思想问题。

伴随着我国住房业的迅速发展，小区式居住方式已经成为市民住房方式的主流。

并且，伴随我国经济的迅速发展，人们拥有自己的私家车也已经成为一种必然。

所以，正是由于小区与私家车的数量越来越多，一旦人们的思想方式转变过来，那么应用于小区内的立体车库必将会如同雨后春笋般迅速地生长起来。

而且，立体车库的技术也必然在今后的若干年内有大幅度的发展。

所以，无论是立体车库技术的研究，还是立体车库工程的建造，发展前景都是非常乐观的，都必将在不久的将来得到快速的发展。

图1.1汽车拥有量年增长图

图1.2立体车库车位的年增长曲线图

根据图1.1和图1.2可以明显的看出立体车库未来的发展趋势，表明立体车库是很有发展前景的。

一.3论文结构和主要研究工作

一.3.1设计任务要求

设计题目是基于单片机的自动寻位立体车库系统，根据题目要求，设计的控制系统的控制核心是单片机。

主要实现的功能是自动寻位，而且是全自动化操作，不需要人为参与。

要完成整体系统的设计、控制系统硬件设计和软件设计。

一.3.2论文结构

本论文是自动化立体车库控制系统的设计，参照一般的控制系统设计（论文）的结构，本文可以分为以下几部分：

第一章绪论。

介绍了课题的研究背景与意义，根据立体车库的研究现状叙述了立体车库的发展前景，然后说明了本文的主要研究工作和本文研究的重点和难点。

第二章立体车库选型与总体设计。

首先给出了立体车库的概念、分类及各种立体车库的优缺点；然后选择了以垂直循环式立体车库为设计方案；接着介绍了垂直循环式立体车库的基本结构；最后给出了详细的立体车库的总体控制方案。

第三章立体车库控制系统硬件设计。

主要介绍了垂直循环式立体车库的控制方法，根据其控制原理，把控制系统硬件分为几部分：

单片机部分、车库的动力控制部分、车库的检测部分、LED显示部分和IC卡的存取部分。

对每一部分的控制原理做了详细介绍，对控制方法做了详细的设计。

第四章立体车库控制系统软件设计。

基于硬件设计的基础对应每一部分做了相应的软件设计，设计出了每一部分的软件流程，并对其流程进行相关的说明。

总结。

根据本设计的任务，结合设计内容进行总结。

并提出了设计中的不足和以后的努力方向。

一.3.3论文的主要研究内容

立体车库是一种多平面的空间立体停车车库，通过单片机控制车位的空间位置变动，使车位能够实现空间到平面的转化，实现多重单层平面停车的功能。

论文在查阅大量资料的基础上，以立体车库车位控制为研究对象，通过对单片机的学习和研究，实现了以单片机为控制核心对8车位的垂直循环式立体车库模型控制系统的控制。

主要研究的内容包括：

（1）立体车库的控制方案设计；

（2）升降横移式立体车库存取车策略的研究；

（3）单片机在垂直循环式立体车库模型中的研究与实现；

（4）IC卡信息记录与读取的方法。

一.4本设计的重点和难点

立体车库的控制系统是实际应用的大型工程项目，其设计和控制具有一定的难度。

虽然本设计采用的是小型的垂直循环式立体车库的控制方法，但是由于没有实际的工程作为参考，很多都是根据资料分析，通过自己的理解来进行设计，必然会遇到很多问题。

根据对设计题目和内容的了解本设计的重点主要有：

（1）垂直循环式立体车库的总体方案设计；

（2）车库存取车的主要工作流程；

（3）自动化车库的车位检测。

在设计的内容上主要有以下几个难点：

（1）空车位的自动检测与给定；

（2）IC存储卡与单片机的信息传输；

（3）车位的移动与到位检测。

第二章立体车库选型和总体方案设计

立体车库系统是一个复杂的控制系统，而且立体车库的种类繁多，不同种类的立体车库的控制系统和控制方法不尽相同。

车库类型的选择直接影响到系统的总体设计，因此车库的选型十分重要。

本章选择了垂直循环式立体车库为实施方案，对其进行详细介绍，并给出了系统的总体设计。

二.1立体车库介绍及选型

二.1.1立体车库简介

由于经济的发展，城市人口、城市车辆逐年增多，市区停车问题亟待解决。

传统的单层平面停车场占用大量宝贵的土地资源，越来越不能满足需求现代先进的自动化机械立体车库是一种多平面的空间立体车库，它以单层平面停车库为核心，通过微机（即通过上位机）对车库进行统一的管理、监控与PLC控制来进行车位的空间位置变动，使车位实现由空间到平面的转化，从而实现多层平面停车的功能。

它具有占地少、停车多、投资少、停车方式先进等优点。

智能立体车库由机械传动系统、电气控制系统、检测系统、收费系统及其相应的设备组成。

由于经济的发展，城市人口、城市车辆逐年增多，市区停车问题亟待解决。

传统的单层平面停车场占用大量宝贵的土地资源，越来越不能满足需求；现代先进的自动化机械立体车库是一种多平面的空间立体车库，它以单层平面停车库为核心，通过微机控制来进行车位的空间位置变动，使车位实现由空间到平面的转化，从而实现多层平面停车的功能。

它具有占地少、停车多、投资少、停车方式先进等优点。

我国已加入WTO，对于在激烈的国际竞争市场里处于弱势的我国绝大多数企业，研究经济全球化问题是十分迫切和必要的。

二.1.2立体车库的分类

立体车库的种类很多，按照机械装置的构造，立体车库一般可分为以下几类：

垂直循环式、多层循环式、水平循环式垂直升降式（电梯式）、升降导轨式、平面往复式、组合式、升降横移式和巷道堆垛式等。

表2.1列出了各种立体车库的优缺点。

表2.1各种立体车库的优缺点

类型

优点

缺点

存车容量

升降横移式

结构框架不高，在垂直平面内车位布置较紧凑；出入口布置灵活；在楼宇地下室或住宅小区空地布置方便；相对成本较低，进出一辆车不必牵动全库车辆；可以并列、串列组成组合式车库，形式多样。

每个载车板都要自备一套甚至2套驱动机构。

成本相对较高。

3~43

垂直循环式

只需要一套驱动机构，较容易控制，停位较准确，结构简单，工作可靠，占地面积小，空间利用率也较高。

可以建成地上、半地上、地下式等多种形式

整个系统能量消耗大，振动及噪声较大，运动速度不高，出入库时间长；经济性差；只有一套驱动机构，一旦系统故障，不能实现紧急出车。

5~50

垂直升降式

可以充分利用空间，一般都做成大型车库，这样平均到每个车位的成本较低，车位的布置形式多样。

一旦系统故障，不能实现紧急出车，工作机动性较差。

7~56

多层循环式

可充分利用地下空间，墙体建筑费用不高，隔振和噪声效果较好。

出入一辆车整个系统的车位全移动；结构较复杂，一般只适用于利用地下空间。

6~46

二.1.3立体车库的选型

立体车库的选型要遵循以下的原则：

（1）人性化原则。

立体车库的人性化选择时除充分考虑安全性、美观性、舒适性、和谐性、地域性、文化性外还应注意保证人身安全，避免人身伤害，操作方便，安全可靠，避免故障，避免污染，总之人性化选择的最高目标应是良好的人机对话，和谐共生的设备使用环境。

（2）环境协调化原则。

在立体车库的选择上应充分考虑到与周围自然环境的协调一致，注意立体车库与自然环境的和谐统一。

对已建成的小区或单位在选择立体车库时应注重与周边环境在造型、色彩、采光通风、消防等诸方面协调一致。

对规划新建的小区或单位在选择立体车库时，应尽可能将立体车库与主体或附属建筑物相协调。

（3）适量化原则。

在车库选择时并非车位数量越多越好而应在充分考虑每台电脑控制的车位数量、清库时间及确保车库运行流畅方便的基础上合理确定车辆存放的最大化。

一般遵循对于存取时间要求较高的车库如居民小区、机关单位车位数量少些。

对于存取时间要求不太高的车库如医院、商场车位数量可以多些。

否则车位数量太多导致车库存取时间过长、车库利用率太低。

（4）可靠性原则。

立体车库的最大优点是充分利用了地上和地下空间但再好的立体车库也不如地面停车方便快捷。

在同等质量情况下传动形式越复杂、自动化程度越高则可靠性越差投资和维护成本越高。

在满足使用的前提下传动形式越简单可靠性越高投资和维护成本越低。

根据表2.1介绍的各种立体车库的优缺点及本设计的目的，选择图2.1所示的垂直循环式立体车库为设计选型。

在上述几类立体车库中，垂直循环式立体车库的控制系统相对简单一些，能更好的得到控制。

图2.1垂直循环式立体车库

垂直循环式立体车库（如图2.1）是把停车用的数个托盘安装在大型循环转动的链条上，在垂直面内呈圆形或长圆形配置，并通过电机转动带动链条和托盘一起循环升降运转，从而带动停放在托盘上的车辆，将车辆输送至空中停放。

它能有效的利用城市、住宅小区内有效的空间和土地，可随机设立，能使每个组团或每栋楼内所有的车辆可以停放；控制系统相对简单，能使住户存取车辆时，既便捷又安全可靠，易于操作。

选用单片机做控制器，容易控制。

在多种类型的车库中，垂直循环式立体车库的控制系统只需一套驱动系统，而且到位检测容易实现。

二.2总体设计方案

车库整体可以上下移动，而且转盘随电机旋转，当有车存放时，转盘转动，将空位旋转至车库的入口处，车放入车位后即完成存车动作。

取车时，转盘带动车旋转至出口处，车即可取出。

自动寻位式立体车库的核心元件是单片机，自动管理控制系统由多个执行元件、动力源构成。

控制系统包