全自动立体停车库控制系统设计（全套含CAD图纸）
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城镇地下智能立体停车库停车引导系统设计和分析
摘要
论文调查了应用于城镇商业区的地下立体停车库智能测控系统的基础条件。首先，对车辆存储和智能监控系统的主要组成进行了探索，方案涉及仓库引导，存取模式和传动系统。其次，成功地对车辆引导系统的超限检测模块和停车位置检测模块进行设计。第三，应用半导体激光及外围电路采集存储车辆的三维信息（例如，长、宽、高）和位置。采用STC89C52单片机进行信号采集，声光引导信息的控制及其输出。完成了基于上述信息的控制程序的编程、调试和测试。对城镇商业区停车只能引导控制的研究一定程度上降低了车库的控制成本，提高了成本效益，对立体车库的普及和应用有重要意义。
关键词：智能立体车库 半导体激光 停车引导 超限检测
1. 介绍
作为一种交通运输方式，汽车已经广泛普及，其销量逐年迅速增加。各种品牌和型号的汽车出现在我们身边且影响着我们的生活。越来越多的人认为智能立体停车库是一种缓解停车难问题的有效方式，尤其在城镇区域[1]。入库、存储、出库的安全性成为人们最终接受立体车库停车的关键因素[2]。
目前，智能立体车库的应用在我国内陆城市还处于初级阶段[3]。发展低成本、易于实现的智能立体车库控制系统具有重要的实践意义。
本文以城镇商业区为背景，应用单片机技术、声音报警技术、激光传感器及其外围电路，设计了自动引导车辆进入特定位置的城镇智能立体车库智能控制系统。汽车超限检测和停车位置检测保障了车辆和人的安全。
2. 测控方案和原理
立体车库是一种智能逻辑运输系统，是机械、电子、液压、光学、磁控、计算机技术等的集合[4]。它的主要测控系统可分解为仓库引导、自动存取模式和传输等。
仓库引导：当一辆汽车进入车库入口，检测装置检测其外形尺寸，同时将检测信号传送到STC89C52单片微型计算机（单片机）。如果检测到的长、宽、高超过范围，单片机控制系统报警且向计算机发送停止信号；其它设备停止动作，提示车辆出库。对于尺寸适合的车辆，停车位置检测模块检测车辆的位置，通过语音提示系统和引导灯引导车辆进入特定位置。
存取模式：在交通繁忙的城镇商业区，车辆进出车库频繁甚至交叉进出。为了避免连续存取车期间载车板上无车的情况，本系统选用了更加高效的叉梳式存取模式。该系统结构较为简单，传动部件少，维护成本低，运行效率高。
这里，叉梳式指停车位为一固定叉梳，电梯为一运动的叉梳。固定叉梳和运动叉梳的结构正好互补，例如，一个梳齿对应另一梳齿间的空隙。当电梯到达目的楼层，设备上的运动叉梳横移，通过相同的运动停车或取车。车辆存取是通过固定叉梳和运动叉梳的相对运动实现的，所以必须设计允许运动叉梳上下运动的充足空间。固定叉梳的一边如图1所示。
图1 固定叉梳的一边
传输设备：传输设备分为链传动和钢丝绳传动。链传动简单可靠，便于维护，成本较低，冲击相对较高且提升高度有限[5]。需要注意咬链的发生。钢丝绳驱动不受限制的底盘可以增加车库高度，降低成本，但是需要附加的钢丝绳斗和和刹车盘，又增加了安装调试的时间和成本[6]。考虑到土地和安装成本，选用钢丝绳曳引方式。
3. 仓库引导系统硬件实现
仓库引导系统分为两个阶段：即超限检测和停车位置检测。超限检测通过传感器获取车辆长、宽、高参数，确保车辆尺寸符合规格限制要求。单片机接收检测信号。当检查失败，声光报警系统发出报警信号，通知主控系统，停止接下来的动作。如果检测都通过，车辆将允许进入存储，伴随着后续操作。停车为检测使用激光传感器在车库入口检测车辆，单片机根据接收到的信号，通过灯光信号和语音提示模块，引导车辆至目的位置。图2是该系统的框图。
超限检测和停车位置检测基于光电检测方式。利用车体遮挡光线，通过同步回路选通电路检测信号有无。多组传输和接收设备判断车辆是否超限或者判断车辆位置。采用半导体激光二极管作光源发射信号，因为激光相干性和方向性好，发散角小，亮度高，易于调节。激光发射主要由激光调制器，驱动电路和半导体激光二极管等组成。激光调制管等效为一集成电路，它有一个锁相环电路，自动增益控制。给激光管发送一特定频率的振荡波后，经芯片放大，激光管发光。选用日本的三洋红光半导体激光二极管DL-3147-3147作为激光传输器。激光接收器主要由接收电路、放大电路、解调电路、驱动电路、执行电路等组成。激光接收装置接收波长500nm~500nm,频率范围160KHZ到200KHZ的光波，占空比调制范围20~30%。输出的数字电压信号经电容滤波，送至单片机作后续处理。单片机通过接收到的信号判断车辆信息，控制语音提示和引导灯。激光发射器和接收器组成了激光传感器。激光发射电路如图3所示。
图3 激光发射电路
A. 车辆超限检测
激光传感器测量车辆尺寸，以确保存储车辆未超过车库规格限制。这一模块由5对激光传感器组成，检测车辆的长、宽和高。两对传感器安装在仓库两侧墙面某高度位置。两对传感器（C1和C2）检测车辆长度；两对传感器（D1和D2）加测检测车辆宽度；传感器E检测车辆高度，检测电路如图4所示。当接收到激光，常低的接收器输出一高电平信号。
图4 超限检测与单片机接口电路
定位检测和超限检测激光传感器布局如图5.当一汽车到达，单片机控制激光传感器。如果P2.0为低电平，认为车辆超限。根据接收到的信号，单片机控制引导灯，蜂鸣器和语音提示系统。
图5 激光传感器布局
B. 停车位置检测
在单片机的控制下，车库入口的引导灯和语音提示的组合引导驾驶员将车辆停放至以特定位置。单片机根据接收到的信号判断车辆位置，然后同步语音提示和车辆向前、向后或停车完成的引导灯。八个激光传感器被水平安装在车库入口两边前面上适宜高度位置，分为两组。根据车辆方向好，激光接收器编号为A3~A0和B0~B3。
A3~A0形成一四位二进制码A，A3为高位，A0为低位，B0~B3形成一四位二进制码B，B3为高位，B0为低位。将A和B放入74LS85四位数字比较器，输出分别连接到单片I/O端口，如图6。
单片机通过处理I/O端口信息判断车辆是否停在指定位置，然后发送信号至指示灯和语音提示系统。74LS85为一高电平有效逻辑芯片，高电平代表“1”，低电平代表“0”。如果P2.3为低电平，例如AB，代表车辆停在指定位置前面，则“向后”指示灯亮起，语音提示车辆后退。确认车辆到位后，单片机发送请求至其他系统，叉梳开始运动并将车辆运送至分配好的车位进行存储。
C：语音提示
语音提示模块实现自动语音提示功能。语音模块采用ISD公司的ISD1420语音芯片。低功耗ISD1420芯片待机功率0.5W,播放时间为20s。可连续播放或分段播放。整个时间可被分为160段，最小一段：20s/160 段=0.125s，信息存储无需供电。按钮S1，S2,S3主要实现模块芯片的手动录音调试，单片机通过P0端口选择播放内容。ISD1420的PLAYL引脚和REC引脚分别通过上拉电阻连接到单片机的P2.7和P2.6引脚，从而控制语音提示的播放。语音提示和单片机接口电路如图7.。
图6 定位检测和单片机接口电路
图7 语音提示和单片机接口电路
4.仓库引导系统软件实现
引导系统程序主要由初始化、超限检测、位置检测、引导指示、语音提示等组成。程序流程图如图8。初始化主要设置通信、中断、定时器初始状态等。
5. 结论
论文研究了应用于城镇商业区的立体车库的车辆停车引导系统的智能控制方法。
智能停车引导系统利用激光传感器判断车辆是否超限和指定位置，STC89C52单片微型计算机控制语音提示模块和引导灯模块，引导车辆进入指定位置，实现车辆存储引导的智能运行。系统亦可使用在于其他定位和引导应用。叉梳式存取方式能有效避免存取车时的空行程，提高存取效率。系统的不同部分相互配合以实现城镇商业去立体车库的高效、安全、智能存取。
致谢
感谢第三届仪器测量、计算机、通信和控制国际会议的支持。
图8 程序流程图
参考文献
[1] Manli Cha, Mingxing Lin, Monitoring system for stereo garage, [J] Chinese Journal of scientific instrument, vol. 27 No. 6, 2006, pp. 140–141.
[2] Yubin Zhang, Yunping Yao, Zhengang Wu, Intelligent Infusion Device Control System Based on Chip Microcomputer. In International Forum on Information Technology and Applications.Kunming, 2010, pp. 301–304.
[3] Mingsheng Qu,Sun Wei, Deqiang Jing, Car storage-retrieval safety problems in up-and-down translation parking equipment㸪[J] Hoisting and Conveying Machinery, vol.10, 2012, pp. 107–109.
[4] Dusan Teodorovic, Panta Lucic, Intelligent parking systems, [J] EuroPean Journal of Operational Research, vol. 175, 2006, pp. 1666-1681
[5] Holton, Amy E., Fisher, Donald L, Advanced parking management systems:Models of drivers’Parking strategies,[J] Proeeedings of the Human Factors and Ergonomies Society, vol. 3, 2003,pp. 34–37.
[6] He Jun, Fangkui Chen, Application of intelligent accessing & handover carrier in high-rise parking equipment, [J] Hoisting and Conveying Machinery, vol.9, 2012, pp. 79–82.
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