杨镇东

（山西大同大学机电工程学院，大同 037009）

1 引言

目前汽车的保有量越来越多，停车难已经成为了一个不可忽视的问题，欧美日等发达国家是最先开始发展立体车库相关设备以及技术的，尤其是德国以及日本两个国家，这项技术最早是德国进行开发的，并且现在德国的技术在世界范围内也是非常领先的，其次就是日本，之所以日本开发立体车库，主要就是因为其国土面积较小[1]。随着科学技术的不断发展，立体车库技术也在不断更新[2]。对于我国而言，是在上个世纪的九十年代开始意识到立体车库对于城市停车难问题的重要性，同时在这个时期对其进行了大量的研究，可是现在我国的技术还是处在一个发展阶段。目前国内立体车库的使用率很低，在技术上和欧美日等发达国家还存在着不小的差距，特别是针对于立体车库的智能管理。并且在车库的建造以及相关设计也有很多不足，能够看得出来，目前我国在这项技术上缺乏核心技术，特别是缺少针对于立体车库通信方案设计的相关研究，实现便捷、稳定的控制，提高通讯稳定性和安全性是研究的重要方向。

2 立体车库通信方案整体设计

2.1 通信控制方案

垂直循环立体停车库属于一种机械式的停车设备，其就是在垂直方面上面能够实现循环运动，同时进行汽车的存取操作的停车设备。对于这种停车库来说，传动系统一般都是通过三部分来构成的，分别是减速器、电机以及传动链条。对于立体车库而言，其整体能够实现上下的移动，同时对于转盘而言，其在电机的驱动之下能够实现不同角度的旋转，一旦有汽车想要进行存放，那么在这个过程中，转盘就能够将车库里面的空车位旋转到入口处，然后汽车在进入到这个空车位之后就实现了存车操作。在进行取车的时候，通过转盘将汽车旋转到车库的出口，这样就完成了取车操作。

立体车库通讯中心为STM单片机，作为最为核心的一个元件，在车库的自动管理系统里面，包含有若干个动力源以及执行元件。对于控制系统而言，其主要包含微处理器、读卡机等。在立体车库的支撑轴下面均进行了电机的安装，这些电机就是系统的执行元件。在用户对操作平台进行使用的时候，系统的核心元件单片机会对用户的操作进行接收，同时对元件的具体状态进行判断，同时对执行元件的信息进行读取，之后再利用软件进行控制信息的安排，再将这些信息传送至相应的执行元件，从而使车位被移动到指定的位置，完成车位的移动。

单片机在整个系统中属于一个控制核心，而对于检测装置而言，其会把所检测到的相关信号传输到系统的单片机里面。之后单片机就开始针对这些信号进行相应的处理，对当前立体车库里面所存在的空车位的具体数量进行一个判断，同时把判断出来的数量进行传送，在传送到LED显示屏后，就能够显示出来了。对于IC卡而言，其作用就是通信系统里面的单片机，从而实现储存信号以及读取信息。对于控制核心单片机而言，其会通过所获取到的数据控制车库，利用相应的动力控制电路对电极的状态进行控制，最终实现立体车库的自动运转。

2.2 单片机信息处理最小系统

在上面的内容中已经介绍过单片机是整个系统的控制核心。为了能够有效的对接口电路进行简化，选择的是单片机最小系统，同时在配置上矩阵键盘以及12864显示模块。为了便于单片机下载程序，又配置了单片机烧录接口。同时应引出输入输出口，方便使用。

2.3 电机驱动控制信息执行方案

在本文所设计的方案中，电机的选型是28BYJ-48步进电机。对于这种电机，一般情况下都是选择L298N以及ULN2003来作为驱动模块。对于步进电机而言，单片机所输出的电流是无法带动其进行工作的，同时单片机的输入输出口进行的是数字信号的输出。想要实现电机的工作一定要在电机与单片机之间配置一个驱动器。通过驱动器就能够利用单片机使得电机工作了。对于ULN2003 驱动模块而言，其拥有着对信号进行放大的能力，能够将单片机所输出的信号进行放大，达到能够使得电机进行工作所对应的电流强度大小。因此通过驱动模块的使用，电路会更加的简单。对于L298N而言，其属于电流较大，电压较高的集成电路，驱动能力更强，同时其还拥有过电流保护能力，在电机出现问题的时候，能够进行保护。另外，其抗干扰能力也很强。对于L298N而言，一般都是通过其对感性负载进行驱动。在比较了这两种驱动模块之后，本文选择L298N来作为本文系统的驱动器。

2.4 系统信息检测方案的设计

系统检测部分是信息的采集部分，检测数据的准确性，是保证控制系统发出指令准确的基础。对于车库而言，传感器的作用就是检测当前车库的车位情况。

2.4.1 空车位信息的检测

设计检测部分的时候，选择了八个光电开关配置在系统中，利用光电开关对车库车位的情况进行检测。目前常用的光电开关有三种，第一种对射式光电开关所具有的最大优势就是检测的距离长度较远。对于第二种反射式光电开关而言，存在一个缺陷就是其检测距离存在一定的限制，只能在光束的交点旁边实现检测。而对于第三种镜面反射式的光电开关来说，其不仅具有着相对比较远的检测距离，同时还能够对透明的物体进行检测。检测车库内车位的时候，因为一个车位的长度通常在4米左右，因此通过对射式光电开关检测。

对于光电开关而言，传输信息给单片机的信号只有两种，分别是低电平以及高电平，通过电路图的表述能够看出，在车库车位上面存在汽车的时候，对于光电开关而言，其接收端没有办法对发射端的信号进行接收，三极管没有办法导通，因此对于单片机而言所接收到的是高电平。一样的原理，在车位上没有汽车的时候，接收到的就是低电平。这样就能够对车位上面是否有车进行判断。

2.4.2 到位信息检测

图1 光电开关信息传输电路图

我们将检测车位是否达到了指定位置的过程，称为到位检测。由于系统仅可以对电机的开关、转向进行控制，而具体的角度无法控制，因此应新引入一个检测装置，在车位已经达到指定的位置之后，向单片机传递一个信息，通过单片机使得电机不再工作。

与车位检测中检测装置一样，仅仅配置一个光电开关就行了。把光电开关的发射端安装于传动轮的圆盘上面，然后选定一个传动装置，让这个传动轮能够和链条一直确保这个关系：在传动轮转动了一圈之后，相应的成为就会进行一个位置的移动。一旦光电开关出现了一次变化，那么在单片机的内部储存单元里面，就进行一个加1操作，通过累计的数值就能够对车位的旋转数量进行检测，一旦达到了旋转车位数的时候，那么电机在单片机的控制下就不再工作了。

3 信息处理软件设计

软件部分设计为信息的处理过程，通过对信息的处理，实现通讯的逻辑性，保证控制信号的顺利传输。在本文系统的软件设计这一部分中，主要包含的就是三大内容，分别是矩阵键盘的按键扫描、电机控制以及液晶屏显示。本文设计中所研究的是一个垂直循环式的立体车库，在一圈里面共设8个车位。车库能够实现两个方向的旋转。为了使用户体验得到加强，使得用户能够对自己想要停的车位进行选择。因此最优存取车在设计过程中所要进行实现的是用户所选择的车位，并不是系统所选择的车位。在用户存车的过程中，需要其在键盘上面选择自己想要停的车位，同时按下，这个系统就会对这个车位进行判断，接下来就会通过对电机的驱动从而使得车库旋转，这样就能够在最快的时间内将没有停车的车位旋转至存车入口。类似于存车，在用户取车的过程中，用户需要将刚才停车的车位号按下，系统就会驱动电机开始旋转车库，从而实现最快的时间进行取车。