陈福东 钟亩欣 陈炳州

摘 要：该车库主要由四大模块组成：车库框架，升降台，搬运小车，PLC控制系统。出入库采用刷卡方式，整体结构采用钢制材料制作，结构稳定，拆装方便，占地面积小，使用方便等优点。搬运小车通过单片机和PLC经过蓝牙进行信息交流，红外感应检测精准定位，进行桥车搬运。车库设置信号灯提示：红灯亮，车库系统有故障;绿灯亮，车库运正常行;蓝灯亮，当前车库有空位;白灯亮，正在存车;黄灯亮，正在取车。

关键词：工作原理;PLC控制;单片机控制;通信模块

1 引言

目前，城市用地资源越来越紧缺，生活水平的不断提高，家用轿车也越来越多，停车位已满足不了人们的需求。为了缓解这问题，研究一种立体垂直升降车库。立体车库的优点很多，具有高度的机械化、智能化[4]。它具有占地面积小、空间利用率高等优势，可有效缓解城市停车难的现状。同时5G的快速发展，uRRLLC将会在工业精确控制发挥巨大的作用[4]，立体车库更能体现现代化发展程度。对改善城市面貌具有重大意义，具有广阔的发展前景，车辆无处停放的问题是城市的社会、经济、交通发展到一定程度产生的结果，车库已经成为人们研究的对象。

2 工作原理

研究车库设计灵活性，采用单元组设计，第一层为存取车位，第二层以上为停车位。可根据空地大小和车位需求，进行单元组的组合，实现停放更多的车辆，对空地有更多的选择性和灵活性。存取车工作如下：

（1）存车时，汽车进入一层停车台（车主离开车位刷卡），搬运小车从升降台出来，进入汽车下面，抬升装置启动，将汽车抬离存取车位地面，搬运小车运载汽车到升降台。

（2）升降台与钢索连接，在步进电机的牵引作用下，钢索收卷，升降台直线上升，到达预定的停车位层数，升降台停止，搬运小车将汽车放置在预定的停车位，抬升装置启动，将汽车放在停车位回到升降台，升降台降至地面，存车完毕。

（3）取车时，车主刷卡，根据对应存车信息，升降台到达汽车所在车位层数，抬升装置工作，搬运小车将汽车运载到升降台上，将升降台放到地面，抬升装置将汽车送到一层存取车位，抬升装置放下汽车后回到升降台，取车完毕。

3 整体结构设计

通过研究，车库整体利用铝型材、直角三维连接件和L型角件搭建，用T型螺栓、螺母和无头内六角紧定螺丝进行固定等进行搭建。在底层存放车位装有刷卡系统，来识别车辆存放信息。载车板上装有光电开关，用来检测有无车位，确定车位信息，把信息反馈给PLC控制系统，来控制电机，进一步实现升降台的升降。设置报警装置：当车库出现故障时，必须有提示和报警装置。为此我们设置了提示灯和蜂鸣器报警装置。

3.1 搬运小车设计

车库核心在于搬运小车，采用单片机控制系统，用蓝牙实现与PLC控制系统连接通信。用步进驱动电机实现在车库里进行直线往返运动，来实现车辆的运输。在搬运小车底部装有红外传感器，当感应到车位黑色物质时，立即停止运动，并把信息反馈到PLC控制系统，实行下一步。搬运小车的抬升装置采用三角工作原理，给相应的脉冲，双电机同步驱动。滑块向前移，抬升块顶起，双齿轮啮合启动，让载车板实现垂直升降，可以把汽车抬起或放下。

3.2 车位垫板设计

在车位垫板上，设计了导轨避免搬运小车不在轨迹上行走，并且设计安全挡块和黑色感应物质有利于小车的精准定位，来确保搬运小车能停在相应位置，准确抬放汽车。

3.3 垂直升降台设计

车库中间部位安装升降台，将汽车输送到高层或底层车位。在车库顶部装有步进电机，采用齿齿啮合一级传动方式，给滚轴提供动力，通过卷筒收放钢索并绕在U型滑轮上，实现升降台的垂直升降运动。升降台由4条钢制滑轨和8个直线导轨滑块装配而成，直线导轨滑块并两两垂直相接。采用钢制导轨和两两直线导轨滑块两两相接的好处就是，钢的硬度大，不易变形，导轨光滑，滑动顺畅，不会出现晃动和卡顿现象，以便升降台平稳上升或下降。

4 控制系统制作

控制系统中，搭建好PLC和單片机的电路后，分别编写PLC和单片机的控制程序。满足条件则触发相应的程序。PLC和搬运小车上的单片机通信搭建蓝牙通信，PLC和单片机中也编写相应的通信程序。例如语句a，当用户采用刷卡方式取车时，PLC则发送“a”给单片机，单片机执行相应的程序，移动到升降台后;发送“d”给PLC，“告诉”PLC，小车已把车取出并已经回到升降台，然后PLC控制电机转动，使升降台下降回到第一层。

4.1 PLC系统设计

PLC作为基本的工业控制设备，网络与通信设备功能已经成为PLC的重要技术指标之一[2]。本文研究的车库使用的是西门子S7-200系列中的PLC，型号是CPU226 CN 24V直流供电，图1中详细标明了PLC与各被控制部件的连接线路。

除通信部分和电机驱动外，其他受控制部分都是通过PLC控制电路的通断完成。

指示灯：以白灯为例，当用户正在存车时，满足程序设定的条件，PLC控制Q1.0端口输出高电平，此时白灯所在的回路形成了电流，白灯亮，提示用户正在存车。蜂鸣器同理。

光电开关：光电开关和接近开关均为三线制，即电源正极，电源负极，信号线。并且都是PNP型，高电平有效，因为该PLC为源型输入。电源正极和电源负极正常接24V直流电源。信号线接PLC的输入端。以光电开关1为例：当车位有车时，光电开关发射的光线被遮挡，光电开关随之从信号线提供24V电压，使光电开关1所在的回路导通，PLC的输入端子10.0得电，由此可以让PLC判断车库的车位是否有车。

接近开关的触发原理基本相同，车库为三层，因此共有三个接近开关，安装在每一层车位的最左侧，当升降台上升时，会触发接近开关，PLC中和接近开关联接的计数程序会进行计数，第一层为1，第二层为2，第三层为3。接近开关的作用是使升降台能精确的停留在某一层。