基于单片机的自动化立体车库控制系统设计

卢传荣

【摘 要】本设计综合考虑各种因素，选择摩天轮式立体车库作为研究对象，以单片机作为控制系统的处理器，以步进电机作为立体车库的动力源，设计并制作了一个立体车库模型。

【关键词】立体车库；摩天轮式；步进电机；单片机

【Abstract】Comprehensive consideration of various factors of the design， select wheel type parking study， based on the single chip processor control system， stepper motor as a power source of parking， a garage model is designed and produced.

【Key words】Stereo garage； Ferris wheel； Stepping Motor； Single-chip microcomputer

0 前言

由于国民经济的快速发展和城市化进程的快速推进，我国的汽车数量快速增加，越来越多的汽车走入普通百姓的家中，而经济基础较好的家庭甚至有两辆甚至更多。而与之相对应的是城市停车设施的发展相对缓慢，车多而停车位少的问题一天比一天严重。

车辆增长快、泊车位不足而形成的供需矛盾除了会导致交通拥堵，让城市交通秩序变得混乱，还会降低城市的运行效率，成为城市发展的绊脚石。因此，解决停车难的问题刻不容缓，而要解决这个问题，最好的方法是加快立体车库的建设。立体车库是借助机械或者机械设备来达到最大量存取和储放车辆的一种存放车辆的设施，它是缓解停车难问题和解决城市土地使用紧张的一个有效方法。因为它不但占用土地面积小，而且可以实现空间的最优利用，使用起来安全便利，同时可以有效缓解城市交通车辆的流通缓慢的问题。但是考虑经济问题，如果一台家用的立体车库也使用一台PLC作为车库的控制核心 ，显然很不划算。但要是使用单片机代替 PLC作为自动化立体车库的处理器，不但能大大地减少投入的资金，而且 也可以达到和PLC产品同样的控制效果。更重要的是，在此基础上并没有失去安全保护和故障诊断等功能，具有和 PLC控制一样的稳定、可靠。

1 立体车库控制系统硬件设计

1.1 立体车库控制系统的原理

本设计是基于STC89C52单片机的摩天轮式立体车库控制系统，整个系统由51单片机系统、12864显示屏、矩阵键盘、步进电机驱动器、28BYJ-48步进电机和摩天轮立体车库机械模型组成。当用户要存车时，首先通过系统的显示屏知道立体车库哪些车位是空的，然后选择要停车的车位，按下车位号对应的按键，最后按下存车确认按钮，单片机判断执行程序，选择最优路径让摩天轮把用户选择的空车位旋转到车库入口处，车辆入库后即完成存车操作。当用户要取车时，在键盘上按下自己车辆所停的车位号，最后按下取车确认按钮，单片机判断执行程序，选择最优路径让摩天轮把用户车辆旋转到车库出口处，完成取车操作。

1.2 立体车库的模型设计

摩天轮式立体车库的模型设计是使用三维绘图软件SolidWorks2014完成的，SolidWorks不但功能强大、齐全，而且人机交互面简单，简单易用。摩天轮式立体车库模型是由车筐、转盘、支架、主轴和轴承组成的。绘图时分别绘制摩天轮各个部分的零件图，然后把各个零件图装配起来，其整体模型效果如图1所示：

1.3 单片机最小系统设计

自动化立体车库的控制核心是STC89C52单片机。为了简化外部接口电路，本次选用单片机最小应用系统加上12864显示模块和矩阵键盘。在单片机最小应用系统的基础上加上单片机烧录接口，方便单片机程序的下载。并且要把I/O口引出，以供使用。当单片机系统在运行过程中发生故障时，如果要让单片机重新正常工作，让其内部的程序从头开始执行，可以通过按下单片机的复位按钮来实现。复位电路中的电容C3大小一般在10uF～30uF之间，它接影响了单片机的复位时间，要想让单片机的复位时间短，这个电容就要尽可能的大。单片机的晶振影响着单片机的处理速度，所以Y2一般采用11.0592MHz。

1.4 28BYJ-48步进电机的驱动方法

28BYJ-48是4相永磁式减速步进电机，它在直流5V到直流12V之间可以正常地工作。步进电机28BYJ-48常用的驱动模块有L298N和ULN2003。

单片机的输出电流不足以带动步进电机正常工作，而且单片机的I/O口输出的是数字信号。要让步进电机正常工作需要在单片机和电机之间搭一个桥梁，而这个桥梁就是步进电机的驱动器。有了这个桥梁就可以用单片机控制驱动芯片，单片机的输出信号经过驱动器放大后再发送到对应的电机接口，驱动步进电机工作。

ULN2003驱动模块具有放大信号的作用，可以把单片机输出的TTL信号放大到能够让电机转动的电流强度。所以使用ULN2003驱动步进电机，不仅电路简单，而且使用方便。而L298N是一种高电压、大电流双H桥功率的集成电路，它有更强的驱动能力，而为具有过电流保护，当电机发生故障时，它可以保护电路和电机。除此之外，L298N使用两抑制输入来消除干扰，具有很强的抗干扰能力。L298N常用来驱动各种各样的感性负载。

通过综合比较ULN2003模块和L298N模块，本设计采用L298N作为28BYJ-48步进电机的驱动器。

2 立体车库控制系统软件设计

2.1 控制系统的主程序功能及流程图

摩天轮式立体车的控制系统软件设计主要包括电机的正反转控制、矩阵键盘的按键扫描和12864液晶屏显示。整个系统主要实现以下几个功能：

1）程序的初始化；

2）立体车库状态的显示；

3）读取存取车的指令；

4）调用存取车的程序；

5）给步进电机相应的信号，实现存取车。

主程序流程图如图2所示。

2.2 最优存取车的实现

最优存取车就是要存取车所花费的时间最短。本设计研究的是摩天轮立式体车库，摩天轮一圈共有八个车位。摩天式立体车库可以顺时针旋转和逆时针旋转，为了增加用户体验，给用户自己根据当前的空车位的情况选择自己喜欢的停车位。所以本设计最优存取车的实现是基于用户选择的车位号，而不是由系统自行判断最优车位，然后让用户把车辆停在最优车位上。当用户需要存车时，从控制面板的键盘上按下自己要停的空车位号时，系统会自动判断你按下车位号的在摩天轮式立体车库的那个位置，然后根据你按下的车位的位置驱动步进电机顺时针旋转还是逆时针旋转，以达到用最短的时间把相应的车位转到存车入口处。同理，取车时也是根据用户按下的车位号判断相应的车位所在的位置，然后判断摩天轮立体车库顺时针旋转还是逆时针旋转才是最优，然后对步进电机作出相应的控制。

3 结束语

本文从车辆多而停车位少的实际问题出发，综合考虑经济投入、占地大小、美观等因素，设计出一种基于单片机的摩天轮式的自动化立体车库控制系统。摩天轮式立体车库不仅可以停放车辆，而且可以作为城市景观供人们欣赏，增加城市的文化氛围，可谓一物两用。

【参考文献】

[1]余师芳，陈姿信.南宁市停车难问题调研分析[J].中共南宁市委党校学报，2013（6）：38.

[2]刘传炜，唐佳，蒲永红.摩天轮式立体车库的创新设计与模型制作[J].产业与科技论坛，2012.11（8）：76.

[3]李全利.单片机原理及接口技术[M].北京：高等教育出版社，2009.

[4]郭天祥.新概念51单片机C语言教程——入门、提高、开发、拓展全攻略[M].北京：电子工业出版社，2009.

[责任编辑：王伟平]