硕士论文-基于DSP的多层循环式立体车库控制系统的研究与设计.pdf

中图分类号T P 3 3 2 l766 8 63 密级 天津理工大学研究生学位论文 基于D S P 的多层循环式立体车库 控制系统的研究与设计 、( 申请硕士学位) 学科专业：电力系统及其自动化 研究方向：电力系统分析与控制 作者姓名：张海涛 指导教师：马幼捷教授 2 0 0 9 年1 2 月 I l ll l II Il l ll l lI I I II II 17 4 9 9 7 7 T h e s i sS u b m i t t e dt oT i a n ji nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g yf o r t h eM a s t e r SD e g r e e R e s e a r c ha n dD e s i g no nM u l t i l a y e r - C y c l e - T y p e T h r e e d i m e n s i o n a lG a r a g eC o n t r o lS y s t e mB a s e dO nD S P B y Z h a n gH a i - t a o S u p e r v i s o r P r o f M aY o u - j i e D e c e m b e r ，2 0 0 9 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取 得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得丞洼堡王太堂 或 其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研 究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示- S N 意。 学位论文作者签名：缈酶磕 签字日期：土j 年多月厶日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丞洼理王太堂有关保留、使用学位论文 的规定。特授权天津理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编， 以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复本和电子 文件。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：积德冶 导师签名： 孑铀也 、 签字日期：夕吖9 年月夕日签字日期：伽辟弓月I o 日 摘要 随着经济的快速发展和城市化水平的不断提高，世界汽车拥有量在同益增加，如何 解决停车难问题已经成为了全世界亟待解决的问题。立体车库以其占地空间小的优势成 为了解决现代城市交通堵塞和停车难问题的重要途径之一。目 j 国内外的立体车库大多 采用可编程逻辑控制器P L C ( P r o g r a m m a b l eL o g i cC o n t r o l l e r ) 作为控制核心，但是以 P L C 作为控制核心的控制系统体积大、价格昂贵、运算速度慢、出错率高，已经不能满 足立体车库控制技术飞速发展的需要。寻求一种速度更快、性能更强、集成度更高的芯 片已经成为立体车库发展的迫切需要。数字信号处理器D S P ( D i g i t a lS i g n a lP r o c e s s o r ) 的出现，从根本上解决了这个问题。D S P 是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理 大量信息的器件，其不仅具有可编程性，而且实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指 令程序，远远超过通用微处理器，在数字化电子领域中具有极其广阔的发展前景。 本论文通过分析国内外立体车库控制核心的发展现状，针对目前立体车库在控制核 心方面所遇到的问题，研究开发出一种基于D S P 芯片的智能多层循环式立体车库控制系 统。该系统能够降低立体车库的运行成本和控制成本，提高运行速度，减小控制系统的 体积，提高系统运行的稳定性和可靠性。系统以D S P 芯片作为控制核心，外接数字信号 调理电路和模拟信号调理电路，通过C 语言程序对控制各种电机的接触器开关进行顺序 通断控制来实现对多层循环式立体车库的控制。在器件选择方面，本文选用的控制芯片 是具有代表性的美国T I 公司生产的T M S 3 2 0 F 2 8 1 2 型D S P 芯片以及日本东芝公司生产的 T L P l 8 1 型光耦合器；在软件设计方面，采用主程序调用中断程序的编程思想，对多层 循环式立体车库控制系统的软件结构进行了总体方案设计，并对总体方案中的重要中断 子程序进行了具体设计。 论文首先简要地介绍了立体车库的需求及其特点，针对目前立体车库在控制领域遇 到的问题，通过对比D S P 和P L C 论述了用数字化D S P 芯片取代P L C 作为控制系统控制核 心的必要性，说明了论文中基于D S P 的多层循环式立体车库控制系统研究的目的和意义。 其次，论文对多层循环式立体车库控制系统的设计作了详细的阐述。主要从以下三 方面展开：多层循环式立体车库控制系统的总体方案设计、控制系统的硬件实现和控制 系统的软件实现。在总体方案设计部分，主要对多层循环式立体车库控制系统的硬件结 构和软件结构进行了总体方案设计；在控制系统硬件实现部分，主要对模拟信号调理电 路和数字信号调理电路进行了具体硬件设计，并对整个控制系统的硬件集成进行了设 计；在控制系统软件实现部分，主要对软件总体方案中的具体子程序进行了详细设计， 并对立体车库控制系统的软件集成进行了详细设计。 最后，就本系统在研究中存在的不足和需要完善的地方做了总结，指出课题的进一 步研究工作。 关键词：数字处理器( D S P )可编程逻辑控制器( P L C )多层循环 立体车库控制系统 A b s t r a c t W i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fe c o n o m ya n dt h ec o n t i n u o u si m p r o v e m e n to ft h el e v e I o fu r b a n i z a t i o n ，t h en u m b e ro fv e h i c l e si nt h ew o r l di si n c r e a s i n ge v e r y d a y H o wt od e a lw i t h t h ep r o b l e mo fp a r k i n gh a sb e c o m eam o r ea n dm o r ei m p o r t a n tp r o b l e mw h i c hi st ob es o l v e d u r g e n t l yT h r e e - d i m e n s i o n a lg a r a g eh a sb e c o m ea m o s ti m p o r t a n tw a yo fs o l v i n gt h ep r o b l e m o fd i f f i c u l tp a r k i n ga n dt r a f f i cd r a mi nm o d e mc i t i e sb e c a u s eo fi t sa d v a n t a g e so fl e s sa r e ao f p a r k i n gc a r s R e c e n t l y P L C ( P r o g r a m m a b l eL o g i cC o n t r o l l e r ) w a st a k e na st h ec o n t r o lc o r e o fm o s tt h r e e d i m e n s i o n a lg a r a g e sa th o m ea n da b r o a d H o w e v e r , t h ec o n t r o ls y s t e mw h i c hi s b a s e do nP L Ch a st h ed i s a d v a n t a g e so fl a r g ev o l u m e ，h i g hp r i c e ，l o wo p e r a t i o n a ls p e e da n d h i g he r r o rr a t e a n dC a nn o tm e e tt h en e e d so ft h ed e v e l o p m e n to fc o n t r o lt e c h n o l o g yo ft h e t h r e e d i m e n s i o n a lg a r a g e T h e r e f o r e ，t h ec h i pw i t hm u c hf a s t e ro p e r a t i o n a ls p e e d ，h i g h e r p e r f o r m a n c ea n dh i g h e ri n t e g r a t i o ni s t ob en e e d e du r g e n t l yb e c a u s eo ft h ed e v e l o p m e n to f t h et h r e e d i m e n s i o n a lg a r a g e ，w h i c hh a sb e e nf i g u r e do u tb e c a u s eo ft h ee m e r g e n c eo fD S P ( D 培t a lS i g n a lP r o c e s s o r ) D S P i sak i n do fu n i q u em i c r o p r o c e s s o r , ak i n do fp r o c e s s o rw h i c h d e a lw i t hl a r g ei n f o r m a t i o nb yd i g i t a ls i g n a la n dak i n do fp r o g r a m m a b l ep r o c e s s o rw h o s e r e a l - t i m eo p e r a t i o n a ls p e e dc a nu pt od e a l i n gw i t hb i l l i o n so fc o m m a n dp r o c e d u r e si no n e s e c o n dw h i c hi sm u c hf a s t e rt h a ng e n e r a lp r o c e s s o r T h e r e f o r e ，D S Ph a sb r o a dp r o s p e c t sf o r d e v e l o p m e n ti nt h ef i e l do fd i g i t a le l e c t r o n i c s T h e r e f o r e ，ak i n do fm o d e md i g i t a li n t e l l i g e n tm u l t i l a y e r - c y c l e t y p et h r e e d i m e n s i o n a l g a r a g ec o n t r o ls y s t e mw h i c hi sb a s e do nD S P i sd e s i g n e di nt l l i Sp a p e rb ya n a l y z i n gt h e d e v e l o p m e n ts t a t u so ft h r e e d i m e n s i o n a lg a r a g ec o n t r o lc o r ea th o m ea n da b r o a d ，a sw e l la s a c c o r d i n gt ot h er e c e n td i f f i c u l t i e so ft h ec o n t r o lc o r eo ft h r e e d i m e n s i o n a lg a r a g e T h i s c o n t r o ls y s t e mC a nr e d u c eo p e r a t i o nc o s t sa n dc o n t r o lc o s t so ft h r e e - d i m e n s i o n a lg a r a g e ， m a k et h es p e e do fo p e r a t i o nm u c hf a s t e r , r e d u c et h ev o l u m eo fg a r a g e ，a n di m p r o v et h e s t a b i l i t ya n dr e l i a b i l i t yo ft h ew h o l et h r e e - d i m e n s i o n a lg a r a g ec o n t r o ls y s t e m I tt o o kD S P a s t h ec o n t r o lc o r e ，c o n n e c t e dt h ed i g i t a ls i g n a lc o n d i t i o n i n gc i r c u i ta n dt h ea n a l o gc o n d i t i o n i n g c i r c u i ta n dc o n t r o l l e dt h em u l t i l a y e r - c y c l e - t y p et h r e e - d i m e n s i o n a lg a r a g eb yc o n t r o l l i n gt h e c o n t a c ts w i t c h e ro fa l lk i n d so fm o t o r si no r d e rb ym e a n so fs o m es p e c i a lp r o g r a mm a d eb y l a n g u a g eC A sf o rd e v i c es e l e c t i o n ，t h er e p r e s e n t a t i v eD S Pw h o s et y p ei sT M S 3 2 0 F 2 8 12 m a d eb yA m e r i c a nc o m p a n yT Ia n dt h eo p t o c o u p l e ri s o l a t i o n sw h o s et y p e si sT L P181m a d e b yJ a p a n e s ec o m p a n yT O S H I B Aa r eu s e di nt h i sp a p e nA sf o rt h es o f t w a r ed e s i g np a r t ，t h i s p a p e ru s e dt h ei d e ao fm a i np r o g r a mc a l l i n gi n t e r r u p tp r o g r a mt op r o g r a m m e ，d e s i g n e dt h e o v e r a l ls c h e m ed e c i s i o no ft h em u l t i l a y e r - c y c l e - t y p et h r e e d i m e n s i o n a lg a r a g e Ss o f t w a r e s t r u c t u r e ，a n da l s od e s i g n e dt h ei m p o r t a n ts u b i n t e r r u p tp r o g r a mo ft h eo v e r a l ls c h e m e d e c i s i o ni nd e t a i l F i r s t l y , t h er e q u i r e m e n ta n df e a t u r e so ft h r e e d i m e n s i o n a lg a r a g ea r ei n t r o d u c e db r i e f l y i nt h i sp a p e r I na l l u s i o nt ot h ep r o b l e m sw h i c ha r ef a c e db yt h r e e d i m e n s i o n a lg a r a g ei nt h e c o n t r o lf i e l d ，b yc o m p a r i n gD S Pa n dP L C ，d i s c u s s e dt h en e c e s s i t yo fu s i n g d i g i t i z i n gD S P t o r e p l a c eP L Ca 8t h ec o r eo fc o n t r o ls y s t e m E x p l a i n e dt h ep u r p o s ea n dm e a n i n go ft h i s m u l t i l a y e r - c y c l e - t y p et h r e e - d i m e n s i o n a lg a r a g ec o n t r o ls y s t e mr e s e a r c hw h i c hb a s e do nD S P S e c o n d l y , t h ed e s i g na n dt e s t i n go fc o n t r o ls y s t e ma r ei n t r o d u c e dp a r t i c u l a r l yt h r o u g h t h r e e a s p e c t s ：t h ed e s i g n o ft h eo v e r a l ls c h e m ed e c i s i o n i n m u l t i l a y e r - c y c l e t y p e t h r e e - d i m e n s i o n a lg a r a g ec o n t r 0 1s y s t e m 、t h eh a r d w a r ei m p l e m e n t a t i o na n dt h es o f t w a r e i m p l e m e n t a t i o no ft h ec o n t r o ls y s t e m I nt h eo v e r a l ls c h e m ed e c i s i o nd e s i g np a r t ，t h i sp a p e r m a i n l yd e s i g n e d t h e m u l t i l a y e r - c y c l e t y p et h r e e d i m e n s i o n a l g a r a g e c o n t r o l s y s t e m S h a r d w a r es t r u c t u r ea n ds o f t w a r es t r u c t u r e ； I nt h eh a r d w a r ei m p l e m e n t a t i o no ft h ec o n t r o l s y s t e mp a r t ，低sp a p e rc o n c r e t e l yd e s i g n e db o t hd i g i t a ls i g n a lc o n d i t i o n i n gc i r c u i ta n dt h e a n a l o gc o n d i t i o n i n g c i r c u i ta n da l s o d e s i g n e dt h e w h o l ec o n t r o l s y s t e m S h a r d w a r e i n t e g r a t i o n ；I nt h es o f t w a r ei m p l e m e n t a t i o no ft h ec o n t r o ls y s t e mp a r t ，t h i sp a p e rd e s i g n e d s p e c i f i cs u b p r o g r a mo ft h ec o n t r o ls y s t e m Ss o f t w a r ei n t e g r a t i o ni nd e t a i l 。 A tl a s t ，t h es h o r t a g ea n ds o m ea s p e c t so ft h es y s t e mw h i c hn e e dt ob ei m p r o v e da r e g i v e n T h eo u t l o o ko ff u t u r er e s e a r c hi Sp u tf o r w a r d t o o K e yw o r d s ：D i g i t a lS i g n a lP r o c e s s o r ( D S P ) ，P r o g r a m m a b l eL o g i cC o n t r o l l e r ( P L C ) ， M u l t i l a y e r - C y c l e ，T h r e e d i m e n s i o n a lG a r a g e ，C o n t r o lS y s t e m 目录 第一章绪论1 1 1 课题研究的背景和意义1 1 2 立体车库概述2 1 3 立体车库控制系统的研究现状3 1 4 立体车库控制系统存在的问题及发展方向3 1 5 本文的主要工作5 第二章基于D S P 的多层循环式立体车库控制系统总体方案设计6 2 1 多层循环式立体车库的构成及运行过程6 2 2 基于D S P 的多层循环式立体车库控制系统硬件总体设计8 2 3 基于D S P 的多层循环式立体车库控制系统软件总体设计9 2 4 小结1 1 第三章基于D S P 的多层循环式立体车库控制系统的硬件实现1 2 3 1 模拟信号调理电路设计1 2 3 1 1 交流电流信号调理电路1 2 3 1 2 交流电压信号调理电路1 4 3 2 数字信号调理电路设计1 4 3 2 1 数字输入信号调理电路1 5 3 2 2 数字输出信号调理电路1 6 3 3 基于D S P 的多层循环式立体车库控制系统的硬件集成设计1 7 3 4 小结1 8 第四章基于D S P 的多层循环式立体车库控制系统的软件实现2 0 4 1 引言2 0 4 2 车库自动运行程序设计2 1 4 3 车库手动运行程序设计2 6 4 4 车库监控报警程序设计2 8 4 5 循环冗余校验算法实现2 9 4 6 抗干扰措施3 2 4 7 基于D S P 的多层循环式立体车库控制系统的软件集成设计3 2 4 8 小结3 4 第五章论文总结与展望3 5 5 1 论文总结3 5 5 2 工作展望3 6 参考文献3 7 附录4 1 发表的论文和科研情况说明4 4 致谢。4 5 第一章绪论 1 1 课题研究的背景和意义 第一章绪论 随着国民经济的快速发展以及我国城市化水平的不断提高，城市交通拥挤的问题越 来越突出。车辆逐渐增多，城市道路设施与经济发展的速度不相称，造成了动态交通的 严重阻塞，同时停车场地设置的不合理等问题，造成了严重的占道停车现象，占用了居 住区绿地，形成静态交通混乱，从而进一步加剧了交通拥挤，严重破坏了城市的居住环 境和城市形象，动态交通问题和静态交通问题形成了恶性循环。据相关部门统计，截 止到2 0 0 3 年年底，中国机动车保有量已经达到了9 6 4 9 万辆，到2 0 0 5 年年底，小型汽 车保有量已经达到了3 0 0 0 万辆，其中，轿车保有量达到了1 0 0 0 万辆。然而j 目前我国 城市停车位与机动车的保有量之比大约为l ：5 ，也就是说，停车位的满足率只有2 0 左 右。由于停车车位的严重不足，造成了机动车非法停放的现象同益严重。根据统计，上 海市市中心占道停放的车辆占总停放车辆的6 4 ，按照目前上海1 6 0 万辆的汽车保有量 来计算，理想停车位应该有2 0 8 万个，但是目前上海开放的社会停车库只有3 万个停车 位，这样就造成了许多车辆根本无处停放。从国际城市建设的经验来看，要想保证城市 交通不拥堵，不但要满足1 0 0 的基本停车位，而且还要能满足2 0 的公共停车位。近 年来，新增轿车数量每年在2 0 0 万辆左右，按照停车位与轿车数之比为5 ：6 来计算，只 有每年新增停车位2 9 0 万个，才能满足现代城市停车的需求垤3 。 目前国内国际多数的城市都是寸土寸金，交通的压力正在逐渐从动态交通向静态交 通转化，“停车难”问题已经成为了影响现代城市发展的公共性难题之一。根据权威部 门估算，到2 0 1 0 年中国轿车保有量将突破7 0 0 0 万辆，停车位需增加4 8 0 0 万个，平均 每年需求约9 6 0 万个，然而目前全国已经建成的立体停车位只有3 0 万个。 能否解决城市交通堵塞和停车难的问题，已经成为了影响城市建设和制约经济发展 的一个重要因素。在市场需求的影响下机械式立体停车设备应运而生了，立体车库顺应 市场经济的发展，这一新生型机械停车设备一改传统的停车场单层平面停车的方法，通 过向地下或空中发展来存取更多的车辆，这在用地紧张、车辆多车位少的状况下，在现 代都市停车问题中将会大显身手口3 。 相比于常规的大中型停车场，立体车库以其节省占地面积、出入库管理方便、存取 车省时省力、配置灵活等特点成为了解决城市“停车难“ 问题的重要途径和发展方向。 与传统的自然地下车库相比，立体车库在许多方面都显示出优越性。首先，立体车库具 有突出的节省占地面积的优势。传统的地下车库由于要留出足够的行车通道，平均一辆 车就要占据4 0 平方米的面积，而如果采用双层立体车库，可使地面的使用率提高8 0 一 9 0 ，如果采用地上多层( 2 1 层) 立体车库，5 0 平方米的土地面积上便可存放约4 0 个车 辆，这样就可以在很大程度上节省有限的土地资源，并且节省土地建设的开发成本。与 第一章绪论 自然地下车库相比，立体车库可以更加有效地保证人身安全和车辆安全，人在车库内或 在车辆未停好的时候，由电子控制的整个设备便不会运转。可以这样说，在管理方面， 立体车库可以做到彻底的人车分流。因此，立体车库在未来将拥有广阔的市场前景【4 】。 目前国内外立体车库的形式多种多样，垂直循环式、水平循环式、电梯提升式、升 降横移式、巷道堆垛式、平面移动式等形式的立体车库已经在经济相对发达的地区被广 泛地应用于实现汽车的存取。本论文针对一种基于P L C 的四层循环式立体车库控制系统 中存在的实际问题提出了立体车库控制系统的改造设计方案。 1 2 立体车库概述 立体车库可以定义为根据自动物流系统物料传输的原理，采用多层高架式存放车辆 的一种大型停车设备。立体车库是停车设备中的一种，属于特种设备产品之一，它发祥 于2 0 年代的美国，是在繁华拥挤的都市旱为了解决停车难问题而采取的一种停车措施。 5 0 年代以后，伴随着私人汽车的大量涌现，美国、西欧等国家相继发明了多种形式的立 体车库。到了六七十年代，德国、韩国、日本等国家以及台湾和香港等地区则大有后来 者居上之势。近年来，立体车库在造型、结构、控制、驱动、监测、材料、保险等方面 不断地更新换代，日臻完美，并且被广泛地应用于宾馆、商业大楼、机场、各种娱乐场 所、码头及繁华商业街等车辆密集的地区。立体车库的诞生，尽管仍有些不尽如人意之 处，但是它的确为缓解交通拥挤、解决停车难问题开辟了一条新的途径畸1 。与传统的停 车场相比，立体车库的优势在于： ( 1 ) 节省占地面积，节省大量投资。 立体车库的占地面积相当于同等自走式地面停车场的i 2 0 到i 3 。如果建设自走式 地面停车场，每个车位平均占地1 0m 2 ，但是建设4 0 车位的电梯式车库占地面积才3 0 m 2 左右，平均每个车位占地0 7 5m 2 ，对于城市寸土寸金的面积不大的黄金地带，建立 立体车库无疑是唯一的选择。表卜l 详细地列出了自走式平面停车库与四层立体车库的 投资对比情况。 表I - I自走式平面车库与四层立体车库的对比( 四层立体车库节约投资1 5 0 万元) 地产开发商土地成本购买立体车库成本前期总投资 自走式平面车库1 0 平方米X1 0 0 辆X6 0 0 0 0 6 0 0 万元 元平方米= 6 0 0 万元 四层立体车库1 0 平方米X2 5 辆X6 0 0 0 元3 0 0 0 0 元X1 0 0 辆4 5 0 万元 平方米= 1 5 0 万元= 3 0 0 万元 ( 2 ) 出入库管理方便，省时省力。 立体车库不需要车主找车，出入库管理等操作全部由电脑控制，操作简单，车库内 的存车数量、存车位置、存车时间等全部可以显示在操作盘上，一目了然。自动化程度 相当高，存取车时间一般不超过1 2 0 秒，省时省力。 ( 3 ) 配置灵活。 2 第一章绪论 立体车库的规模可大可小，可以进行单独设置也可以进行并排设置，可以依附建筑 物也可以在建筑物内，可以设在地上、地下，也可以设在半地下，形式多样，适应性广。 ( 4 ) 可避免车辆的丢失和损坏。 完善的闭锁装置可以保证汽车安然无恙，外部人员不能随意进出，汽车不会受到人 为的损伤和丢失，车主可大为放心。 1 3 立体车库控制系统的研究现状 经过多年的发展，立体车库在控制技术、通信手段和电磁兼容技术等方面已经逐步 趋于成熟化，已经被广泛地应用于全国的各大城市中。 ( 1 ) 中央处理器：目前国内外的立体车库绝大多数是以P L C ( P r o g r a m m a b l eL o g i c C o n t r o l l e r ) 作为控制核心，通过P L C 来对各种模拟信号和数字量进行检测并进行控制， 国内的P L C 市场几乎被国外的P L C 品牌所垄断，这样各种规格的P L C 的性能指标和立体 车库所需要的性能指标不能很好的匹配，通常的情况是，需要新功能时，必须购买P L C 厂家配套的模块，无形中增加了控制系统的成本，很难得到较高的性价比。国外知名P L C 品牌有A B 、西门子、欧姆龙、三菱、施奈德等，其突出优点是可靠性高，通用性好，但 同时成本较高，扩展性不够灵活哺1 ； ( 2 ) 通讯技术：在立体车库的各种系统中，通讯系统是绝对不可缺少的重要一环， 其对完成立体车库的复杂系统功能起着非常重要的作用，不同类型的立体车库所需的通 讯方式有所不同，例如平面移动式立体车库中需要用无线通信来建立主站和移动从站之 间的数据交换，但是在多层循环式立体车库中，由于所装传感器不需要和车板一起移动， 因此通常采用有线通信的方式来进行数据传输。例如西门子在无线通信的解决方案中， 主要是利用无线局域网技术将一个无线模块接入到无线局域网中，以此来实现各个节点 间的无线通信，但是构建无线局域网所需的硬件投资比较大，并且移动的金属车板对无 线信号具有很大的衰减作用，在选型上存在着较大的问题，通常选择第三方的无线通信 模块，提高必要的信号功率来保证信号的强度H 1 ，但是同时也增加了P L C 的通信程序量； ( 3 ) 电磁兼容技术：电磁兼容( E M C ) 是指设备或系统在所处的电磁环境中能正常工 作并且不对该环境中任何其他的事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。在当今的信息社 会，随着计算机技术、电子技术的发展，一个系统中采用的电气及电子设备数量大大增 加，而且电子设备的频带在日益加宽、灵敏度逐渐提高、功率逐渐增大，联接各种设备 的电缆网络也越来越复杂，因此，电磁兼容问题显得越来越重要。 目前国内外各种类型的立体车库大部分的电磁兼容技术还有待于发展和完善。随着 人们生活质量的不断提高，对电磁兼容技术的要求也越来越高。高智能化的立体车库不 仅应该在强的电磁环境中能够正常工作，而且不应该对该环境中其他事物构成不能承受 的电磁骚扰，尤其在发达国家中，对立体车库的电磁兼容能力要求的更为严格哺。 第一章绪论 1 4 立体车库控制系统存在的问题及发展方向 ( 1 ) P L C 控制速度慢、精度低：随着用户需求的不断提高和扩大，立体车库逐渐向智 能化、人性化的方向发展，对立体车库的可靠性、控制精度和速度都提出了更高的要求， 从而对控制芯片的性能也提出更高要求；P L C 的运算速度可以达到U S 级，而D S P ( 数字 信号处理器) 的运算速度可以到n s 级，D S P 比P L C 快1 0 0 0 倍，同时P L C 的循环扫描周 期较长，从接收输入信号到发出控制输出信号的延时时间通常是毫秒级，对于定位精度 要求较高的场合很难满足定位精度的要求，D S P 在片内集成了各种工业上常用的功能模 块，如A D ，S C I ，C A N ，S P I ，E V 等模块，为功能的升级提供了强大的硬件保障。例如 T M S 3 2 0 F 2 8 1 2 数字信号处理器是T I ( 德州仪器一美国) 公司推出的3 2 位定点D S P 控制器， 是目前控制领域最先进的微处理器之一，其主频高达1 5 0 M H z ，采用哈佛总线结构，片内 资源丰富( P W M 脉冲产生器、捕获电路模块，可编程通用计数器，1 2 位模数转换器A D C 等) ，提供了集成开发软件C C S 等集成环境，提高了控制的速度和控制精度阳3 ，缩短了开 发周期，因此D S P 会逐渐成为现代立体车库控制部分的发展方向； ( 2 ) P L C 扩展成本高：P L C 的功能扩展必须要购买相应的功能模块，硬件成本过高， 而采用D S P 作为控制核心的控制系统，利用D S P 丰富的片内资源来扩展所需的模块，可 以大大降低硬件成本，可以将研究集中在立体车库所必须的几个点上，一定程度上缩短 了扩展模块的开发周期，与传统的停车场相比，由于立体车库要在相同的空间范围内存 放更多的车辆，所以更大限度地存车是立体车库不断要突破的难题。存放更多的车辆， 无疑要在控制器中增加更多的控制输出点，而要达到精确地采集存车时的各种状态，也 将需要很多的输入点，输出点和输入点的增加也会在很大程度上增加车库的生产成本， D S P 芯片引脚众多，大多引脚都可以通过G P I O 的设置，配置成所需的数字输入输出量， 与P L C 所构成的控制系统相比，大大降低了D I 、D O 的成本，并且可以在D S P 的基础上 增加C P L D 模块，扩展大量的数字输入点和数字输出点，降低扩展成本n 引； ( 3 ) 通讯技术应用水平偏低：利用D S P 的片内资源S C I ，S P I ，C A N 可以方便地扩展各 种通信所需的功能模块，构建立体车库的有线通信网络，或者构建立体车库中移动车板 与控制柜之间的数据交换，而省去了扩展P L C 无线通信模块的成本，根据所需的传输距 离选择合适的无线发射和无线接收模块来满足可靠双向无线通信的要求； ( 4 ) 电磁兼容技术有待于提高：目前国内外的各种类型的立体车库大部分的电磁兼 容技术还有待于发展和完善。随着人们生活质量的不断提高，对电磁兼容技术的要求也 越来越高。高智能化的立体车库不仅在强的电磁环境中能够正常工作，而且不应该对该 环境中的其他事物构成不能承受的电磁干扰n 。 立体车库控制是一门科技含量高、对各方面要求比较严格的技术。立体车库控制器 通常是以P L C 为控制核心，尽管P L C 在功能特点上有诸多优势，但是随着用户需求的不 断提高和扩大，立体车库逐渐向智能化、人性化的方向发展，对立体车库的可靠性、控 制精度和速度都提出了更高的要求，从而对控制芯片的性能也提出更高的要求f m J - D o o P L C 在立体车库的实际应用中所存在的问题也越来越多的显现出来，具体表现在运行速度和 生产成本两个方面。在运行速度方面，P L C 的运算速度只能达到u s ( 微秒) 级，随着电 4 第一章绪论 子智能化立体车库的发展已经逐渐地不能满足出库对控制芯片的要求了；在生产成本方 面，电子智能化立体车库需要的i o 点数比较多，如果用P L C 的控制方法，生产成本将 会很高，这对于降低电子智能化立体车库的存取车的成本来说是一个严峻的挑战。如何 解决这两方面的问题，关系到立体车库将来的发展方向。H 4 0 1 。以P L C 作为控制核心的立 体车库，配以大量的外围器件，整个系统体积大，价格昂贵，而且运算速度慢，出错率 高，已经不能满足立体车库控制技术飞速发展的需要，严重地阻碍了立体车库技术的进 步。速度更快、性能更强、集成度更高的芯片已经成为立体车库发展的迫切需要。数字 信号处理器D S P 和复杂的可编程逻辑器件C P L D ( C o m p l e xP r o g r a m m a b l eL o g i cD e v i c e ) 的出现，从根本上解决了这个问题。 1 5 本文的主要工作 本文将以D S P 芯片作为控制核心的控制技术应用到多层循环式立体车库控制系统 中，从软件和硬件两方面入手，完成了对多层循环式立体车库控制系统的设计，同时对 其程序传输进行了研究，通过C R C ( 循环冗余校验) 保证了整个控制系统程序运行传输 的正确性。 论文主要工作有： ( 1 ) 介绍了传统立体车库控制系统存在的问题，指出本课题的研究目的和意义，分 析了立体车库技术和D S P 芯片技术的研究现状，提出了研究基于D S P 的多层循环式立体车 库控制系统系统的必要性和可行性，对D S P 芯片技术优势作了具体的分析，根据实际需 求选用T I 公司生产的T M S 3 2 0 F 2 8 1 2 型D S P 芯片，并给出系统的初步设计方案以及关键技术 解决方案。 ( 2 ) 提出了基于D S P 的多层循环式立体车库控制系统的硬件总体设计方案和软件总 体设计方案，并对控制系统的具体硬件实现和控制系统的具体软件实现进行了详细阐 述。 ( 3 ) 提出了循环冗余校验算法，对所传输的程序代码进行适当地编码、解码，从而 通过得到校验码的方法来判断程序传输的J 下确与否，保证了整个控制系统软件部分的运 行可靠性。 ( 4 ) 在软件设计中，对软件的抗干扰措施进行了设计，保证了控制系统的工作稳定 性和可靠性，提高了控制系统的抗干扰性。 本文软件和硬件两方面的工作，为多层循环式立体车库控制系统的模块构建提供了 参考，将一些参数稍加改动即可应用到其他层数的多层循环式立体车库控制系统中。 5 第二章基丁D S P 的多层循环式立体车库控制系统总体方案设计 第二章基于D S P 的多层循环式立体车库控制系统总体方案设计 本章首先对立体车库控制系统的控制对象多层循环式立体车库的构成及运行过程 进行了简要说明，然后针对多层循环式立体车库进行了控制系统的硬件总体方案设计和 软件总体方案设计。 2 1 多层循环式立体车库的构成及运行过程 经过多年来的发展，立体车库的控制技术在日趋成熟，无可否认，立体车库的类型 也越来越多。根据不同的停车场地、不同的地理位置等特点，人们设计出了符合实际地 形情况的各种形式的立体车库，以此来实现最大限度地利用土地面积，从而实现车辆最 大限度的存取H 1 驯。 多层循环式立体车库是一种采用了通过载车板做升降横移等循环运动而实现车辆 多层存放的新型停车设备，是一种可以利用狭长地段对车辆进行最大限度地存取，从而 实现减少占地面积、提高存车或取车自动化程度的机械式立体停车设备。这种机械式立 体车库不需要坡道，因此很大程度上节省了占地面积，而且存取过程是自动实现的，方 便快捷，因而最具有广泛的适用性，适宜建立在地形狭长并且地面上只允许设置一个出 入口的场所，例如建在建筑物的地下室、广场或便道的地下以及高架桥的下面等。 ( 1 ) 多层循环式立体车库的结构 多层循环式立体车库的结构主要是由旋转机构、升降机构、横移机构、载车板、自 动控制系统、消防系统、钢结构框架等几大部分组成的。具体结构描述如下： 旋转机构旋转机构设置在车库的出入口，因为当汽车出入车库时，为了方便车 辆的存取，必须首先顺时针或逆时针旋转9 0 0 。旋转机构主要是由旋转盘、插销电机、 摩擦轮电机等部分构成。 升降机构升降机构主要由升降电机、变频器、升降链、平衡链等组成，升降机 构共两套，分别位于立体车库的两侧。 横移机构横移机构设置在每层横移导轨的中间，其主要由横移电机、链条、链 传动长轴、变频器、三级滑叉以及链轮等部分组成。当横移电机运转之后，通过