（测试计量技术及仪器专业论文）智能立体车库控制系统的设计与研究.pdf

钾能立体车库控制系统的设计j 研究 摘要 随着国民经济的高速发展和人民生活水平的提高，我国轿车保有量直线上 升，轿车进入家庭已成为必然趋势。同时，停车难的问题也就逐渐成为了大中型 城市迫切需要解决的难题。立体车库最大的优势在于节约用地，可最大限度地利 用空间，这是解决城市用地紧张、缓解停车难的一个有效手段。因此，研究如何 降低立体车库的设计制造成本以及进一步提高立体车库自动控制系统的自动化 程度，具有f _ 分重要的意义。 本文首先对塔式立体车库总体方案进行丁设汁，选择采用单片机作为本塔式 立体车库自动控制系统的控制器；然后对塔式立体车库控制系统中的电力拖动系 统进行了研究，着重介绍了电力拖动系统中的升降机构、平移存取机构以及门电 机。 本文设计完成了塔式立体车库控制系统的软硬件系统。以p h i l i p s 公司生 产的8 0 c 5 5 2 单片机作为控制系统的硬件核心，对硬件系统进行了总体设计，并 对硬件系统中各个功能模块的具体设计进行了详细阐述。在控制系统的软件系统 设计部分，主要是以c 语言作为编程语言，对系统的监控程序以及主要软件功 能模块子程序进行了具体设计；本文还对立体车库的存取车控制策略进行了优化 研究。通过对存车优先、取车优先、原地待命三种工作方式存取车时间和能耗的 仿真，得出了最优的存取车策略，从而实现了立体车库存取车效率和能耗的最优 化。 本文的最后部分对立体车库系统安全措施的设置以及控制系统软硬件抗干 扰措施进行了设计，从而提高了立体车库系统的安全性与可靠性，保证了系统的 正常工作。 关键词：塔式立体车库；智能控制；单片机；控制策略 i v 硕+ 学位论文 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 fn a t i o n a le c o n o m ya n dt h ei m p r o v e m e n to f p e o p l e sl i v i n gs t a n d a r d s ，t h en u m b e ro ft h ep r i v a t ec a r si nc h i n ah a ss o a r e d i ti sa n i n e v i t a b l et r e n dt oo w n p r i v a t ec a r si nm o r ea n dm o r ef a m i l i e si nc h i n a m e a n w h i l e ， t h ep a r k i n gp r o b l e mi nl a r g ec i t i e sh a sg r a d u a l l yb e c o m ead i f f i c u l tp r o b l e mw i t h u r g e n tn e e dt ob ea d d r e s s e d t h eb i g g e s ta d v a n t a g eo ft o w e r t y p eg a r a g ei st h a ti t c a ns a v es p a c ew i t hm a x i m u mu s e s ob u i l d i n gt o w e r - t y p eg a r a g ei sa ne f f e c t i v e m e t h o dt oc a s ct h ed i f f i c u l tp a r k i n gp r o b l e m t h e r e f o r e ，i th a sg r e a ts i g n i f i c a n c et o r e s e a r c hh o wt or e d u c et h ed e s i g na n dm a n u f a c t u r ec o s to ft o w e r t y p eg a r a g e a l s o i ti sv e r yi m p o r t a n tt of u r t h e re n h a n c et h ea u t o m a t i o nd e g r e eo ft o w e r - t y p eg a r a g e c o n t r o ls y s t e m t h ep a p e rf i r s t l ye x p l a i n st h et o w e r t y p eg a r a g eo v e r a l lp r o g r a md e s i g n ，a n d c h o o s e ss i n g l e c h i p m i c r o c o m p u t e ra s t h ec o n t r o l l e r o ft h et o w e r - - t y p eg a r a g e c o n t r o ls y s t e m t h e n ，t h ep a p e rh a sr e s e a r c h e dt h ee l e c t r i cd r i v es y s t e m ，i n c l u d i n g l i f t i n gm e c h a n i s m ，a c c e s sm e c h a n i s ma n dd o o rm o t o r t h ee l e c t r i cd r i v es y s t e mi sa n e c e s s a r yp a r to ft h et o w e r t y p eg a r a g ec o n t r o ls y s t e m t h ep a p e rh a sc o m p l e t e dt h et o w e r - t y p eg a r a g ec o n t r o ls y s t e m ，i n c l u d i n gt h e h a r d w a r es y s t e ma n dt h es o f t w a r es y s t e m t h et o w e r - t y p eg a r a g ec o n t r o ls y s t e m u s e s8 0 c 5 5 2s i n g l e c h i pm i c r o c o m p u t e rp r o d u c e db yp h i l i p sa st h eh a r d w a r ec o r e t h ep a p e re x p l a i n st h eo v e r a l ld e s i g no ft h eh a r d w a r es y s t e m m o r e o v e r ，e a c h f u n c t i o n a lm o d u l eo ft h eh a r d w a r es y s t e mh a sb e e ni n t r o d u c e di nd e t a i l f o rt h e s o f t w a r es y s t e md e s i g n ，t h ep a p e rm a i n l ye x p l a i n st h em o n i t o rr o u t i n eo ft h e t o w e r - t y p eg a r a g ec o n t r o ls y s t e mu s i n gcl a n g u a g ea st h ep r o g r a m m i n gl a n g u a g e w h a t sm o r e ，e a c hm a i ns o f t w a r ef u n c t i o nm o d u l es u b r o u t i n eh a sb e e ni n t r o d u c e da s w e l l t h es t o r i n ga n dr e t r i e v i n gc a rc o n t r o ls t r a t e g yh a sa l s ob e e no p t i m i z e di nt h i s p a p e r t h ea u t h o rm a i n l ys t u d i e st h r e et y p e so fw o r km o d e s ：s t o r i n gc a rp r i o r i t y , r e t r i e v i n g c a rp r i o r i t ya n ds i t u s t a n d b y b ym e a n so fw o r kt i m ea n de n e r g y c o n s u m p t i o ns i m u l a t i o nf o re a c hw o r km o d e ，t h ep a p e rh a so b t a i n e dt h eo p t i m u m s t o r i n ga n dr e t r i e v i n gc a rc o n t r o ls t r a t e g y ，t h e r e f o r e ，t h ee f f i c i e n c ya n de n e r g y c o n s u m p t i o no p t i m i z a t i o no ft h et o w e r t y p eg a r a g ef o rs t o r i n ga n dr e t r i e v i n gc a rh a s r e a l i z e d i nt h el a s tp a r to ft h ep a p e r ，t h ea u t h o rh a sd e s i g n e dt h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r e a n t i - i n t e r f e r e n c em e a s u r e so ft h ec o n t r o ls y s t e m ，a sw e l la ss e c u r i t ym e a s u r e sf o rt h e v 智能专体卞库控制系统的设计与研究 t o w e r t y p eg a r a g e t h e r e f o r e ，t h es e c u r i t ya n dr e l i a b i l i t yo ft h et o w e r t y p eg a r a g e s y s t e mh a v eb e e ne n h a n c e d k e yw o r d s ：t o w e r - t y p eg a r a g e ，i n t e l l i g e n tc o n t r o l ，s i n g l e c h i pm i c r o c o m p u t e r ， c o n t r o ls t r a t e g y v i 硕十学位论文 插图索引 图2 1 塔式立体车库总体方案一9 图2 2 单片机控制原理图11 图3 1 升降机构的速度曲线1 3 图3 2 升降机构负载机械特性1 3 图3 3 静态负载机械特性1 4 图3 4 升降机构的动念负载机械特性_ 14 图3 5 变频凋速电机的机械特性与负载机械特性的包容关系1 5 图3 6 步进电机控制系统组成1 5 图3 7 步进电机并行控制示意图16 t 图3 8 步进电机串行控制示意图1 6 图3 9 步进电机的变速过程1 6 图3 1 0 “定步 变频曲线1 7 图3 1 1 直流继电器接口一1 8 图3 1 2 行程开关接口一1 8 图4 1 主控制硬件框图1 9 图4 28 0 c 5 5 2 单片机内部结构示意图2 0 图4 3 控制系统操作面板示意图2 2 图4 48 0 c 5 5 2 内部a d 转换电路图2 3 图4 5 数码管显示电路示意图2 4 图4 6 发光管显示电路示意图2 5 图4 7 键盘接口电路示意图2 5 图4 8 串行通讯接口电路2 6 图4 9 蜂鸣器报警电路：2 7 图4 1 0 复位电路2 7 图4 1 1 晶振电路2 7 图4 1 2 定时器接口电路2 8 图4 1 3 监控程序结构流程图3 0 图4 1 4 存车子程序流程图一3 1 图4 1 5 取车子程序流程图3 2 图4 1 6 车位显示流程图3 3 图4 1 7 显示时间流程图3 3 图4 1 8 定时控制流程图3 4 i 智能立体乍库控制系统的没计j 研究 图4 1 9 定时器t o 中断服务程序流程图3 5 图4 2 0 串口中断服务子程序一3 6 图4 2 1 主程序流程图一3 7 图4 2 2 中断服务子程序流程图3 8 图5 1 排队系统的模型框图4 0 图5 2 立体车库运作模式4 4 图5 3 总存取时间曲线图4 6 图5 4 总能耗曲线图4 7 图5 5 平均耗费时m 曲线l 纠4 7 v i i i 硕十学位论文 附表索引 表5 1 某车库的存取车时间情况表4 4 i x 兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本沦文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名：噎常俊 日期：2 。口年月7日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文 收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名：嗌常f 复 引帷名桃迢辛 日期：2 o o 年月7 日 日期：2 0 0 年月多曰 硕十学何论文 第1 章绪论 1 1 课题研究背景及研究意义 1 1 1 研究背景 随着城市建设速度的加快和人民生活水平的提高，我国轿车保有量直线上 升，轿车进入家庭己成为必然趋势。据中国汽车工业协会公布的数据表明，19 9 7 年全田汽车保有量1 1 0 0 万辆，其中轿车4 0 0 万辆，当年轿车生产最4 8 2 j + 辆， 微型车生产量3 8 2 万辆。1 9 9 8 年轿车生产量5 0 万辆，1 9 9 9 年5 5 力辆，2 0 0 0 年5 7 万辆。2 0 0 2 年中国汽车产量达到了3 2 5 力辆，比上年增长3 8 ，全球排位 由2 0 0 1 年的第八位上升至第五位。2 0 0 5 年的轿车保有量己达到1 1 0 8 万辆。由 于中国加入世贸关税进一步降低，2 0 0 8 年北京奥运及2 0 1 0 年上海世界博览会等 重大事件的影响，以及国内需求的进一步拉动和“费改税”等政策的驱动，我 国的汽车工业仍将具有很大的发展空间并将继续保持快速平稳发展i zj 。按前述数 据预测，2 0 1 0 年将达到2 0 0 0 万辆。城市中停车位需求按1 ：1 2 ( 1 0 0 的皋本停车 位和2 0 的公共停车位) 计算，将增加停车位4 8 0 万个，平均每年需求9 6 万个。 因此，停车问题也就逐渐成为大城市迫切需要解决的难题。 我国汽车工业的高速发展和汽车销售额的高速增长，必然给城市交通带来巨 大的压力，各地政府虽己花大力支持城市交通基础设施建设，但始终难以满足汽 车快速增长的需要。最近十几年来，我国城市机动车增长速度年平均在 1 0 1 5 ，而城市道路年平均增长速度只有2 3 。特别是大城市的机动车拥 有量和交通的增长远远超过交通基础没施的增长速度【3 1 。如北京市在9 0 年代小 汽车年平均增长速度达到3 0 左右，但城市道路年平均增长率只有2 ，道路面 积年增长率为3 7 。静态交通基础设施的建设更落后于动态交通基础没施建设， 全国停车位缺口平均在6 0 以上。因此造成大量车辆停在道路内，形成马路停 车场。随着汽车进入家庭的速度不断加快，其对城市交通基础设施的压力也就越 来越大。交通拥堵、停车难已经成为国内很多城市发展的严重制约因素。据统计， 在上海每天有3 5 万辆汽车停泊在马路两边；北京每天就有9 0 万辆车无“家”可 归。在我国，许多大中城市交通设施落后，道路堵塞严重，停车难、乱停车与不 断增长的机动车保有量问的矛盾同益突出，早已是社会普遍关注的焦点问题。怎 样解决这个f i 益突出的矛盾? 难道要限制汽车增长吗? 这显然不符合经济发展的 潮流，只有充分利用现有的有限资源，大力加强静态交通的建设，才能有效解决 “停车难 问题，因此“立体车库”应运而生。 钾能+ 谚体下序控制系统的设计j 研究 1 1 2 研究意义 进入二十一世纪，我国城市化建设的迅速发展，城市空地和巷道越来越少， 导致我国目前的停车状况与日本2 0 世纪6 0 年代中期、韩国8 0 年代末期的停车 状况很相近。很多人开车到达目的地后，为找到一个停车位要花费大量的时问转 来转去，特别是在城市商业闹区等公用场所。虽然每辆车在购买的时候都交纳了 泊车费，但人们仍然在为停车难挠头。 业内人士认为，停车用地i 、u j 题涉及城市规划、建设、市政、环保、公安交管 等多个部门，是个 i 大的系统工程。冈此，单靠一个简单的措施并不能解决城市 停车难的l j 题。要解决停_ 午问题，关键是要充分发挥地下停4 i 场的作用，i 司时更 为重要的是要向建设立体停车设备方向发展【制。 停车设备建设足汽车工业和城市发展的基本条件之一，停车设备本身也是城 市交通战略和城市道路产业政策不可缺少的组成部分，对于确保安全、流畅的交 通环境，整洁优美的生活环境以及保持社会的安定起着重要的作用。 立体车库最大的优势在于节约用地、最大限度地利用空问，有效提高车位利 用率，这是解决城市用地紧张、缓解停车难的一个有效手段。从现有停车位的缺 口情况和今后市场的需求可以看出，立体车库的市场前景十分良好。它的发展对 于促进我国国民经济的快速增长，尤其在缓和汽车与车位相对紧张之间的矛盾方 面具有广泛的社会意义。 在土地越米越紧缺的情况下，立体车库是解决城市中停车难问题的必然出 路。但是，若要实现立体车库的良性发展，就要解决现存问题。当前，我国设计 制造的立体车库大多只具备初级的停车功能，还处于最原始的使片j 阶段，它的设 计水平、经济价值还有待于完善和开发。由此可见：研究如何降低立体车库的设 计制造成本以及进一步提高立体车库自动控制系统的自动化程度，具有重大的现 实意义。 1 2 立体车库的国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 机械式立体停车是解决大都市出现的停车难问题的有效方法。土地资源紧张 是大都市的现状，在亚洲各国大城市表现的尤为突出，所以机械式立体停车在亚 洲的应用比较广泛，目前统计结果表明，市场都集中在亚洲的同本、韩国、中国 等地。 早在1 9 2 0 年，美国建成了世界上第一座机械式立体停车设备。5 0 年代以后 美国和西欧陆续建成多种型式的立体车库；6 0 年代后期，随着世界汽车工业的 2 硕一f ：学何论文 迅速发展，城市汽车拥有量急剧增长，尤其是大量私人小轿车的出现，使美、日、 欧等工业发达国家的大城市均出现了不同程度的停车难问题，尤其是在市中心的 商业区，建筑物高度密集，不可能腾出大量地皮建停车场。此时占地面积小的立 体式停车设备才真正得到发展普及1 5j 。 亚洲的停车设备技术起源于日本，日本从2 0 世纪6 0 年代丌始从事机械停车 设备的开发、生产、销售和服务，至今已有四十多年的历史。目前在日本从事机 械式停车库及其设备丌发、制造的公司约有2 0 0 多家，其中牛产机械式停车设备 的公司约1 0 0 多家，比较大的公司有新明和、石j i i 岛播磨、同精、三菱重工等。 从9 0 年代起| i 奉每年投入运行的机械停车泊位都在1 0 j j 以l ：。，j 全l l 本已经 投入使用的机械式停车位超过3 0 0 万个，其中以升降横移式停牟设备为主。对于 日本，优势在多层升降横移类、垂直升降类、水平循环类、垂卣循环类、简易升 降类等产品上。 德国和意大利等欧洲国家从事停车设备开发和生产也比较早。较好的公司 有：意大利s o t e f i n 、i n t e r p a r k 、德国p a l i s 等i 酬。由于欧洲幽家十地资源比较富 余，停车问题表现不很突出，停车设备应用量不是很大。多数为巷道堆垛式产品， 多层升降横移式产品应用很好。德国和意大利等欧洲国家的优势在巷道堆垛类产 品上。 韩国机械停车设备技术是日本技术的派生。产业从2 0 世纪7 0 年代中期开始 起步，8 0 年代开始引进日本技术，经过消化生产和本土化，9 0 年代开始为供应 使用阶段。由于这几个阶段得到政府的高度重视，各种机械停车设备得到普遍开 发和利用，韩国近几年增长速度都在3 0 左右。目前韩国停车设备行业进入稳 步发展阶段。 1 2 2 国内发展状况 我国立体车库的发展，始于上世纪八十年代，河北承德的华一机械车库集团 有限责任公司于1 9 8 9 年建造起国内第一台垂直循环类机械式停车车库，填补了 国内机械式停车车库的空白。虽然从二十世纪八十年代就开始研制和使用机械式 立体车库，但由于市场需求原因，十多年来缓慢发展。近年来，中国经济腾飞， 城市化进程加快，汽车工业和汽车需求市场得到快速发展，汽车保有量不断增加。 然而，城市停车设施的增长却长期落后于车辆的增长。立体车库产业在上世纪九 十年代迅速兴起，步入了引进、开发、制造和使用的快车道，困内立体停车库市 场正以直线上升的念势飞速发展【7 1 。我国立体停车设备的产品经引进技术和自主 研究开发，生产技术水平有了很大的提高，许多设备采用了当前机械、电子、液 压、光学、磁控和计算机等领域的先进技术，如采用交流变频凋速系统，使运行 3 钾能立体乍库控制系统的设计与研究 高速、平稳、省电、减少振动和噪声。控制形式有按钮式、i c 卡式、触摸屏式、 密码钥匙式、遥控式等，有些设备还采用了总线控制技术；传动装置采用内藏式， 以增大停车空间并保护各传动元件不受污染和腐蚀，提高了设备的耐久性；机械 结构中采用了模块化设计，便于组合使用，易于安装拆卸，缩短施工周期；还采 用一些新材料、新工艺，如采用“h 型钢做钢梁，组合的镀锌板或一体成型 的镀锌板制作载车板；安全保护方面采用了声光引导及定位装置，自动消防灭火 系统等。目前品种的满足率已达9 0 左右，有的品种填补了国内空白，产品国 产化率达到5 0 以上。目前国内从事立体车库研发的食、已有1 0 0 余家，其中 主机乍， ：的企、f k 仃5 0 多家，苗批获得困家颁发的立体俘t ：i 5 2 备制造企业资质的 有2 2 家1 8j 。在七海、北京、深圳、广州、天津、成都、大连、南京、济南、福 州、沈阳等城市都相继出现了立体车库。库型以小型车库为主，1 0 0 个车位以下 的占6 4 ，10 0 5 0 0 个车位的占3 3 ，5 0 0 个车位以上的大型车库占3 ，但已有 增长的势头。使片j 地以商业住宅小区为主，用于小区配套的占5 0 ，单位自用 停车库占3 0 ，公共停车库占2 0 。 我固机械停车行业从第一台机械式立体停车设备的建成到现在，已经走过了 二十多个年头时间。从姗姗起步到近几年的高速蓬勃发展机械式停车设备，从最 初人们对它的陌生和排斥使用到如今在大中城市的现代化建筑、居民小区等场合 被大量采用，最终成为解决城市“停车难 的一种有效工具，立体车库经历了它 发展的低谷和高潮，特别是机械式立体车库在最近几年发展尤其迅速，可以预见 在未来时间罩立体车库将会呈现出越来越多的优势，使立体车库技术会像汽车一 样得到飞跃式的发展。 1 3 立体车库的主要发展趋势 立体车库是集自动化技术、机器人技术、计算机技术等高新技术为一体的智 能化、立体化的物流运输系统。它可以高效地利用土地面积；可以提高交通车辆 的流通速度；可以保证车辆的安全有序的管理【引。随着当今社会各种高新技术的 引入，立体车库正在向智能化、高自动化、复杂化以及专业化方向发展，重点表 现为以下几个方面： ( 1 ) 智能化：立体车库的发展越来越向着智能化方向发展，一些新技术正在迅 速进入该领域，如变频技术、全电脑控制系统、导航定位技术、图像识别技术、 传感技术、光纤通讯技术、防火防盗系统、停电及电源故障的自动判别排除及处 理系统等。对于全电脑自动控制系统，要开发、设计专用硬件系统和专用软件， 使之适用于存取车全过程的管理和控制，尤其是对于“模块”阁架式立体车库的 电梯调配，自动送车找位、自动平层，应快捷、准确、可靠。系统安全装置的设 4 硕十学何论文 置要与动态过程安全检测形成闭环，确保存取车过程的安全运行。 ( 2 ) 高自动化：立体车库的高自动化主要表现为先进的自动控制技术和科学的 管理方法。控制技术和管理方法互为所长，大幅度提高了存取车效率1 1 叭。在控 制方法上采用了遥控技术和自动识别系统：车辆停靠稳妥( 在车库外面需要自动 转向) 后，车库可以将汽车自动停放到合适的位置，可实现无人操作；在科学管 理方面，计算机中心对停车场实行全方位管理，整个停车场完全在计算机监控之 下，包括设备监控、出入口监控、停车场内部监控，整个停车场运行的状态信息 都可以存入计算机，通过便捷的人机管理界面，实现车流量统计、系统故障食询、 收费状况查洵、进出1 i 辆信息查询、系统运行状态的实时查洵，i 州时uj 以设胃打 印报表功能。 ( 3 ) 复杂化：立体车库产业f 在向多元化方向发展，它已经不仅足纯粹的机械 设备，还包含了当今机械、电子、建筑、液压、光学、磁控、管理和计算机技术 等领域的大量先进技术1 1 1j 。立体停车系统已经日臻完善，如汽车出入车库时采 用声光引导和定位、汽车尺寸和重量自动识别、限速保护与多重机构互锁、停车 泊位自动跟踪、链绳长度超范围报警和弹性变形自动补偿、汽车安全检测、图像 识别技术、科学管理等，各种领域先进技术的综合使用，已经使立体车库成为一 个独立的大型复杂的高技术设备。 ( 4 ) 专业化：立体车库系统稳定可靠，能正常运行而不出故障是用户的首要要 求，也是一套停车场系统的重中之重。因此，必须提高制造厂家的专业化程度， 才能保证设备的可靠性，立体车库的软硬件设施及各种设备的配套也应当达到专 业化程度。 未来的车库系统管理更开放、更灵活，整个管理系统能够实现控制与管理一 体化，系统操作更加简便，功能更加强大。整个车库的管理可以纳入楼宇自动化 系统，联入网络，形成一个综合的计算机管理网络信息系统，真正实现立体车库 的无人化管理【12 1 。 1 4 本课题的研究内容和任务 本课题以塔式立体车库为研究对象，着重对其控制系统进行设计与研究，主 要的研究内容和任务包括： ( 1 ) 塔式立体车库总体方案设计 设计塔式立体车库的总体方案，着重研究塔式立体车库自动控制系统中控制 器以及控制方案的选择。 ( 2 ) 控制系统的电力拖动系统 研究立体车库控制系统中的电力拖动系统，着重介绍电力拖动系统中的升降 5 智能立体乍库控制系统的设计与研究 机构、平移存取机构以及门电机。 ( 3 ) 控制系统软硬件设计 设计完成立体车库控制系统的软硬件系统。以p h i l i p s 公司生产的8 0 c 5 5 2 单片机为控制系统的硬件核心，对硬件系统进行总体设计，并对硬件系统中的 a d 转换电路、数码管显示电路、发光管显示电路、键盘接口电路、串行通讯电 路和蜂鸣器电路、复位电路和晶振电路、定时器接口电路的具体设计进行详细阐 述。在控制系统的软件系统设计部分，主要采用c 语言作为编程语言，对系统 的监控程序以及 要软件功能模块子程序进行具体设计。 ( 4 ) 塔式ij 乍存取4 i 策略的研究 优化立体车库的存取车控制策略，对存车优先、取车优先、原地待命三种工 作方式存取车时1 1 i j 和能耗进行计算机仿真，得出最优的存取车策略以实现立体车 库存取车效率和能耗的最优化。 ( 5 ) 安全性与可靠性研究 设置立体车库系统的安全措施，设计控制系统软硬件的抗干扰措施，提高立 体车库系统的安全性与可靠性，以保证系统正常工作。 1 5 本章小结 本章主要介绍了课题的研究背景和研究意义，立体车库的国内外研究现状和 主要发展趋势，最后简要介绍了本课题的研究内容和任务。 6 硕十学位论文 第2 章塔式立体车库总体方案设计 2 1 立体车库的种类及特点 立体车库的类别根据j b t 8 7 1 3 1 9 9 8 机械行业标准，按其工作原理区分主要 包括以下九种【4 】：( 1 ) 升降横移类s h ；( 2 ) 垂直循环类c x ；( 3 ) 水平循环类 s x ；( 4 ) 多层循环类d x ；( 5 ) 平面移动类p y ；( 6 ) 巷道堆垛类x d ；( 7 ) 垂 直升降类c s ；( 8 ) 简易升降类j s ；( 9 ) 汽车升降机类q s 。 ( 1 ) 升降横移类 利用存车板升降或横移存取车辆，适用于地面及地下停车场，配置灵活，造 价较低。它以钢结构框架为主体，采用电机驱动钢丝绳或链条带动载车板做升降 横移运动，实现存取车辆。每个车位均有载车板，所需存取车辆的载牟板通过升 降横移运动到达地而层，驾驶员进入车库，存取车辆，完成存取过程。停泊在这 类车库内地面的车辆只作横移，不必升降，而停泊在顶层的车辆只作升降，不作 横移。中间层则通过升降横移运动为顶层车辆让出空位，或存取车辆。 ( 2 ) 垂直循环类 垂直循环类停车库采用垂直方向做循环运动的方式，通过电机带动传动机 构，在牵引构件链条上，每隔一定距离安装一个存车托架，当电机启动时，存车 托架随链条一起做循环运动，达到存车目的。 ( 3 ) 水平循环类 用一个水平循环运动的车位系统存取停放车辆，减少平面停车的跑车道。该 类车库利用机械升降横移原理，由控制车辆存取停放的车位系统在水平面上作循 环运动，将所需存取车辆的载车板移到入口处，驾驶员再将汽车存入或取出。车 辆通过车位系统定位检出，提供最佳安全防护。它可以省去原平面停车的进出车 道，提高土地利用率，最适合建于狭长地形的地方，如地下室即可采用这种型式。 由于车辆存取是在出入口，原有行车道由停车机械代替，不仅提高了土地利用率， 还减少了废气排放和污染，降低拉通风装置的费用。此种方式连车道空间一起利 用，若多层重叠可为大型停车场。 ( 4 ) 多层循环类 通过使载车板作上下循坏运动，从而实现车辆多层停放。该类设备适合设置 于建筑物的地下室，特别是铁路、高架路的下方、一般道路的地下等，最适宜用 于场地窄小，无法设置车道，且只允许设置一个出入口的场地。 ( 5 ) 平面移动类 这类车库采用在同一层上用搬运台车或起重机平面移动车辆，或使载车板平 7 智能立体乍席控制系统的设计与研究 面横移实现存取停放车辆，亦可用搬运台车和升降机配合实现多层平面移动存取 停放车辆。主要有搬运式和容纳式两种，搬运式只一个停车板，通过搬运台车把 车辆搬到停车位中；容纳式是有与停车位相同数量的停车板，停车板下有横移装 置。在同样面积内，容纳式比搬运式增加3 0 5 0 的车位数。 ( 6 ) 巷道堆垛类 采用巷道堆垛机或桥式( 门式) 起重机将进到搬运器的车辆水平且垂直移动 到存车位，对堆垛机的技术要求较高，因此该类车库自动化水平很高；另一方面， 车库全封闭式建造，存车安全性高。这种停车设备往往用于地上或地下的大型停 车库的人斗? 惭集存乍，所以巷道堆垛式。、 ，：体车库适川j i 1 if 讧数需要较多的客，、 使用。 ( 7 ) 垂直升降类 垂直升降类立体车库又称塔式立体车库，是用提升机将车辆升降到指定层， 并用存耿机械存取车辆。垂直提升式立体车库类似于电梯的工作原理，在提升机 的两侧椎置牟位，一般地面需一个汽车旋转台，可省去司机调头。该类立体车库 一般高度较高( 几十米) ，对设备的安全性、加工安装精度等要求都很高，因此造 价也不菲，但占地却最小【13 1 。 ( 8 ) 简单升降类 把停车位分成上、下两层或两层以上，借助升降机构或俯仰机构，使车辆存 入或取出，多用于私人住宅、企事业单位、地下室等；该类停车设备可充分利用 地下室空间场所，在面积一定时将至少增加二倍以上的停车位。该车库可任意迁 移，具备很好的可移动性和易装配性。 ( 9 ) 汽车升降机类 汽车升降机是专门用作不同平层的汽车搬运的升降机，它只起搬运作用，无 直接存取功能；常常用于地下或屋顶存放汽车的搬运，也可与智能小车配合使用。 在立体停车库的建设中，。往往会遇到因场地狭小无法采用自走式坡道的情况，为 了将汽车搬运到不同平层中存取车辆，就需要采用垂直升降的汽车专用升降机。 这样可以代替汽车进出车库的斜坡道，大大节省空间，提高车库利用率。这种汽 车专用升降机常用于地下或屋顶或建筑自走式车库存取汽车的搬运。 2 2 塔式立体车库简介 塔式立体车库是指用升降机构将车辆升降至停车目的层，然后用横移机构存 取车辆的机械式停车设备。它又称为电梯式立体车库。塔式立体车库与其它类型 停车库相比较，其特点是：1 由于可以建得很高，其平面和空间的利用率较高； 2 控制系统先进，使得存取车迅速，运行平稳，运转效率较高；3 与垂直循环类 8 硕十学位论文 相比，整个系统不作整体运动，节省电能；4 噪声较低；5 具有安全可靠的机械 及光电安全装置，同时由于封闭可防火、防盗、防异物伤害；6 电脑操作，使用 方便【1 4 】。因此塔式立体车库适用于如城市中的繁华中心区等需要车辆集中停放 的场所。 塔式立体车库主要由停车架、升降机构、存取机构、控制系统和安全系统组 成。其总体方案示意图如图2 1 所示。 套幽建 童 当 。l il 、 阽哥 ll b 。i 习 蕤圭鼓 i 、j： 厂 ! 毒l l l 臣l 点】 。岛一生- ! 辫 纛：i ：飘 + t 2 ：l ：= 篇 麓；盏i 翟 l 纠j f e l 习 l 厂一；、 匡l 。司 因 。一又l 2 图2 1 塔式立体车库总体方案 ( 1 ) 升降机构 升降机构可根据驱动型式、安装位置、有无平衡重等方面区分为多种不同的 结构型式【1 5 1 。 根据驱动型式区分：可分为直流电机驱动、交流电机驱动、液压驱动。直流 电机驱动的调速性能好，运行平稳，平层精度高，但构造复杂、设备体积大和制 造成本高；交流电机驱动有两种控制方式，即变压调速控制和变频变压调速控制， 其调速性能、运行平稳性都能满足停车库的要求，平层精度也较高，构造相对较 简单，设备体积小和制造成本低；在提升载荷大和提升高度低时，也可考虑采用 液压驱动。 根据安装位置区分：可分为顶部安装和底部安装。顶部安装易于布置，易于 解决钢丝绳与其它物体的摩擦或被卡住问题，钢丝绳需要量少，但维护不方便； 9 钾能市体车库控制系统的设计与研究 底部安装不容易布置，不易解决钢丝绳与其它物体的摩擦或被卡住问题，钢丝绳 需要量多，但维护较方便。 根据有无平衡重区分：可分为有平衡重和无平衡重。高层立体停车库一般都 设置平衡重。 对于高层塔式立体车库而言，顶部安装、设置平衡重是较好的方案。 ( 2 ) 存取机构 存取机构主要有货叉式、平台式和循环推拉式三种【1 6 】。 货叉式存取机构：安装在升降平台上，它是靠货叉的升缩把车辆存入或取出的。 货义纠i 构比较复杂，维护不力便，对升降、rf 巾勺r 层精度要求 较高，如果要存放后部凸起的车辆，需要增加车库的层高。因 而，货叉式存取机构不是较好的方案。 平台式1 字取机构：安装在车位和井道两侧，动力源通过滚轮与停牟平台之问的摩 擦力使停车平台平移到车位或井道，从而实现存墩车。这种存 取机构对升降平台的平层井道要求较低。在车库的每一个工作 循环中，停车平台只需来回各一次，从而提高了车库的工作效 率。平台式存取机构制造成本和安装难度较高，每个车位需要 一套存取机构，升降井道中每层两套或数层两套，所需要的存 取机构太多。因而，平台式存取机构也不是较好的方案。 循环推拉式存取机构：安装在升降平台上，每个车库只需一套，结构简单，维护 方便。在车库的每一个工作循环中，链条只需要旋转两 次，从而提高了车库的工作效率。存放后部凸起的车辆 时也不需要增加车库的层高。因而，循环推拉式存取机 构是较好的存取机构方案。 ( 3 ) 回转机构 设置回转机构是为了车辆调头方便和减少车辆调头需要的场地面积，因此只 在没有专门出库的停车库中可能采用【17 1 。回转机构有每次回转9 0 。和1 8 0 。之 分；驱动方式有液压驱动和电机驱动；动作过程有直接转动、升降台下降再转动 和顶起托盘再转动三种；安装位置有停车库内和停车库门口之分。 2 3 塔式立体车库自动控制系统 2 3 1 立体车库自动控制系统概述 立体车库自动控制系统要可以实现顺序动作控制、速度控制、定位控制和安 全互锁控制。立体车库对自动控制系统的要求主要有如下几个方面： 1 0 硕十学位论文 ( 1 ) 自动操作 立体车库存取车时，单钮操作，只要按动所选车位的按钮，控制系统就可以 根据当前车库的存车状况，自动地选择调度方案，以最短的时问完成车辆的出入 库。 ( 2 ) 运行高速、平稳 一些大型立体车库的平均车辆存取时间能够达到少于9 0 s ，这就要求传动装 置要以高速度运行，同时，为了保证安全、低噪声与平稳起、制动，又要求传动 装置要具有自动加、减速的功能。因此，立体车库驱动装置一般都采用交流变频 调速技术。 ( 3 ) 安全互锁控制 立体车库控制系统应能及时检测出隐患，避免故障的发生。立体车库不允许 因错误动作造成车辆损坏，所以安全装置是必不可少的，如光电检测装置。 2 3 2 自动控制系统控制器及控制方案的选择 单片机是在近代超大规模集成电路的基础上发展起束的，功能更多，控制更 灵活，应用范围更广。利用单片机控制立体车库具有成本低、通用性强、灵活性 大以及易于实现复杂控制等优点。单片机控制原理图如图2 2 所示。 图2 2 单片机控制原理图 智能立体车库控制系统的设计与研究 单片机是计算机技术，特别是微型机技术与半导体集成电路工艺发展的结 晶。它在一块芯片上集成了一台微型计算机的主要部分，成本低，集成度高，可 灵活地组成各种智能控制装置。单片机可以针对性地设计成专家系统，解决从简 单到复杂的各种任务，实现最佳的性能价格比。单片机芯片从设计制造开始，就 充分考虑了其对工业环境的适应性，所以抗干扰能力强、温度范围宽。采用单片 机可以实现各种复杂的控制要求，方便地增加或改变控制功能，控制更灵活，二 次开发性能极佳1 1 8 l 。因而，本塔式立体车库自动控制系统选择采用单片机作为 控制器。 2 4 本章小结 本章工作主要是对塔式立体车库总体方案的设计，着重研究了控制系统中控 制器以及控制方案的选择，最终选择采用单片机作为塔式赢体车库自动控制系统 的控制器。 1 2 硕十学何论文 第3 章控制系统的电力拖动系统 3 1 升降机构 3 1 1 速度曲线 本立体车库总体机械结构采用电梯提升式和平移存取构型。起升机构必须要 具有很高的平层精度。传动装置要以高速度运行且具有自动加、减速功能。起升 机构的速度曲线如图3 1 所示，图中曲线1 为单层运行时的速度曲线。本文还将 交流变频调速技术应 j 剑厂 降机构的驱动装胃中。 图3 1 升降机构的速度曲线 3 1 2 负载机械特性 升降机构的运行过程中大量时间处在加、减速的过渡过