（电力系统及其自动化专业论文）立体车库无线通信控制系统的研究.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导r i l l 导下进行的研究工作和取 得的研究成果，除了文中特另t l d n 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理王太堂或 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了谢意。 学位论文作一：午也蝴鼽p 年；肌日 摘要 随着我国居民生活水平的提高，私人汽车总量在逐年增加，而在城市中车位数目的 增加不能满足停车的需求，因而在城市中停车难的问题显得越来越突出。立体车库由于 其自身具有众多优势，是解决城市停车难的有效途径之一。 当前的立体车库电气控制系统主要采用可编程逻辑控制器p l c ( p r o g r a m m i n gt d g i e c o n t r o l l e r ，简称p l c ) 作为主要核心的电气控制，其信号之间采用有线通信的方式进行 传输。但立体车库经过一段时间运行后，在车板频繁移动的过程中，电源线和通信线路 由于拖曳而发生内部心- h - 线的断裂，增加查找故障点的困难。因此，设计一种尽量减少立 体车库中的有线通信方式已成为立体车库电气控制系统的重点研究课题之一。 通信控制系统是立体车库的核心，是决定立体车库性能优劣的关键因素。线缆的断 裂将造成信号无法传输，因此可以说，可靠的通信控制系统直接决定了立体车库的故障 率的降低及其安全稳定的运行。因此研究一种新型的立体车库通信控制系统具有十分重 要的现实意义。 本文设计了一种基于单片机和n r f 9 0 5 模块的立体车库无线数据采集系统。本文首 先介绍了该系统整体设计框架，随之介绍了系统硬件设计和系统软件设计两大部分。其 中硬件部分重点介绍利用n o r d i c 公司的n r f 9 0 5 模块的数据采集与无线收发单元和利用 a t m e l 公司的a t 8 9 c 5 1 芯片无线收发与中央处理单元这两部分的设计方法；而软件部分 系统程序设计和无线接收系 以快速地实现对移动车板的 统进行改进必将产生巨大的 的要求，具有一定的可行性。 统n r f 9 0 5 模块 a b s t r a c t w i t ht h eg r o w t hi nt h el i v i n gs t a n d a r do fr e s i d e n t si nc h i n a , t h ea m o u n to fp r i v a t ec a r s h a si n c r e a s e dy e a rb yy e a r , w h i l et h ei n c r e a s i n gp a r k i n gs t a l l sc a n ts a t i s f yt h er e q u i r e m e n tf o r p a r k i n g , s op a r k i n gp r o b l e mh a sb e c o m em o r ea n dm o r ee v i d e n ti nt h ec i t y s t e r e og a r a g e ， w h i c hh a sm a n ya d v a n t a g e so fi t so w n ，i sa ne f f e c t i v ew a yt os o l v et h ep a r k i n gp r o b l e mi n c i t i e s t o d a y , t h es t e r e og a r a g e se l e c t r i c a lc o n t r o ls y s t e m sc o m m o n l yt a k ep l c ( p r o g r a m m i n g l o g i cc o n t r o l l e r ) a sm a i nc o r e t h e i rs i g n a l st r a n s m i tb yc a b l e s h o w e v e r , r u n n i n g f o rs o m e t i m e ，t h es o u r c ec a b l e sa n dc o m m u n i c a t i o nc a b l e sa r ed r a g g e da n de a s i l yb r o k e nw i t ht h e m o v e m e n to fc a rp l a t e si nt h ew i r es y s t e m ，i nw h i c hi th a sm u c hm o r ed i f f i c u l t yi nl o c a t i n g f a u l tp o i n t s t h e r e f o r e ，t h ee l e c t r i c a lc o n t r o ls y s t e md e s i g n e dr e q u i r e sm u c hs w i r lr e s p o n s e s p e e da n dm i n i m i z e sw i r et r a n s m i s s i o n ，w h i c hh a sb e c o m eo n e o ft h ek e yr e s e a r c ht o p i c si n t h es t e r e og a r a g e c o m m u n i c a t i o nc o n t r o ls y s t e mi st h ec o r eo ft h es t e r e og a r a g e , w h i c hi sc r u c i a lt ot h e s t e r e og a r a g e sp e r f o r m a n c e t h es i g n a l sc a l l a tt r a n s m i ti nb r o k e nc a b l e s , t h a ti st os a y , s t a b l e c o m m u n i c a t i o nc o n t r o ls y s t e md i r e c t l yd e t e r m i n e ss t e r e og a r a g e sl o wf a u l tr a t ea n di t ss t a b l e a n ds e c u r eo p e r a t i o n t h e r e f o r e ，an e ws t u d yo ns t e r e og a r a g e sc o m m u n i c a t i o nc o n t r o l s y s t e mi so fg r e a tp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e t h i sp a p e rp r e s e n t st h ed e s i g no fw i r e l e s sd a t aa c q u i s i t i o ns y s t e mo ft h es t e r e og a r a g e b a s e do na t 8 9 c 51a n dn r f 9 0 5m o d u l e a tf i r s t ，i ti n t r o d u c e st h ed e s i g nd i a g r a mo ft h e w h o l es y s t e m ；t h e ni n t r o d u c e st h eh a r d w a r ed e s i g na n dt h es o f t w a r ed e s i g n i nt h ep a r to f h a r d w a r ed e s i g n ，i te s p e c i a l l yi n t r o d u c e st h ed a t aa c q u i s i t i o na n dw i r e l e s st r a n s c e i v e ru n i t d e s i g nm e t h o dw h i c hu s e dn o r d i cc o r p o r a t i o n sn r f 9 0 5m o d u l e ，a n dw i r e l e s st r a n s c e i v e r a n dc e n t r a lp r o c e s su n i td e s i g nm e t h o dw h i c hu s e da t m e lc o r p o r a t i o n sa t 8 9 c 51s i n g l e c h i p i nt h ep a r to fs o f t w a r ed e s i g n ，i tm a i n l yi n t r o d u c e st h ek e i ld e v e l o p i n ge n v i r o n m e n to fc 51 ， t h ep r o g r a md e s i g no fw i r e l e s st r a n s m i t t i n gs y s t e ma n dt h ep r o g r a md e s i g no fw i r e l e s s r e c e i v i n gs y s t e m a tl a s t ，i th a sb e e np r o v e dt h a tt h ew i r e l e s sd a t aa c q u i s i t i o ns y s t e mo f t h e s t e r e og a r a g ec a nf l e e t l ya c q u i r et h ei n f o r m a t i o no ft h em o v i n gp l a t e sa n ds a t i s f yt h ea c t u a l e n g i n e e r i n gn e e d s 目录 第一章绪论1 1 1 立体车库的研究背景及发展状况1 1 2 立体车库的主要类型及特点2 1 3 短距离无线通信技术的发展现状及趋势4 1 4 立体车库通信系统研究的意义8 1 5 本文的主要工作。8 第二章升降横移式立体车库的控制系统1 0 2 1 升降横移式立体车库的定义及其工作原理1 0 2 1 1 升降横移式立体车库的定义l o 2 1 2 升降横移式立体车库的工作原理l o 2 2 升降横移式立体车库的组成1 0 2 2 1 升降横移式立体车库的机械部分l o 2 2 2 升降横移式立体车库的电气部分1 l 2 3 升降横移式立体车库的控制系统1 2 2 4 控制系统的缺点1 3 2 5 小结1 4 第三章系统的总体设计方案1 5 3 1 系统的总体结构设计1 5 3 1 1 系统的总体结构设计图1 5 3 1 2 各个部分功能。1 6 3 2 无线收发模块的选择：二1 7 3 2 1 无线射频芯片的选择1 7 3 2 2n r f 9 0 5 芯片的选择1 7 3 2 3n r f 9 0 5 芯片的传输距离1 9 3 3 微控制器的选择1 9 3 3 1 单片机选择的原则1 9 3 3 2 本设计中单片机选择的型号2 0 3 3 3a t 8 9 c 5 1 的主要性能及功能。2 0 3 4 小结2 2 第四章无线收发系统的硬件设计2 3 4 1 无线收发一体芯片n r f 9 0 5 的简介2 3 4 2n r f 9 0 5 内部结构图及管脚功能说明2 3 4 3n r f 9 0 5 的模式控制2 6 4 4 接口电路的设计2 6 4 5 卅、结2 8 第五章无线收发系统的软件设计2 9 5 1c 5 1 的集成开发环境k e i lu v i s i o n 2 简介2 9 5 2 无线发送系统的程序设计3 5 5 2 1 初始化程序设计3 5 5 2 2 无线发送程序设计一3 6 5 2 3 无线接收程序设计3 7 5 2 4 主函数程序设计。3 8 5 3 = j 、结3 9 第六章结论与展望4 0 6 1 测试结果4 0 6 2 总l 砉z 1 1 6 3 未来工作展望4 1 参考文献4 3 附录4 6 发表论文和科研情况说明5 2 致谢5 3 第一章绪论 第一章绪论帚一早三百y 匕 1 1 立体车库的研究背景及发展状况 随着中国经济的持续增长，人民生活水平不断提高，人民对物质生活和精神生活的 追求也在不断增加，汽车价格的降低，汽车己不是人们遥不可及的奢侈品，而逐渐演变 成为都市人们必不可少的交通工具，私家车越来越多地走进居民的生活。 与此同时，随着车辆的不断增多，但相应的停车位的增长不能与汽车增长数量相匹 配，致使很多机动车只能停在非机动车道、隔离带，使原本就很拥挤的交通状况变得更 加严峻。能否有效地解决城市交通堵塞和停车难的问题，己成为影响城市和谐构建的一 个重要因素h 3 。 根据( ( 2 0 0 8 年国民经济和社会发展统计公报汹1 ，n 2 0 0 8 年年末，我国全国民用汽 车保有量已经达至1 6 4 6 7 万辆( 包括三轮汽车和低速货车1 4 9 2 万辆) ，比上年末增长1 3 5 。 其中私人汽车保有量4 1 7 3 万辆，比上年末增长1 8 1 。民用轿车保有量2 4 3 8 万辆，增长 2 4 5 ，其中私人轿车1 9 4 7 力辆，比上年术增长2 8 0 。如此巨大数量的汽车主要集中在 城市，将给城市停车泊位带来巨大的压力。 假设普通轿车的停车位为6 m 长、2 5 m 宽，则每辆轿车需要1 5 m 2 的土地面积进行停 车。如果将汽车采用露天平面停放，如此数量的车辆将占用大量土地；如果采用机械式 立体车库，其占地面积约为平面停车场的l 2 1 2 5 ，节省土地的面积是非常巨大的n 3 1 。 因此，为了缓解由于乱停车而造成行车难的静态交通拥堵问题，在寸土寸会的现代化水 平较高的大都市建立安全可靠、停车位多、布置灵活、占用空间少、使用操作简单“智 能化立体车库”已迫在眉睫，并且国家已将城市交通研究热点之一的立体停车库系统列 入了重点科技攻关项目。 在国外，欧美、闩本等国在立体停车设备的发展中经验技术较为成熟，这些国家发 展立体停车设备已有3 0 多年的历史。在日本，1 9 6 2 年研制出世界上第一台立体停车设备， 成为了一座标志性的里程碑。随着技术的发展，日本现在已经生产研制出九大类近百个 品种的立体停车设备，研制出的机械式停车设备不仅满足了停车的需要，而且强调与城 市环境相协调，要求成为具有较强实用性和观赏性的城市建筑。同本目前从事立体停车 库研发与制造的公司大约有3 0 0 家，每年生产出的立体停车设备约在l o 万个车位左右。 在韩国，立体停车设备的发展历程比较平稳，大致经历了2 0 世纪7 0 年代的起步阶段、 8 0 年代的引进阶段和9 0 年代的供应使用阶段。由于韩国政府对立体停车设备高度重视与 大力支持，目前各种立体停车设备的开发和利用每年的增幅达到了3 0 。 台湾是中国发展立体停车设备最早的地区，在2 0 世纪8 0 年代初期与日本合作建造了 第一座垂直循环式立体停车设备，经过近两年时问的自主研发，于1 9 8 2 年生产了第一座 双层升降横移式停车设备。从1 9 8 1 年到19 9 1 年这十年间，制造立体停车设备的企业已经 第一章绪论 达到了3 5 家。到了9 0 年代初，随着汽车进口的开放，小汽车大量进口到台湾地区，使立 体停车设备制造业得到了快速发展。目前，在台湾地区从事立体停车设备制造的企业有 3 0 0 余家，每年投入运行的设备产量增长5 0 左右，使立体停车设备行业的发展进入到 了高峰阶段。 而中国大陆地区，从8 0 年代中期才开始关注机械式立体停车设备，9 0 年代后期，随 着改革开放的不断深入、进出口贸易的增长，轿车逐渐家庭化，使停车设备也有了初期 的应用，逐渐成为一个新兴的行业。目前我国大陆地区的生产制造企业还处于引进和开 发相结合的发展初级阶段，停车设备制造企业数超过1 0 0 家，发展速度较缓慢，其中主 机生产企业超过3 6 0 家。经过这十几年的技术引进和自我创新，虽然立体停车设备生产 技术水平有了较明显的提高，但是立体停车设备在大陆地区的发展还处于初级阶段，还 存在很多问题需要解决： ( 1 ) 大多数企业规模较小，现在每年的生产能力在1 0 0 0 个停车位左右，生产能力远远 不能满足国内外市场发展的需要； ( 2 ) 缺乏自主创新，目前大多数企业还是停留在引进技术，模仿的阶段，没能自主开 发出属于中国自己的立体停车设备； ( 3 ) 国内对立体停车设备没有统一的安全认证标准和技术标准，使各个企业独自为营， 致使生产出的产品的质量和可靠性大相径庭。 因此，我们应该增加对机械式立体停车设备的人力物力的投入，增强自主研发，尽 早制定行业统一标准，增大生产能力，以适应市场对立体停车设备的急切需求。 1 2 立体车库的主要类型及特点 立体车库经过几十年的发展，已生产出多种不同的类型，目前应用较广泛的类型主 要分为以下几种： 第一章绪论 幽l - l 垂直循环式立体乍厍 ( 2 ) 电梯式立体车库 电梯式立体车库又称塔式立体车库，如图1 2 所示，其层数都比较高，一般都在2 0 - 2 5 层，它是以技术成熟的电梯作为汽车的垂直运输工具，到达指定层后，依靠电梯上的 水平装置可将汽车送入( 取出) 停车位。电梯式立体车库的特点是：停车位是固定的， 汽车的存放通过电梯系统上下移动到停车位前，利用特有的横向移动装置来实现汽车的 存取。该类型车库的优点是：可在狭小的土地上建设，土地占用少并且利用率最高。为 了实现快速存取车，可以考虑在车库内设置转盘，这样可以实现汽车的自动调头，缩短 出入库时间。电梯式立体车库按照设置地点的不同，可以分为地面型、半地下型和地下 型这三种类型，在机械式停车设备的市场份额中约占4 。 第一章绪论 复位，横移不复位。在车库存取车时，地面层车位可直接存取车；其余各层存取车，需 通过判断所取车辆所在列的车板是否为空，如果不为空，则需对各层相对应的载车板进 行横移使之为空，最后下降到达地面层来实现取车。该型立体车库可根据地形及空间的 情况适当地选择地面及地下停车场，配置灵活，规模可大可小，造价较低。因此，升降 横移式立体停车库应用十分普遍，在机械式停车设备的市场份额中约占1 0 。 图l 一3 升降横移式立体下厍 ( 4 ) 巷道堆垛式立体车库 巷道堆垛式立体车库，如图l 一4 所示，它起始于1 9 6 0 年，仿照自动化立体仓库的原 理进行设计，一种专门制造的用于停放小型汽车的立体停车设备。巷道堆垛式立体车库 最大的特点是车位固定，只有搬运器进行横移运动或升降运动，当搬运器运行到停车位 ( 取车位) 时，伸缩机构从固定的车架上取出( 存入) 车。该类车库主要适用于大型密 集式存车，随着堆垛机频繁的移动，与之相连的电源线和通信线路内部：笛线很容易发生 断裂，提高了故障率。该类型车库在立体停车设备份额中占5 左右。 第一章绪论 1 3 短距离无线通信技术的发展现状及趋势 近年来短距离无线通信技术发展迅速，已经广泛应用于人们的日常生活中，目前短 距离无线通信方案主要有i e e e 8 0 2 1 1w l a n 、蓝牙b l u e t o o t h 、超宽带u w b 、红外i r d a 、 紫蜂z i g b e e 、射频识别r f i d 、微功率短距离无线通信技术等。下面我们将对这几种短 距离无线通信方案在基本结构、传输速率、应用层次及通信业务( 数据、话音) 等方面进 行介绍。 ( 1 ) m e e 8 0 2 1 l t l 7 q 9 8 0 2 1 1 是一系列关于无线局域网建设的由i e e e 协议构成的协议族，目前主要的标 准是8 0 2 1 l a 、8 0 2 1 l b 和8 0 2 1 l g 。8 0 2 1 l a 标准与8 0 2 1 1 b 都是在1 9 9 9 年制定的，8 0 2 1 1 9 标准是在2 0 0 3 年制定的。8 0 2 1 l a 是唯一一个工作在5 g h z 频段上的8 0 2 1 1 标准，使用 正交频分复用( o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ，o f d m ) 调制技术，支持6 、 9 、1 2 、1 8 、2 4 、3 6 、4 8 和5 4 m b p s 的传输速率，它的最高传输速率为5 4 m b i t s 。由于 8 0 2 h a 工作在5 g h z 频段上，可以免受工作在2 4 g h z 频段的微波炉、蓝牙设备以及无 绳电话等设备的干扰，但其价格相对较高。8 0 2 1 l a 覆盖大约7 5 英尺的距离。 i e e e 8 0 2 i l b 技术标准是无线局域网的国际标准，该标准工作在2 4 g h z 的频段上， 采用了补码键控( c o m p l e m e n t a r yc o d ek e y i n g ，c c k ) 调制技术和直接序列调频( d i r e c t s e q u e n c es p r e a ds p e c t r u m ，d s s s ) 技术，最大传输速率可达11 m b i t s ，并且其速率可以 在1 m b i t s 、2 m b i t s 、5 5 m b i t s 、l1 m b i t s 之间自动切换。当且当8 0 2 1 l b 的速率在1 m b i t s 、 2 m b i t s 时可以与8 0 2 1 1 兼容，它从根本上改变了w l a n 的设计和应用现状，扩大了 w l a n 的应用领域。8 0 2 1 1 b 的优势在于价格低廉。8 0 2 1 i b 覆盖大约1 0 0 到1 5 0 英尺的距 离。 8 0 2 1 l g 标准工作在2 4 g h z 的频段上，采用o f d m 调制技术，数据传输速率最高 可以达到5 4 m b i t s 以上；i e e e 8 0 2 1 1 9 设备能和i e e e 8 0 2 1 i b 设备在同一个( a c c e s sp o i n t ) 节点网络里互联互通，i e e e 8 0 2 1 l g 的一个最大特点就是要保障与i e e e 8 0 2 1 i bw i f i 系 统兼容。8 0 2 1 l g 覆盖大约1 0 0 到1 5 0 英尺的距离。 对几种8 0 2 1 1 技术进行了比较，如表1 1 所示。 表1 1几种8 0 2 1 l 家族技术的比较表 标准频带最高速度传输可用速度与所在主要优点主要缺点 ( g h z ) ( m b i t s )技术 ( m b i f f s ) 列标准 兼容 8 0 2 1 l 2 42f h s s l - 2 无较人的辐射有限的比特 d s s s 范同 率 8 0 2 1 l a5 0o f d m2 4无 在非拥挤频 辐射最小 5 4 段有较高的 比特率 8 0 2 1 1 b2 4d s s s58 0 2 1 l 廊h jj “泛，比特率太低 第一章绪论 1 l较大的辐射 范围 8 0 2 1 l g 2 45 4o f d m1 2 2 48 0 2 1 l 有较高的比共存w u 埘 8 0 2 1 1 b 特率 数目小 ( 2 ) 蓝牙( b l u e t o o t h ) 技术【2 2 2 3 】 、 蓝牙标准丌发于1 9 9 9 年，由3 c o m 、爱立信、英特尔、i b m 、朗讯、微软、摩托罗 拉、诺基亚和东芝等公司共同发起的。蓝牙是一种近距离的语音通信与无线数据的开放 性全球规范，开发蓝牙技术的目的是为固定设备与移动终端建立连接。它采用跳频扩频 技术，可靠性高。若以l m w 功率发射时，蓝牙的通信距离是1 0 m 左右，若以1 0 0 m w 功率发射时，通信距离将延伸到1 0 0 m 。 目前，已有超过1 3 0 0 家制造商采用该标准，已经推出了许多装备有蓝牙的消费类 电子产品，包括手机的无线耳机、无线u s b 或r s 2 3 2 连接器、无线机顶盒和无线键盘 等，但其国内市场的推广仍然不够广泛，制约其发展的最大障碍是其成本较高，蓝牙模 块的价格较昂贵。 ( 3 ) 超宽带( u w b ) 技术【2 5 之7 】 超宽带( u l t r aw i d eb a n d ，u w b ) 无线技术出现在6 0 年代，从其出现到2 0 0 2 年期 间，该项技术仅应用于军事领域。到了2 0 0 2 年它才在民用通信领域重得以应用，这是 因为美国联邦通讯委员会( f e d e r a lc o m m u n i c a t i o n sc o m m i s s i o n ，f c c ) 允许u w b 系统 和原有用户重叠使用3 1 g h z - 1 0 6 g h z 这一频段，从理论上来讲，重叠使用同一频段将 会干扰原有系统的军事部门用户。为了尽量减少这种影响，f c c 对u w b 的发射功率作 出了严格的限制，使得u w b 的收发设备只有距离靠得很近才能进行通信，这也成为了 限制其发展的一个重要因素。u w b 技术不同于传统技术，它采用无载波通信技术，利 用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽，它能够实现 无线局域网中无线接口的互联和接入。 u w b 技术之所以受到雷达和通信界的青睐，是因为其宽带特性拥有准确的测距能力。 u w b 的宽频带使它在超高速数据传输方面很有潜力，u w b 系统的功率限制也使其设备 的功耗和体积都能做得很小。目前，英特尔公司正在进行研究和开发，将u w b 定位于“无 线u s b 2 0 ，当前u w b 的传输速率己达到1 0 0 m b w s 。然而，u w b 在民用方面的应用还 处于初步发展阶段，干扰问题、安全问题等一些实际问题亟待解决。即使如此，。u w b 自身所具有的低功耗、高带宽、低复杂度的优点在商业界和学术界都引起了人们浓厚的 兴趣。 ( 4 ) 红外( i r d a ) 技术【2 8 1 红外标准是由红外数据协会( i n f r a r e dd a t aa s s o c i a t i o n ，k d a ) 在1 9 9 3 年提出的一种 无线通信协议，是一种半双工串行通信，它通过数据电脉冲和红外光脉冲之问的相互转 换来实现无线数据的收发功能。i r d a 设备使用发光二极管发送信号，通信距离最多可以 达到几米，波长范围为8 7 5 n m 士3 0 n m 。 i r d a 设备的体积小、功耗低、使用时不需要申请特定频率的执照，并且技术较成 第一章绪论 熟。i r d a 数据传输速率比较高，1 9 9 5 年新制定的超高红外( v f i r ) 标准传输速率达到 1 6 m b p s ，接收角度也扩展到了1 2 0 度。 k d a 有如下几个方面的缺点：首先，k d a 是一种视距传输技术，通信设备传输数 据时中问不能有遮挡物，接收角度小，通信设备的位置需要相对固定，不能用于边移动 边使用的设备；其次，红外发光二极管l e d 作为k d a 设备的核心器件，容易损坏，因 而其寿命有限；最后，k d a 不能完成点对多点的无线通信，只能实现点对点的无线通 止至 1 日o ( 5 ) 紫蜂( z i g b e e ) 技术【2 m 一 z i g b e e 技术以无线个人区域网( p a n ) 工作组的i e e e8 0 2 1 5 4 技术标准为基础，它 和蓝牙一样工作在i s m 频段，每个紫蜂网络可容纳2 5 5 个设备，最大覆盖范围是7 5 m ， 最大数据速率是2 5 0 k b p s ，其可广泛用于交互玩具、库存跟踪监测等消费与商业应用领 域。紫蜂的应用目标包括无线传感器网络、存货标签等。 i e e e 8 0 2 1 5 4 定义了两个物理层标准，分别是2 4 g h z 物理层和8 6 8 9 1 5 m h z 物理 层。它们都基于直接序列扩频( d i r e c ts e q u e n c es p r e a ds p e c t r u m ，d s s s ) ，使用相同的 物理层数据包格式，区别在于传输速率、调制技术、工作频率和扩频码片长度的不同。 2 4 g h z 波段为全球统一的无需申请的、免费的i s m 频段，对降低生产成本和推广z i g b e e 设备有一定的影响。 z i g b e e 是基于8 0 2 1 5 4 无线标准研制开发的，它通过了美国电气和电子工程师协会 ( i n s t i t u t eo f e l e c t r i c a la n de l e c t r o n i c se n g i n e e r s ，i e e e ) 的相关批准，是一组有关组网、 安全和应用软件方面的技术标准。i e e e 仅处理低级m a c 层和物理层协议，z i g b e e 联 盟对其网络层协议和a p i 进行了标准化。 z i g b e e 技术的诞生，弥补了低成本、低功耗和低速率无线通信市场的空缺，也注定 了其有广泛的前景。例如z i g b e e 技术在工业控制、家庭智能化、医疗设备、军事等领 域的应用已是非常广泛。 ( 6 ) 射频识别( r f i d ) 技术【2 1 1 射频识别技术( r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ，r f i d ) 是从2 0 世纪8 0 年代走向成熟的 一项自动识别技术，它主要被用于控制、检测和物品跟踪。r f i d 由标签、解读器和数 据传输和处理系统三部分组成，其工作过程为：当解读器遇见r f i d 标签时，发出电磁 波，周围形成电磁场，标签从电磁场中获得能量激活标签中的微芯片电路，芯片转换电 磁波，然后发送给解读器，解读器把它转换成相关数据。控制计算机就可以处理这些数 据从而进行管理控制。 与传统的条形码相比，r f i d 技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使 用寿命长、读取距离大且无须对准扫描、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存 储信息更改自如等优点。r f i d 分为低频系统、高频系统和超高频系统。r f i d 低频系统 主要用于短距离的应用，如校园一卡通、家庭的水表、电表的抄表系统等；高频系统则 用于需传送大量数据的应用系统；与低频系统和高频系统相比，超高频系统的传输距离 更远，传输速度更快，其适用于需要较长的读写距离和高读写速度的场合，比如说存货 和仓库管理，集装箱管理等。 第一章绪论 目前国内的r f i d 产业的核心问题一方面是成本，成本偏高是其替代条形码的最大 障碍，每个射频标签价格在1 2 美元左右。另一方面，终端用户对r f i d 所能带来的效 益理解不够深。 ( 7 ) 无线单片技术【6 5 】 该技术一般采用单片机和无线收发芯片集成在一起，一般采用频移键控 ( f r e q u e n c y - s h i l lk e y i n g ，f s k ) 调制方式，工作于i s m ( i n d u s t r i a ls c i e n t i f i cm e d i c a l ) 频段，具有成本低、干扰小、开发简单、协议简单透明、所需外围器件少的特点，因而 在工业、民用领域得到了广泛的应用。因为一些必要的外围模块已经集成于芯片内部， 所以用户在使用无线单片技术时，无需对无线通信原理有很深的了解，只要根据芯片提 供的操作接口进行操作即可实现通信的功能。目前，很多公司推出了这种类型的单片无 线收发芯片，其中比较典型的是n o r d i c 公司推出的n r f 系列芯片。 目前低功率短距离无线通信在在公交车自动报站、酒店无线点菜、粮库湿温度监测、 无线报警及安全等生产和生活领域中有广泛的应用。 1 4 立体车库通信系统研究的意义 随着中国经济的持续增长、居民生活水平的不断提高，人民对物质生活和精神生活 的追求也在不断增加，汽车价格的降低，使得轿车越来越多地走进居民的生活。根据 2 0 0 8 年国民经济和社会发展统计公报，至u 2 0 0 8 年年末，我国全国民用汽车保有量已经 达至1 j 6 4 6 7 万辆( 包括三轮汽车和低速货车1 4 9 2 力辆) ，比上年木增长1 3 5 。而且随着经 济社会发展，私家车的数量也在与同俱增，但相应的停车位的增长不能与汽车增长数量 相匹配，致使很多机动车只能停在非机动车道、隔离带，使原本就很拥挤的交通状况变 得更加严峻。 为了缓解由于乱停车而造成的行车难、停车难的静态交通拥堵问题，在寸土寸金的 现代化水平较高的大都市建立安全可靠、停车位多、布置灵活、占用空间少、使用操作 简单“智能化立体车库”已迫在眉睫，并且国家已将城市交通研究热点之一的立体停车 库系统列入了重点科技攻关项目。 立体车库控制系统是立体车库的核心，是决定立体车库性能优劣的关键因素，也就 是说，只有保证立体车库控制系统的正常工作，才能实现整个车库的安全稳定的运行。 但车库在运行一段时间后经常会出现一些问题，比如车板横移较频繁，使得载车板的电 源线及信号线随摆杆来回屈伸，导致电缆内部芯线发生断裂，造成故障，与此同时也增 加了查找故障点的困难程度。因此，设计开发控制速度快、尽量减少立体车库中的有线 通信方式已成为立体车库电气控制系统的重点研究课题之一。 在立体车库控制系统的研究过程中，无线通信控制系统的设计是一项非常重要而复 杂的任务。因而投入大量的物力财力研究新一代的、具有稳定的通信控制系统的立体车 库不仅可以解决我国停车难的问题，还能带动其它产业的发展，具有十分重要的现实意 义。 第一章绪论 1 5 本文的主要工作 升降横移式立体车库根据场地大小及客户需要，可实现2 6 层的多车位设计。由于 占地面积小且动作灵活、易操作、造价低，因此是公司及单位在建造立体停车库的理想 选择，具有良好的市场前景。本文选定升降横移式立体车库作为研究对象，重点讨论无 线通信控制系统的关键技术。 本文在查阅国内外大量资料的基础上设计了一种全新的立体车库无线通信控制系 一统。对当前立体车库通信控制系统的组成及其控制原理进行了研究，并完成了无线通信 控制系统主体结构的设计，具体内容如下： ( 1 ) 以升降横移式立体车库为研究对象，提出了所要构建的立体车库无线通信控制 系统的总体框架和基本构成单元，整体方案的确定为设计硬件电路和软件程序提供了原 则和思路： ( 2 ) 在总体方案研究的基础上，本文对无线收发系统的硬件部分展开详细的设计， 主要成果包括：传感器信号与微控制器的接口电路的设计；无线收发模块与微控制器之 间的接口电路的设计，完成了无线数据通信控制系统功能； ( 3 ) 软件方面的成果主要是以a t 8 9 c 5 1 控制核心编写的控制程序，包括n r f 9 0 5 模 块发送数据的程序设计和n r f 9 0 5 模块接收数据的程序设计： ( 4 ) 在上述工作的基础上，本文对所设计的软硬件进行了相关测试和试验工作，验 证了系统设计及相关软硬件设计的可行性。 第二章升降横移式立体车库的控制系统 第二章升降横移式立体车库的控制系统 本章简要介绍了升降横移式立体车库的工作原理以及升降横移式立体车库的组成， 包括机械部分和电气部分。最后简要介绍了国内外目前升降横移式立体车库的控制系 统，该系统存在一些缺点，为第三章的对其缺点进行改造提供了一个很好的铺垫。 2 1 升降横移式立体车库的定义及其工作原理 2 1 1 升降横移式立体车库的定义 采用载车板升降或横移来实现存取车辆的机械式停车( 取车) 设备的立体车库叫做 升降横移式立体车库。 由于升降横移类停车设备的形式比较多，规模可大可小，对停车场地的适应性较强， 因此，采用这类设备的停车库十分普遍。 2 1 2 升降横移式立体车库的工作原理 在升降横移式立体车库中，除了顶层外，中间层和地面层必须各留出一空车位，保 证上下车通道的畅通。升降横移式立体车库的有效停车位数为q = ( a - 1 ) ：i ：b + l ，其中q 为总的停车位数，a 为每层车位数，b 为层数。 在升降横移式立体车库中，每个车位均有载车板，地面层的载车板只做横移运动； 中间层的载车板既可做横移运动，又可做升降运动；顶层的载车板只做升降运动。总的 运动原则为：升降复位，横移不复位。升降横移式立体车库的取车工作原理为：首先判 断所取车辆下面的载车板是否为空，如果为空则己；如果不为空，则需要将所取车辆所 在层的下面各层的载车板通过横移运动，保证所取车辆所在列的下面各停车位为空，形 成一个取车通道；其次将载车板降到地面层；最后驾驶员进入车库内将汽车取出车库。 升降横移式立体车库的存车过程与此相反。 2 2 升降横移式立体车库的组成 立体车库主要包括两个大部分，一部分是机械结构，另外一部分是电气结构。下面 以3 * 5 ( 也就是说，该立体车库有5 层，每层有3 个车位) 升降横移式立体车库为例， 来分别介绍立体车库的机械机构和电气结构。 第二章升降横移式立体车库的控制系统 2 2 1 升降横移式立体车库的机械部分 升降横移式立体车库的机械部分主要由钢结构框架部分、载车板机构部分、传动机 构部分、控制部分、安全防护装置五大部分组成，如下所示： ( 1 ) 钢结构框架 主要由立柱、角钢、托槽、停车板、机构梁、辅助梁等部件组成，它是车库的主架。 其主要作用就是承重和内置多个停车泊位并安装机械传动、电气控制、安全保护装置等。 ( 2 ) 载车板机构 载车板机构分为载车板升降机构和载车板横移机构，其主要由电机、变频器所组成。 下面具体说一下载车板上电机的配置情况： 该3 * 5 升降横移式立体车库可停车1 1 辆，即含有1 1 个载车板。地面层载车板只能 进行横移运动；中间层载车板既可进行升降运动又可进行横移运动；顶层载车板只能进 行下降运动。除顶层外，中间层和地面层各层均设有一个空车位，通过横移改变空位位 置，降下空位上方的汽车( 车板) ，最后从底层取出汽车( 存车) 。 该车库从第1 到第4 层每层有两个载车板，第五层有三个载车板。第一层的两个载 车板只能进行左右横移运动，所以每个车板上只安装一个横移电机；第二层到第四层的 六个载车板既可实现横移运动又可实现升降运动，所以在每个车板上安装两个电机，一 个是升降电机，另一个是横移电机；第五层的三个车板只能进行升降运动，所以每个载 车板只配有一个升降电机。 ( 3 ) 传动机构 传动部分由链条、链传动长轴、链轮所组成，主要与载车板机构配合工作。这