基于PLC的停车场管理系统的毕业设计

绪论1.1课题研究的目的和意义国内经济的持续发展，汽车进入家庭的进程持续发展使得社会汽车保有量持续增长，对停车场的需求量剧增。因此停车场的建设已成为绝大多数建筑项目不可或缺的一部分。现有的平面式停车场通常仅实现门禁管理，对停车用户的出入权限进行管理，对停车用户停、取车的过程不做监控，则乱停放现象时有发生，针对停车上述管理缺陷，本文就停车场的管理、监控流程进行改进。因此，规划好新建及已建停车场的管理及监控系统将有利于规范车辆的停取过程，保证车辆在停取过程中的安全性，提高停车空间的利用率，缓解社会停车位紧张的供需矛盾，充分发挥公共设施的社会效益。近几年，我国的停车场管理技术不断完善，计算机技术、通信技术、网络技术的发展又促进了停车场管理系统功能的强大。但是，现时某些小型停车场如要运用大量高新技术就会出现资金不足、维护管理不完善的问题，有时考虑也不够全面，所以目前就要解决车辆管理成本高、服务效率低等问题。自动停车场管理系统重点要做到准确指示车辆进出，车辆进入时给与司机准确的车位数量与具体位置，车辆进入后，记录车辆总量，车辆离开时，减少车辆数量。车辆进出指示可完全由PLC作为中央控制处理，停车场空位指示可利用价格较不高的数码显示。停车场得规模各不相同，对其进行管理的模式也有不同之处，管理者需要根据自身的条件，选择应用经济、稳定的管理程序，以免选择了高成本的管理系统本设计旨在设计一个简洁、稳定、实用的停车场管理信息系统，希望在容错性、实用性、易操作性等方面具有自己的特色，并且保持一定的可扩展性，以满足不同停车场的信息管理需求。所以我们用成本低效率高的PLC来做自动停车场系统。1.2国内外研究现状目前我国的智能停车场管理系统根据停车场类型的不同，设备配置也不相同。有些简单停车场管理系统仅设置栏杆机，出入口设在一起，多靠人工管理，这类型的停车场多见于一些小型小区、大厦、机关等场所。还有一些路内停车场采用咪表停车收费系统，以人工收取现金或刷卡的形式管理停车场，这种在路内停车管理中采用停车眯表作为技术设备的停车管理方式，在世界发达国家城市中已普遍推行。比较完整的智能化停车场系统多应用于城区较发达的商业区、大厦、大型社区及大型公共停车场等场所。国外一些发达国家的智能停车场建设及管理系统的应用相对要成熟一些，比如柏林、东京、纽约等国外的一些大城市很少看到因停车而造成的交通拥堵。其原因一个是规划比较合理，路内停车与路外停车相互结合，合理控制与收费，比如在日本，一车一位，再加20%的周转车位，车和车位之比在1：1.2，远低于我国车与车位5：1的比例；另外一个原因是国外智能建筑智能化的投资占整个建筑投资的5%—8%的比例，而国内稍低，这就决定了国外作为物业管理组成部分之一的停车场系统，其智能化程度要相对高一些，停车管理相对方便快捷，比如新加坡的樟宜机场是亚洲最繁忙的空港之一，设有三个停车场，共3300个车位，停车场收费完全自动化，停车场内看不到一个管理人员。值班人员只在办公室远程监测停车场的运行情况，以备处理应急事件由于城市人口相对密集，无论是私家车辆还是公交车辆都不能真正满足正常的停放，公交需求更很大。所以在停车场智能管理领域，相应的也出现了PLC停车场智能管理的概念，即含有高科技的智能系统，与普通的停车系统不同的是，它能以PLC技术为基础来解决停车难的问题，直接为目标安全、迅速地到达目的地。因此，在大力加强车辆停放智能管理的建设方面，尤其在实现快捷、便利、安全这一点上拥有很大的发展空间和潜力。1.3研究的主要内容在掌握停车场管理系统组成及基本工作原理的基础上，通过采取PLC技术对停车场管理的设计，达到停车场智能化、高效化。主要研究内容如下：①针对现有传统停车场管理系统的不足之处，对停车场智能管理系统进行总体设计，并按照用户性质的不同，对工作流程进行优化设计，提高停车场的运行效率。②系统需对停车场中的收费系统、车位显示系统、上位监控系统进行设计，并且绘制出相应的梯形图。③利用智能停车管理系统的PLC设计，完成车辆入场时收费系统与主电脑系统的控制，允许车辆入场时监摄系统、定位感测器与门栏之间控制。通过上述设计大致可实现以下功能：1）自动采集车辆入车库状态，采用刷卡形式获取卡号进入停车场；2）根据车辆出入库状态自动开、关道闸；3）采用车位传感器对每个车辆动态监控；4）用户车辆出场时采用刷卡形式，交完费用后方可离开。根据停车场情况和性能指标要求，搭建停车场管理系统硬件电路并绘制相关原理图；根据所选PLC完成软件流程图的编制和软件编程；进行系统的仿真模拟；进行系统的调试和校正，以保证系统正常运行。河南城建学院本科毕业设计（论文）2控制系统整体方案设计2控制系统整体方案设计2.1结构及基本原理图2.1停车场车位控制原理图在停车场进口处装一传感器1，出口处装一传感器2，传感器接受到高电平信号而控制电机的正反转，停车场处的闸门开合与关闭。传感器1、2所输出的脉冲分别输入给数据寄存器1、2，对数据寄存器1、2进行做差传输给存储器3，计算出车库内车辆的数目，存储器3所存储的数据将会传输给数码显示管显示，如显示的数为16时，则门口处的闸门停止工作，如显示的数还没到16时，则闸门继续工作。其原理框图如图2.1所示。图2.2停车场场景模拟图红绿两个灯可表示车库内的车位是否已满，旁边的数码管则是显示当前车库内停车的数量，图中的X5、X6以及X10、X11表示进库（出库）时门口所设置的有无车辆通过检测传感器、一卡通系统以及道闸，其中还包括了一些门限开关2.2控制系统方案的确定2.2.1PLC控制系统和其它控制系统的比较PLC自诞生以来其技术发生了质的飞跃，应用领域也越来越广泛，成为迄今自动化技术的三大支柱之一。同时它与其它工业控制器相比各有特点。①与继电器控制系统的比较继电器控制系统采用硬接线逻辑，通过机械式触点及继电器来实现动作，但系统确定下来后要修改则非常困难，且控制精度低，易出现冒险竞争，且时间常数太大，故易出现误动作，可靠性、维护性都不高。而PLC采用软件来替代电器触点，利用其内部存储器以数据的形式将控制逻辑存储起来，其动作由程序实现，便于系统更新、修改。时限控制由数字计时器实现计时，其计时精度高。系统指令执行速度极快，约为几十微秒甚至更低，再加上其内部严格的同步，所以不会出现误动作。PLC还具有许多继电器所不具有的功能如：步进控制、AD/DA转换、通讯等功能等。因此，无论在系统更新的方便性、系统的可靠性、维护性及系统控制精度方面还是在功能性方面，PLC控制系统都远优于继电器控制系统。②与单片机相比较PLC与单片机相比较而言，PLC是建立在单片机之上的产品，单片机是一种集成电路，可以构成各种各样的应用系统，从微型、小型到中型、大型都可，PLC是计算机应用系统的一个特例。不同厂家的PLC有相同的工作原理，类似的功能和指标，有一定的互换性，质量有保证，编程软件正朝标准化方向迈进。这正是PLC获得广泛应用的基础。而单片机应用系统功能千差万别，质量参差不齐，学习、使用和维护都很困难，存在编程复杂、不易掌握的问题，还需要处理大量I/O接口的问题，且其输出带负载能力也较弱，要驱动工业负载需要复杂的外围电路。优点在于它具有较强的数据处理能力，硬件成本较PLC低，然而工业过程要处理的是大量的开关量，因而运用在工业控制中它的长处得不到发挥，其可靠性也远不如PLC。从工程的角度，对单项工程或重复数极少的项目，采用PLC方案是明智、快捷的途径，成功率高，可靠性好，但成本较高。③与电气控制系统的比较1）从控制方法上看，电气控制系统控制逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触点的串联或并联等组合成控制逻辑，其连线多且复杂、体积大、功耗大，系统构成后，想再改变或增加功能较为困难。另外，继电器的触点数量有限，所以电器控制系统的灵活性和可扩展性受到很大限制。而PLC采用了计算机技术，其控制逻辑是以程序的方式存放在存储器中，要改变控制逻辑只需改变程序，因而很容易改变或增加系统功能。系统连线少、体积小、功耗小，而且PLC所谓“软继电器”实质上是存储器单元的状态，所以“软继电器”的触点数量是无限的，PLC系统的灵活性和可扩展性好。2）从工作方式上看，在继电器控制电路中，当电源接通时，电路中所有继电器都处于受制约状态，即该吸合的继电器都同时吸合，不该吸合的继电器受某种条件限制而不能吸合，这种工作方式称为并行工作方式。而PLC的用户程序是按一定顺序循环执行，所以各软继电器都处于周期性循环扫描接通中，受同一条件制约的各个继电器的动作次序决定于程序扫描顺序，这种工作方式称为串行工作方式。3）从控制速度上看，继电器控制系统依靠机械触点的动作以实现控制，工作频率低，机械触点还会出现抖动问题。而PLC通过程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度快，程序指令执行时间在微秒级，且不会出现触点抖动问题。4）从定时和计数控制上看，电器控制系统采用时间继电器的延时动作进行时间控制，时间继电器的延时时间易受环境温度和温度变化的影响，定时精度不高。而PLC采用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，定时范围宽，用户可根据需要在程序中设定定时值，修改方便，不受环境的影响，且PLC具有计数功能，而电器控制系统一般不具备计数功能。5）从可靠性和可维护性上看，由于电气控制系统使用了大量的机械触点，其存在机械磨损、电弧烧伤等，寿命短，系统的连线多，所以可靠性和可维护性较差。而PLC大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，其寿命长、可靠性高，PLC还具有自诊断功能，能查出自身的故障，随时显示给操作人员，并能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。综上所述，继电器控制系统无论在可靠性方面还是在系统构成灵活性，或是长期成本方面都已呈现被PLC控制系统取代的趋势；单片机系统则学习、使用、修改、维护难于PLC控制系统，可靠性低于PLC控制系统。本文中选用计算机控制系统构成停车场数据管理信息系统以完成对停车场相关运作信息的管理并与读卡器及现场控制器PLC交换数据信息。同时采用PLC作为现场控制器完成对停车场现场设备的信号采集及控制。2.3管理模式分析停车场根据建筑形式及停车场位置的不同分为园区地面停车场、建筑物地下平面停车场、专用停车楼及路边临时占道停车场。根据建筑物类型及建筑物功能的不同又可分为：①市区公共建筑群大型停车场，该类型停车场规模庞大，停车位多，停车用户流动性大，用户通常皆为临时停车用户。②综合建筑楼专用停车场，如各类大型商场及商务楼群地下专用停车场。该类型停车场停车位数量适中，停车用户常分为办公楼固定停车用户人群及购物顾客或访客临时停车用户人群。此类停车场通常白天工作时段车位紧张而夜晚非工作时段则车位大量空置。因此在管理模式上可实行分片分区管理，划定专用的固定用户停车区域及临时用户停车区域，在夜晚非工作时段将临时用户停车区域车位提供给周边社区无配套停车位小区住宅用户计时停车，提高设施利用率以提高社会配套设施的社会效益，缓解停车位置紧张的市场供需矛盾。③办公区域专用园区地面停车场。该类型停车场用户也常分为固定用户及临时访客用户，由于园区露天管理模式使得对停车管理到固定车位的可能性很小，通常只能实现门禁管理出入权限。此类型停车场为防止盗车现象的发生则可采用摄像监控，在出入口严格比对车辆摄像信息。对多出入口园区停车场管理还需做好联网管理，数据共享，一卡通行。④住宅小区专用停车场，该类型停车场规模通常依据小区总户数设计，停车类型绝大多数应为固定用户停车，在管理模式上可不采用计时收费而采用停车位相对固定，用户卡预先充值付费方式。为防止乱停车位及盗车现象，可加强车位动态监控结合门禁管理以达到有效监控。⑤专用停车楼的建筑在设计上为停车场专用，可采用专用托举设备结合现场控制器、传感器、计算机等智能设备实现停车、取车、车位监视等过程的全自动控制，并能做到空间的最高效利用。该类型停车场需在建筑设计的初期即根据专用设备规划建筑的功能及形式，并且初期设备投入昂贵。可知无论哪一类停车场地，其用户皆可归类为临时停车用户和固定停车用户两类。对临时停车用户，由于用户流动性大，为防止盗车现象发生，通常采用摄像监控、比对出库车辆信息、计时收费的管理监控模式。对固定停车用户则通常采用停车用户卡预先充值收费，门禁系统结合车位监控系统对停车车辆及车位动态监控的管理、监控模式。2.4控制需求分析对停车场进行管理及控制需求分析是系统设计的基础，本节在分析停车场基本情况的基础上分析该类型停车场的控制及管理需求。1）停车场基本情况分析在对典型停车场基本情况进行研究过程中图2.3是住宅小区的地下停车场的大致平面图。图2.3停车场的大致平面图2）入库车辆地点变更逻辑分析停车场内不同停车区域可提供不同的服务，但进入停车场的车辆皆会进行如图2.4所示的地点变更。图2.4入库车辆地点变更停车场车辆管理操作应该从车辆进入停车场开始，到车辆出停车场结束，并针对不同类型停车用户的出入停车事件的发生做相关事件的记录。车辆从入场到出场有固定的运动逻辑，从一个状态到另一个状态一般是不可逆的，这样一来如果已知一个状态就可准确地预计车辆的下一个状态，可实现车辆的状态追踪2.5平面停车场控制需求描述停车场的管理及控制包含管理及控制两部分运行系统。①管理包括对用户及其使用停车位情况等信息的管理；停车场运营基本情况信息的管理及设备基本信息的管理。这些管理功能的实现由安装在管理PC机内的管理中心软件完成，包含如下功能：在线监控所有各站点帐目状况：如各时期收支情况、付款额度及次数、币卡数量、种类等、出入口当前状况、操作员姓名等；用户卡的管理数据库；帐目打印与数据库报表；系统配置及建立停车系统及费率设置等其他部件管理等；控制则主要是对现场设备的状态依据管理及控制流程进行监视与控制，该部分功能的实现由现场设备及现场控制器及相关监控软件完成。主要包含如下功能：1）自动采集车辆出入车库与车位的状态；2）根据车辆出入库状态自动开、关道闸并自动开启；3）对车位则自动计数并能启动满位红灯亮；4)车辆超过限制的车位区蜂鸣器报警，提示司机。②停车场监控及管理系统的基本组成为出入口控制系统；车路、车位监控系统及管理系统。系统框图如图2.5所示。本文重点介绍管理监控系统中现场设备的功能设计、相关控制软件的设计。对管理中心软件的设计则不作介绍。图2.5停车场监控系统框架2.5.1停车场入口控制系统入口控制系统主要由入口票箱（内置出卡机、感应式读卡器）、自动道闸、车辆检测线圈、控制器等设备组成。用户入场时在票箱处按键，票箱内发卡器发送一张IC卡至入口票箱出卡口，同时完成读卡过程。读卡器与PC机通信，记录读卡事件相关数据如：卡号、读卡时间等。同时发信息通知控制器启动入口摄像机，拍摄入库车辆图像并依据相应卡号存入管理数据库。控制器开启道闸放行车辆，车辆通过车辆检测传感器后，控制器关闭道闸并记录入库车辆数目，车位满时，红灯亮显示“满位”。2.5.2停车场出口控制系统出口控制系统部分主要由出口读卡器、自动道闸、车辆检测线圈、照相机及控制器组成。用户车辆出场时，在出口读卡器处读卡，同时启动照相机拍照，PC机依据读取的卡号调用出入口两幅相同卡号的图像人工比对。管理软件依据入场及出场时间及计费标准计费，司机缴费；在收费及图像比对无误后，管理人员按键开启道闸放行。车辆检测传感器检测到车辆离场后道闸关闭，停车位计数器加一，管理系统将该车缴费信息记录到数据库。2.5.3车位状态监控系统在用户停车场管理中若按照通常系统构成仅利用出入口门禁系统进行出入权限管理，对车辆进入时的乱停放现象进行监控。在本文系统设计中，利用车位传感器构成车位状态监控系统。2.5.4停车场管理系统停车场收费管理处内设备由管理PC机、系统管理软件、系统数据库、IC卡读写器、报表打印机、对讲系统、收费显示器组成。管理PC机通过系统管理软件与IC卡读写器系统、出入口控制器通信，负责读写IC卡信息；存储并管理用户卡及车位信息；统计分析计费及管理情况；查询、打印报表；系统维护等功能。2.6停车场管理监控系统主要设备停车场管理及监控系统需要有如下的设备作为硬件支撑：①管理PC机管理计算机配备相应的停车场系统管理软件，实现日常运营管理如计时计费、车位及收费统计、报表、数据信息管理、图像采集、显示、对比等管理功能。②现场控制器PLC本文系统采用PLC作为现场控制器，汇总现场设备及PC机传来的各类输入信息，根据管理及监控流程进行信息处理，输出控制信号，控制停车场现场设备的工作，并向管理PC机传送现场信息。③出入口取票当系统处于自动发卡模式时，车辆压在地感线圈上，按票箱的取卡按钮，票箱可吐出一张感应卡；如没有车辆，按发卡按钮不吐卡。主要功能包括：数据采集、存储和控制功能，并和电脑联机通讯；发卡时自动读写卡功能；语音提示功能；车辆自动检测功能。LN-TY自动发卡机是按工业标准设计，采用PHILIPS高效率、低噪音双马达设计，交替工作，对环境适应能力极强。该发卡机是专门针对停车场自动管理系统性能需求而设计，提供射频卡天线安装位置，使发卡、读卡有机结合，方便系统集成。由停车场系统控制主板简化而成的发卡驱动板配合车辆传感器即可完成车到取卡、一车只发一卡的功能。LN-TY自动发卡机采用电镀/喷涂表面处理工艺；具有：带看门狗功能，TTL电平，RS232控制方式可选；卡空检测，无卡屏蔽发卡，剩余卡片数量检测；卡发至卡嘴后可衔卡，发卡后，10秒钟无人取卡，具有自动回收功能；传输轮采用特种橡胶，耐高温，防老化等功能特点。表2.5技术参数指指标：型号LN-TY电源输入220VAC20%0.25A电源输出5VDC3A12VDC1A24VDC1A工作温度-20℃～+55℃工作湿度5％～95％发卡速度小于等于2秒卡片尺寸86mm

X

54mm卡厚0.8/1.5mm

(可调)④读卡器在设有门禁控制的管理场所，读卡器被广泛应用，停车场的读卡器根据所用卡片读卡感应距离的不同分为短、中、长及远距离读卡器系统。读卡器读取与辆、车位一一对应的用户卡信息，通过上述信息对车辆的出入进行记录与管理。⑤出入库及光电传感器车辆到达出入口的情况和位置需要系统能自动探测到，这就需要在出入口的适当位置设置光电传感器作为检测器。当汽车经过时检测器产生的感应信号作为输入信号传给现场控制器以便控制。一般在停车场出入口各设置两套车辆检测器。一套在道闸前，检查车辆到达情况启动读卡，一套在道闸后检查车辆的离场或入场情况。⑥摄相设备车辆进出停车场时，系统自动启动照相机，记录车辆的外形、色彩、车牌等信息存入管理数据库并按卡号管理。车辆出入时系统管理软件自动调出出入图片人工比对，可有效防止盗车现象。同时需配备辅助照明设备。摄像机采用高清晰度，便于尽可能分辨车牌号码，抓拍出、入车辆，图像对比，加强保管安全、防盗。特性：镜头采用自动光圈，便于图像信号自动调节图像的亮度；1/3”CCD，0.15Lux/F1.2，像素水平清晰度480线；垂直数字增强和数字光圈矫正功能，增强水平和垂直边缘的信号强度，提供清晰图像；河南城建学院本科毕业设计（论文）3停车场控制系统硬件设计3停车场控制系统硬件设计3.1现场控制器3.1.1PLC的硬件结构可编程控制器主要由中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（I/O）、电源和编程器等组成。PLC硬件结构如图所示：编程器编程器其他外设外设接口输入部件系用统户程程序序存储器电源部件微处理器CPU输出部件I/O扩展接口I/O扩展接口图3.1PLC硬件结构3.1.2PLC的工作方式PLC采用循环扫描的方式。在运行时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。大致流程如图3.2所示：内部处理内部处理通信操作输入处理停止程序执行输出处理图3.2PLC工作流程PLC通过输入单元可实现将不同输入电路的电平进行转换，转换成PLC所需的标准电平供PLC进行处理。接到PLC输入接口的输入器件是：各种开关、按钮、传感器等。各种PLC的输入电路大都相同，PLC输入电路中有光耦合器隔离，并设有RC滤波器，用以消除输入触点的抖动和外部噪声干扰。PLC输入电路通常有三种类型：直流(12∽24)V输入、交流(100∽120)V输入与交流(200∽240)V输入和交直流(12∽24)V输入3.1.3PLC的特点PLC是专为在工业环境下应用而设计的工业计算机，其出现后发展十分迅速，在工业自动控制系统中占有极其重要的地位。其特点如下：①可靠性高：PLC控制器的平均无故障时间长达30万h，即一个PLC控制器可连续运行30多年不出故障，为了是PLC具有更高的可靠性在硬件放年采取了屏蔽、滤波、电源调整与保护、隔离及模块结构等措施；此外PＬＣ采用周期扫描、集中采样、集中输出的工作方式也极有效的提高了自身的抗干扰能力。②具有可变性，很好的柔性：在生产工艺流程改变或设备更新，需要改变控制功能时，PLC往往不必改变硬件设备，只需改变一下应用程序就可以达到目的。从这个意义上说它具有很好的柔性。③编程方法简单易学：ＰＬＣ编程采用的是与继电器电路相似的梯形图，形象直观，易学易懂，针对PLC开发的顺序功能图简化了复杂的控制系统的编程。④功能强，性能价格比高：PLC内部有成百上千的内部继电器、几十个特殊继电器、许多数据寄存器、几十到几百的定时器和计数器，还有几十到几百的功能指令，因此它不仅具有逻辑运算、通信联网功能等；此外，还能扩展位置控制、运动控制等各种特殊功能的智能模块。⑤体积小，重量轻，能耗低：由于半导体集成电路的应用，PLC的体积相对较小。3.2主控制器及收费系统的选型可编程控制器具有多种分类方式，根据控制规模PLC可分为小型机、中型机和大型机。小型机的I/O点数一般在256点以下，价格低、体积小、功能少，适用于小规模开关量的条件、顺序控制等。部分小型机也具有算数运算、模拟量处理及数据通信等功能。中型机I/O点数在256～1024点之间，其功能强，配置灵19活，适用于具有诸如温度、压力、流量、速度、角度、位置等模拟量控制和大量开关量控制的复杂机械及连续生产控制工程场合。I/O点数在1024点以上的为大型机，其功能更加强大，组网能力强，可用于大规模的过程控制，构成分布式控制系统，或者整个工厂的集散控制系统。根据控制要求统计系统所需的输入点数与输出点数，并考虑要有一定的余量，在本系统中我们采用了三菱FX0s-30MR型PLC其功能简单实用，价格相应也比较便宜一般用不需联网通信的小型开关量控制系统；继电器输出方式带负载能力强但动作频率与响应速度慢，晶体管输出方式和晶闸管输出方式响应速度快，带负载能力不大。综合考虑选用FX0s-30MR型的。PLC系统组成及各部分的功能：①系统组成：PLC控制器有微处理器、存储器、I/O接口电路、电源、扩展接口、外设接口及编程控制器构成②各部分组成的作用1）CPU运算和控制中心：起“心脏”作用。纵：当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中，然后CPU根据系统所赋予的功能（系统程序存储器的解释编译程序），把用户程序翻译成PLC内部所认可的用户编译程序。横：输入状态和输入信息从输入接口输进，CPU将之存入工作数据存储器中或输入映象寄存器。然后由CPU把数据和程序有机地结合在一起。把结果存入输出映象寄存器或工作数据存储器中，然后输出到输出接口、控制外部驱动器。组成：CPU由控制器、运算器和寄存器组成。这些电路集成在一个芯片上。CPU通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。2）存储器：具有记忆功能的半导体电路。分为系统程序存储器和用户存储器。系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。由只读存储器组成。厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器（RAM）组成。用户使用的。断电内容消失。常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为3-5年。3）输入/输出接口a．输入接口光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。发光二级管：在光电耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号。光电三级管：在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。在光电耦合器的线性工作区内，输出信号与输入信号有线性关系。输入接口电路工作过程：当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入信号。当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。向内部电路输入信号。也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成PLC内部所能接受的数字信号。b．输出接口工作过程：当内部电路输出数字信号1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出数字信号0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。三种类型：继电器输出：有触点、寿命短、频率低、交直流负载；晶体管输出：无触点、寿命长、直流负载；晶闸管输出：无触点、寿命长、交流负载。4）编程器编程器分为两种，一种是手持编程器，方便。我们实验室使用的就是手持编程器。二种是通过PLC的RS232口。与计算机相连。然后敲击键盘。通过NSTP-GR软件（或WINDOWS下软件）向PLC内部输入程序。3.2.1收费系统本设计中的收费系统采用一卡通收费原理感应卡ID/IC卡，以其独有的无接触卡方式，独有的恶劣环境适应能力、大容量读写空间、优良的电气和机械特性、极高的安全性，能完全辅助完成收费工作。①ID卡1）ID卡工作原理：统由卡、读卡器和后台控制器组成。载波频率为125KHz（THRC12）或13.56MHz（THRC13）；卡向读卡器传送数据的调制方式为加载调幅；卡内数据编码采用抗干扰能力强的BPSK相移键控方式；卡向读卡器数据传送速率为3.9kbps（THRC12）或6.62kbps（THRC13）；数据存储采用EEPROM，数据保存时间超过10年；数据存储容量共64位，包括制造商、发行商和用户代码；卡号在封卡前写入后不可再更改，绝对确保卡号的唯一性和安全性。工作过程如下：a．读卡器将载波信号经天线向外发送，载波频率为125KHZ（THRC12）或13。56MHZ（THRC13）；b．ID卡进入读卡器的工作区域后，由卡中电感线圈和电容组成的谐振回路接收读卡器发射的载波信号，卡中芯片的射频接口模块由此信号产生出电源电压、复位信号及系统时钟，使芯片“激活”；c．芯片读取控制模块将存储器中的数据经调相编码后调制在载波上，经卡内天线回送给读卡器；d．读卡器对接收到的卡回送信号进行解调、解码后送至后台计算机；2)ID卡特点：a．使用ID卡进行收费工作，是通过持卡人非接触式刷卡，由读卡设备传递给计算机的原来进行工作的。b．当前计算机存储容量大，运算速度快，数据都放在服务器使数据更安全。c．ID卡携带方便，制作成本低廉。采用ID卡进行收费工作，准确率高，减少收费时间。d．ID卡及时丢失，也只需要在交费时重新要一张，并不会产生安全隐患。3)ID卡相关应用：ID卡在弱电系统中作为使用者身份识别，由于其无须内置电源，使用时无接触且寿命长，因此在弱电系统中有广泛的应用。但由于ID卡不可写入用户数据，其记录内容仅限卡号只可由芯片厂一次性写入，收费系统只可读出卡号加以利用，无法根据系统的实际需要制订新的号码管理制度。同时由于ID卡卡内无内容，故其卡片持有者的权限、系统功能操作要完全依赖于计算机网络平台数据库的支持。因此供热企业各个应用地域网络不通的情况下，不建议采用此方案。①IC卡IC卡全称集成电路卡（IntegratedCircuitCard），又称智能卡（SmartCard）。可读写，容量大，有加密功能，数据记录可靠，使用更方便。ID卡因无密钥安全认证机制，且不能写卡，所以用户数据和金额只能全部存在电脑的数据库内。而IC由于拥有1000个字符的容量可以存储相关客户信息，在未来信息化扩展时拥有优势。1)IC卡工作原理：IC卡在使用时，必须要先通过IC卡与读写设备间特有的双向密钥认证后，才能进行相关工作，从而使整个系统具有极高的安全保障。所以，就必须对出厂的IC卡进行初始化（即加密），目的是在出厂后的IC卡内生成不可破解的一卡通系统密钥，以保证一卡通系统的安全发放机制。而ID卡不用。IC卡初始化加密后，交给用户使用时，客户通过IC卡发行系统，又将各用户卡生成自己系统的专用密钥。这样，就保证了在其它用户系统发行的用户卡不能在该系统使用，保证了系统的专一性，从而保证了系统的安全使用机制。这部分也是和ID卡不同地方，IC卡需要有更复杂的卡发行管理系统。2)IC卡特点：a.使用IC卡进行的收费工作，是通过持卡人非接触式刷卡，由读卡设备传递给计算机的原来进行工作的。b.卡本身可存储客户相关资料，金额信息等，支持客户拿卡在没有网络的区域使用，如冲完值的卡回单位刷卡开启供暖流量等。c.卡的分发、挂失、管理工作根据实际应用情况严格管理，在前期IC不存储金额等信息的时候，可以就当ID卡使用。等未来有增值应用时再做严格管理。d.卡携带方便，制作成本低廉。采用IC卡进行收费工作，准确率高，减少收费时间。e.卡可根据企业需要，进行丰富的卡面设计，提升企业形象。3.2.2IC卡和ID卡系统的比较安全性：IC卡的安全性大于ID卡，ID卡内的卡号读取无任何权限，易于仿制。但针对只代表客户身份来交费的情况，ID卡即使丢失也只需补办一下，不存在其他安全隐患。IC卡内所记录数据的读取，写入均需相应的密码认证，甚至卡片内每个区均有不同的密码保护，全面保护数据安全，IC卡写数据的密码与读出数据的密码可设为不同，提供了良好分级管理方式，确保系统安全。可记录性：ID卡不可写入数据，其记录内容(卡号)只可由芯片生产厂一次性写入，开发商只可读出卡号加以利用，无法根据系统的实际需要制订新的号码管理制度。IC卡不仅可由授权用户读出大量数据，而且亦可由授权用户写入大量数据(如新的卡号，用户的权限，用户资料等)，IC卡所记录内容可反复擦写。存储容量：ID卡仅仅记录卡号；而IC卡(比如Philipsmifare1卡)可以记录约1000个字符的内容。脱机与联网运行：由于ID卡卡内无内容，故其卡片持有者的权限，系统功能操作要完全依赖于计算机网络平台数据库的支持。而IC卡本身已记录了大量用户相关内容(卡号，用户资料，权限，消费余额等大量信息)，完全可以脱离计算机平台运行，实现联网与脱机自动转换的运行方式，能够达到大范围使用，少布线的需求。一卡通扩展应用：ID卡由于无记录，无分区，只能依赖网络软件来处理各子系统的信息，这就大大增加对网络的依赖。3.3出入库模块硬件设计及选型在现代化停车场管理中，涉及到各方面的管理，其中车辆的管理是一个重要的方面。尤其是对特殊停车场、大院而言，要求对各种车辆实时地进行严格的管理，对其出入的时间进行严格的监视，并对各类车辆进行登记（包括内部车辆和外部车辆）和识别，如为内部车辆则正常放行，如外部车辆则需要进行记录、检查后做出放行或阻挡的处理，并将各种信息输入到数据库。对大规模的营区中，各种出入的车辆较多，如每辆车都要进行人工判断，既费时，又不利于管理和查询，保卫工作比较困难，效率低下。为了改善这种与现代化停车场、大院不相称的管理模式，需要尽快实现停车场保安工作的自动化、智能化，并以计算机网络的形式进行管理。停车场出入口控制模块是停车场用户出入权限管理与监控的关键功能模块，由读卡器、票箱、道闸、车辆检测器、车位数显示牌等部件构成。在本文系统中读卡器直接与管理PC机通信，系统采集用户卡信息，现场控制器PLC则根据PC机传送的用户卡信息及现场采集的车辆经、停信息根据控制流程需求，控制票箱、道闸、车辆检测器、拍照系统等系统部件的动作。停车场空位显示PLC控制系统设计采用PLC控制系统将大大提高工作效率，和适应工作环境的能力。车辆进出停车场是由PLC为中心控制系统工作的。PLC是整体模块，集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网功能。因此在运用中，硬件也相对简单，提高了控制系统的可靠性。另外它的编程语言也相对简单。读卡器：停车场出入口控制实质是卡片识别方式的门禁控制系统。卡片方式的门禁系统通过读卡或读卡加密码方式来管理进出权限。该系统的出入凭证为各类卡片，包括磁卡、接触式IC卡、非接触式IC卡等，识别仪为相应的读卡器。读卡器系统常分为磁卡、接触式IC卡、非接触式IC卡即射频卡系统。磁卡与读卡器间有磨损，寿命较短，而且磁卡易被复制，卡内信息容易因外界磁场而丢失，使卡片无效，因此安全性一般。接触式IC卡是将一个集成电路芯片镶嵌于塑料基片中，封装成卡的形式，其外型与覆盖磁条的磁卡相似。卡片内没有电源，但有存储器，可记录卡片号码，发行商信息，也可记录持卡人信息。卡片表面从C1到C8共8个触点，使用者在进门前需要用读卡器读取持有的卡片，读卡器通过触点C1和C5给卡片提供电源，并从触点C7串行读取卡片内信息送入门禁控制系统，门禁控制系统根据法则执行比较判断，根据结果控制锁具的开启和闭合。由于IC卡不会被磁化、不易复制，因此这种门禁系统的安全性高于磁卡门禁系统。非接触式IC卡又称为射频卡，与接触式IC卡相似，卡内没有电源，有存储器，但非接触IC卡表面没有触点而是在卡片内增加一个电感线圈。使用者在进门前将卡片靠近读卡器，电感线圈在读卡器内发射装置的激励下产生微弱电流，保证卡内芯片工作，并以电磁方式将信息返回给读卡器。射频卡既具有IC卡的普遍优点，又具有自身的独特优点如：无源、免接触、免操作、使用寿命长；数据交换不受除金属外的介质影响，使用方便；防水、防尘、防静电干扰、适应各种恶劣的环境；感应距离远，普遍射频卡可达5～15cm，远距射频卡可达5～10m；安全可靠，误读或不读卡的机率几乎为零，成百上千亿的密码，无法破译。这种门禁系统的卡片与读写设备之间无接触，开门安全方便、使用寿命长，卡片难以复制、安全性高，可联微机实现双向控制。是门禁系统的发展方向之一。对于停车场采用门禁系统进行出入控制，至少需要实现以下基本功能：对通道口进出权限的管理，根据用户缴费及订购车位使用权限的情况设定用户卡进出通道的权限，门禁控制系统根据法则执行比较判断，根据结果控制道闸的开启和闭合。出入事件的记录、查询功能是系统进行管理的基础。本设计停车场控制系统亦采用无源非接触式IC卡构成门禁控制系统，经过比较，根据系统需求选用SENSE-182X型读写器。该读写器可通过RS232或RS485这两种串行通信接口中任意一种与PC机连接以接收和发送数据。读写器与PC机或控制器相连的距离随数据接口类型的不同而不同。RS232接口其可靠通信距离为10米，RS485通信接口使用屏蔽双绞线则通信距离可达1.0KM。若读卡器距离管理PC机较远，出入不同口的情况，采用RS485串口通信或使用RS232/RS485转换器以有效延长通信距离。3.3.2出入口控制系统相关设备出入口控制系统的闸门机又称为道闸，一般分为伸缩闸和抬杆闸，抬杆闸又分为手动和自动两种。手动闸栏杆的上升和下降由手控按钮或遥控器操作；自动闸栏杆的上升和下降由控制器根据门禁控制的法则和流程经程序判断给出道闸的开关控制信号。在出入口控制中，当读卡器读取IC卡后，与PC机通信，系统判断符合开门条件时，控制器给出道闸开启的信号，道闸开启。车辆经过入口控制系统的车辆感应线圈后，控制器给出闸门关闭信号。摄像装备安装在进口或出口处对进入或离开的车辆摄像，提供给计算机进行抓拍。WV-CP464彩色摄像机并配备TG-0412FCS-3光学镜头及DS-4002-001型视频切换器以便对进出口视频信号进行切换选择。其中在出入库口所用到的光电传感器是根据其把光强度的变化转化成电信号的变化来实现控制的。表3.3性能参数指标型号JCG-C1260D01NC工作频率300Hz工作电压12-24V/DC检测方式直接反射静态电流12mA以下防护等级IP67）输出状态常开（NO）常闭（NC）使用温度动作时-25～+70℃保存时-40～+85℃储存温度-40℃～+85℃工作温度-20℃～+55℃输出电流200mA材质外壳：ABS饱和压降1V以下3.3.3七段数码管要进行数字显示最常用的器件就是七段数码管，它是由a、b、c、d、e、f、g七个LED组成。通过使不同的LED组合发光，达到数字的显示效果。七段数码管各数码段分布及排序如图二所示,并联式七段数码管译码原理如图所示。每个数码段通过限流电阻和译码开关(译码开关泛指能起到开关作用的器件,如:三级管、集成电路、普通开关、接插件)相互并联,然后与电源联接,由译码开关译码,译码开关导通,表示与该译码开关相联的数码段显示;译码开关关断,表示与该译码开关相联的数码段不显示,数码段不同的显示组合,就可显示“0-9”10个阿拉伯数字。例如:在图3.4中,译码开关SA,SB,SC,SD,SE,SF导通,显示数码“0”;译码开关SB,SC导通,显示数码“1”,以此类推。图3.4数码管接线图3.5七段数字译码显示器的结构图3.4系统接线图3.4.1I/O分配表输入输出X0启动按钮Y0就绪指示灯X1停止按钮Y1车位未满X2车进传感器Y2车位满X3车出传感器Y10-Y16个位X6进库传感器Y20-Y26十位X7出库传感器Y3电机1X20车进一卡通Y4电机2X21车出一卡通X4车进位置开关X5车出位置开关 图3.7系统接线图河南城建学院本科毕业设计（论文）4停车场控制系统软件设计4停车场控制系统软件设计4.1停车场控制系流程图根据要求画出用户出入库主程序流程图如图4.1所示：车过计数器减一车过计数器减一车过落闸入口车库是否满否：按键取卡是：红灯亮读卡器读卡记录卡号及时间时间向控制器发送信息开启道闸图4.1出入库工作流程4.2梯形图以上梯形图主要能够实现车位仿真的启动，运行时车位的检测以及复位状态。4.3设计总梯形图及指令表：（见附录A、B）河南城建学院本科毕业设计（论文）5仿真和调试5仿真和调试5.1仿真环境系统程序区-PLC核心程序储存区，主要负责所有自我诊断、指令翻译及监督管理等功能。元件区-PLC内部元件有输入继电器X、输出继电器Y、内部辅助继电器M、计时器T、计数器C、状态继电器S及资料暂存器。外部设备-提供的RS-232通讯口，主要连接程序编辑、个人计算机输入单元-这是各种输入信号(动作命令信号及回授的检测信号)的输入界面，为直流输入类型并可将外部信号与PLC内部隔离输出单元-把PLC处理结果即输出信号送给控制对象的输出点输出点型式有继电器输出及晶体管输出二种类型，可将PLC内部信号与外部负载电源隔离。由控制器、运算器所组成的CPU它由程序存储器中顺序取出使用者的程序指令，并对其译码，根据指令功能，发出有序的控制信号，从输入单元或元件区读取资料，在运算器中进行处理，而后把处理结果给输出单元存入元件区。不断循环扫描整个程序区，实行预定的控制程序5.2工作流程门限开：防止门一直开的状态；门限关：阻止门一直关闭超过承载能力；正（反）：门的正反转正正反启动停止车进车出进库出库车进刷卡车出刷卡数码管图5.1车辆进出库仿真图 河南城建学院本科毕业设计（论文）结论结论本设计是基于PLC的停车场车位控制系统，光电传感器能够迅速将采集到的信号传输给PLC中，并输给七段译码显示器，显示器能够实时显示停车场的停车数目。采用PLC作为控制器是因为它具有可靠性高、控制程序可变，具有良好的柔性、功能强，性能价格高等特点。该系统用到了光电传感器将采集到的信号传输给PLC中的C250双向计数器，C250进行加减计数存储。涉及到的收费系统采用一卡通系统来实现其功能。车位检测用重力传