基于物联网云平台的自行车立体车库设计

基于物联网云平台的自行车立体车库设计

0自行车驾驶安全便捷随着国家经济的快速发展，汽车数量不断增加，污染日益严重。目前，自行车出行难在于没有安全便捷的停车区域，自行车存放在露天易受风吹雨淋，也存在丢失隐患1系统结构和功能1.1组成、结构组成自行车智能停车系统主要由人机界面单元、操作/执行单元、刷卡/扫码识别单元、云平台监控/操作单元、付费单元等五部分组成。组成单元如图1所示，结构框图如图2所示。采用垂直升降圆塔式结构，中间的立柱安装有托架转盘，转盘可沿着立柱进行垂直升降并在旋转电机带动下进行360°的旋转，转盘装有机械手对车辆进行夹取，以实现对各车位车辆的存取。立体车库控制结构如图3所示。1.2云平台控制侧功能采用西门子S7-200PLC、Smart700ie触摸屏、STM32单片机、数据网关、自动化控制器件及物联网云平台，进行自行车自动存取、远程监控和后台管理。其特点如下。(1)采用人机界面(HMI)，实现用户自主操作，方便存取自行车。(2)为将自行车平稳、精准送到各存储位，升降台和托架转盘采用步进电机驱动。(3)采用云支付功能付款存车，超时补费取车。(4)为确保存取安全，采用一车一码(卡)方式，存车时每辆车都赋予专一代码(卡)，专一代码(卡)中含车的存储位号、存车时间等信息。(5)借助云平台实现对车库的远程监控与管理;利用手机APP查询附近车库地址、停车位空余信息，提高客户存车效率，还可通过手机APP查看车库存车图像或视频。2硬件设计2.1维码背后云支付器导致连接成功率低系统的付费单元采用SS-688型云支付器，由发射器、接收器和芯片卡槽三部分组成。通过云支付管理后台生成此云支付器模块特定二维码，将二维码与云支付器绑定，并以此建立链接。芯片卡槽内置SIM卡，通过GPRS与后台进行数据传输当用户存车时，手机扫码并付款成功后，后台接收到付款成功信息，通过GPRS网络进行数据传输。云支付器与PLC之间采用电平信号通信，当数据被云支付器接收器接收后，云支付器发送电平信号给PLC，驱动PLC启动。同时，发射器将电平信号上传至云支付管理后台，进行数据反馈。云支付流程如图4所示。2.2基于gm10d-dtu数据网关与plc的数据对接云平台数据网关将车库的车位信息、状态信息、主控制器PLC中的数据等信息上传至云平台，从而完成对车库的远程监控选用GM10DTU数据网关与PLC通过串口进行通信，利用Modbus协议将GM10-DTU数据网关与PLC建立主从站关系2.3扫码枪与识别器系统的刷卡/扫码识别单元由光电式扫码枪、射频卡识别器与STM32单片机三部分组成。扫码枪与识别器用于车辆数据采集，单片机进行数据存储与处理。利用TTL串口通信模块建立扫码枪与单片机间通信，扫码枪将二维码信息转换成ASCⅡ码，识别器读取磁卡信息生成磁卡序号，将ASCⅡ码与磁卡序号送入单片机储存，赋予车辆专一代码(卡)2.4精准入库/停车系统的操作和执行单元主要由步进电机、步进驱动器、机械手三部分组成，机械手抓取车辆，步进电机及驱动器控制车辆精准入库。用户将车放至停车口，机械手将自行车拖至托架转盘。托架转盘与丝杆相连，丝杆底端又与步进电机通过联轴器连接，驱动器控制步进电机旋转，托架转盘上升至停放层，机械手再将车推入空位，实现车辆自动存取。2.5控制与驱动程序模块以西门子S7-200作为主控制器，人机界面选用Smart700ie触摸屏，系统主要部件见表1。3软件方案的设计3.1系统工作流程系统上电初始化完成后，进入工作模式，等待存/取按键响应。当存车键响应时，自动检测车库有无空位:若无空位，通过显示屏提醒用户已无空位，并通过GM10-DTU数据网关将信息上传至云端，以便其他用户远程查看;有空位，系统自动提示用户刷磁卡或二维码，完成后系统将卡片或二维码信息记录至单片机中进行保存，按存车最短路径进行存车编址，减少存车时间。用户利用手机扫码进行存车付款，完成付款后云支付器模块驱动程序启动，执行存车操作，存放完成后，清除上次指令，等待下次指令。当取车键响应时，用户刷入磁卡或二维码，单片机读取卡内信息，识别出用户车辆停放位置。取车完成后，清除上次指令，等待下次指令。系统工作流程如图5所示。系统电气控制原理如图6所示。3.2hmi监控界面为使用户存取车更便捷，选用西门子Smart700ie触摸屏，利用WinCC-Flexible软件进行组态界面设计，HMI与PLC采用串口通信方式3.2.1欢迎界面欢迎界面为车库监控界面首页，包含一键存取车、车库空余车位查询与存车付款二维码等信息。欢迎界面如图7所示。3.2.2显示站点界面车位显示界面直观显示车辆停放位置以及空余车位信息。车位显示界面如图8所示。3.2.3因素控制功能调试界面主要用于管理员的调试及维修，通过对界面平台升降、滑台进退、平台旋转、机械手抓取、复位按钮的控制来实现车库系统手动调试控制。调试界面如图9所示。3.3数据采集和存储EMCP是一个工业级、综合性物联网云平台，GM10-DTU是平台数据通信网关。该网关对PLC的数据采集和EMCP平台的数据进行加密传输和存储。在控制界面设计上，同HMI设备一样，主要有云平台车位显示界面和云平台调试界面。云平台车位显示界面如图10所示，云平台调试界面如图11所示。用户可通过电脑WEB网页、手机网页与手机APP进行多平台登录，电脑与手机共用一套设计界面。4基于车位数据的精度控制自行车智能立体车库能实现自行车自动存取、附近多个车库车位信息共享及远程监控功能;用步进或伺服电机进行定位控制，采用STM32单片机进行出入库车位统计和车位