立体空间的数字化利用

摘 要：智能立体车库系统，以PLC为控制核心，集成RFID射频技术、数字显示、传感器、电机等机电系统，在充分利用空间资源的同时，可以实现车辆入库存车、出库取车的自动化管理，节约成本的同时，为人们安全出行带来方便。

关键词：地下车库;PLC;RFID射频技术;自动化

中图分类号：G710 文献标识码：A 文章编号：1005-1422（2015）02-0111-03

收稿日期：2015-01-15

作者简介：杨选成（1972-），男，中山市中等专业学校电子讲师。主要研究方向：单片机控制系统教学。（广东 中山/528400）

一、引言

随着经济社会的快速发展，居民生活质量大幅提高，拥有私家车的家庭越来越多。以中山为例，数据显示，截至2013年年末，中山市私人汽车保有量已达49.26万辆，中山市每百位的人均私人汽车拥有量为15.52辆。但中山城区面积较小，仅有1000余处停车场，停车位不到5万个，平均下来，基本上是10辆车抢一个车位。公共停车位不足，增加市内交通道路占有量，进而加重了市内交通拥堵的现状;特别是市内主要交通的拥堵，已然成为市民自由出行的顽疾。

以中山市大信新都汇为例，自成为中山市首个商业地标，一直是人们娱乐、休闲、购物的首选。其庞大的地下停车场，为人们出行泊车带来了很大的方便。但正因为它的庞大，也给人带来了诸多新的问题。具体如下：

1.停车时间久，危险系数大。由于位于中山主城区，车库车流量、人流量比较大，停车、出库时，往往出现交通拥堵，浪费了大量时间;在车辆交汇处，容易出现车辆刮擦现象，带来安全隐患。

2.不易查找车位。车库里面，明明有很多车位，但由于车库环境的特殊性，往往需要很久才能找到理想的车位。

3.不易查找自己的车辆。由于车库的庞大及其封闭性，在离开自己车位一段时间后，再次查找自己的车辆时，往往有很多困难，想必很多人都有切身体会。

针对以上弊端，可以对其车库进行有效改造，设计出基于PLC为控制核心并结合RFID射频识别技术的智能立体车库系统，可以克服以上问题，并有以下优势：其一，提高了空间的利用效率。本系统改造出一个三层的密闭空间，有别于传统的一层停车，提高了空间的利用效率。其二，智能化管理，提高了安全系数。区别于传统地下车库的开放式管理，在泊车、取车过程中需要入库、出库亲自操作;智能立体车库的控制系统，可以实现泊车、取车的自动完成。其三，高效性。由于泊车和取车是两个相互独立的控制系统，可以同时进行;利用RFID射频系统的远距离感应功能，使指定位置的RFID阅读器感应到走向取车亭驾驶员的射频信号，就可以提前执行操作，缩短取车时间，甚至可以实现“车等人”的情况。而且这个RFID卡可以和大信自己发行的大信通卡有效整合，实现消费、停车、服务一条龙，可以有效节约成本。

本文就上述情况提供一种车库空间有效利用的解决方法。

二、智能立体车库的硬件系统设计

智能立体车库的执行机构主要有地上存车亭、地上取车亭、车库主体和相关的显示识别附件。其中，地上存车亭和取车亭，是车库主体的重要组成，是连接地上、地下的枢纽;它集成了车辆进出系统、车位显示系统、RFID无线射频识别系统等。立体车库地上存车亭如图1所示：

图1 智能车库存车示意图

智能立体车库系统以机电控制中枢PLC为控制核心，从机型容量、I/O分配、性价比等方面综合考虑，选型为三菱FX系列的FX2n-128MR为控制核心;采用成熟的RFID无线射频技术，不但可以实现停车车位的自动分配，同时驱动相应闸门的开合、自动升降、平面往复机的协调动作，以实现车辆的自动存取;地下智能立体车库地上取车亭如图2所示：

图2 智能车库取车示意图

如在图1、2所示，存、取车亭，由RFID射频卡阅读器、自动道闸、进出车亭门和连接上下车库的垂直升降机组成;其中，一、四号自动门为车辆进出通道，二、三号自动门为驾驶员进出通道;2号自动道闸为存车隔离道闸，进行存车与候车的隔离;当存车亭处于存车状态时，该闸门关闭，避免候车车辆误入而发生掉落危险。

三层车库为立体车库的主体，应做到运行稳定，设计合理，车位充足，以满足车辆的精确入库，平稳停放，安全出入等要求。为方便描述，将车库由上自下命名为A、B、C三层，规定设计出每层10个车位，并分别命名，如A-01、B-02、C-03等。实际设计时，根据车库平层的大小，设计每层的停车位数量。每层配置一个独立的平面往复搬运机，可在每层的每个停车位之间往返运动，且互不干扰。配置两部自由升降机，分别与地上的存、取车亭联接。缺省状态时，1号升降机处于存车亭等高地面位置待命;2号升降机处于B层位置待命。图3为智能立体车库的侧视图：

图3 智能立体车库的侧视图

三、智能立体车库的软件系统设计

根据智能立体车库的硬件设计，系统以步进电机作为主运动方式;步进电机编程，在程序调试以及故障检测方面易于操作;系统整体控制框如图4所示：

图4 系统整体框图

程序设计时，可以采取工序之间的连锁，对于双重输出问题使用步指令，对存取车的各个工序进行顺序处理，就可以实现闸门、自动门、升降机以及平面往复搬运机的正常运行。立体车库的动作流程图如图5所示。

图5 立体车库的流程图

在实际操作中，由于存车和取车时两个相互独立的过程，为加快车辆存取速度，提高运行效率，在程序设计上采用并行分支控制。系统在于实现车辆的自动存取，其难点在于存车过程中车位的分配，为解决这一问题，将车位的分配采用变址处理。具体程序如下所示：

图6 车位分配程序

当第一次按下存车键时，取存车信号X10 的上升沿，将1传送至M101V1，由于上电复位V1即V1=0，则M101被置位1;与此同时，V1将自加1即V1=1;第二次操作存车按钮时，在X10的上升沿将1传送至M101V1，此时V1=1，即M102被置位，同时将V1再次自加1即V1=2，以此类推，进行变址，实现车位的分配。利用变址程序依次被置位的辅助继电器为M101，M102，M103…以此实现对车位的分配。

在分配停车位后，步进电机驱动器驱动平面往复搬运机，将精确定位所选车库，以A层05号停车位为例，编写程序如下：

图7 步进电机入库程序

当分配A层05号车位后，M105被置位，通过脉冲输出指令PLSY，来定位需要运行的距离;达到指定车位之后，再次以同样的距离返回，进行下一次的操作。在车辆存储分层时，以A层为优先，当A层存满时，进行B层的分配;判断的依据是V1的数据。当V1<10时，车辆自动分配在A层;当10<=V1<20时，车辆自动分配在B层;当20<=V1<30时，车辆自动分配在C层。

取车是存车的逆操作，当取车时，3号射频卡阅读器，将检测射频卡信号，PLC会将代表层数和停车位的辅助继电器置位，进而转动升降机，移动搬运机，以此完成取车任务。

四、总结

智能立体车库系统充分利用空间资源，有效解决停车难的问题，提高了停车安全系数，为人们日常出行带来诸多方便。这一系统，以PLC为控制核心，集成了电子显示、自动门、传感器、信号灯等设备;并引入远距离控制的RFID射频技术，实现了存取车的自动化操作;一方面，节省了大量的时间，另一方面车库系统的智能化与自动化，可以有效避免传统停车时，由于治安、驾车技术等因素，出现车辆丢失、损坏等安全隐患。基于存取车过程的智能化、自动化，安全系数高等因素，具有一定创新意义，可以用于老旧地下停车库的改造，将是未来城市停车发展的必然趋势。

参考文献：

[1]单承赣，单玉峰.射频识别（RFID）原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2008.

[2]杜从商.PLC编程应用基础[M].北京：机械工业出版社，2011.

[3]李金成.三菱fx2n plc功能指令应用详解[M].北京：电子工业出版社，2011.