52全智能地下多层多圈停车场.docx

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52全智能地下多层多圈停车场

第十届全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛

选题推荐表

项目名称

全智能地下多层多圈停车场

项目类型

科技作品类：

节能类☑、减排类□、节能减排类□；

社会实践类□

项目推荐人情况

教师

姓名

单位

职称

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学生

姓名

专业

联系电话

班级

项目简介（重点说明选题与竞赛宗旨和主题的关系）

研究目的：

针对目前城市小区、大型超市、医院、旅游景区等地停车难的问题，我们设想一种地下全智能停车场，采用多层多圈的方式，大大增加了停车的数量，减少用来寻找车位的时间，节约城市土地和汽车寻找车位时的耗能，同时又给车辆的停放与管理带来巨大的便捷。

截止2015年底，全国机动车保有量2.79亿，平均每百户有31辆私家车，且年增长率保持在10%以上，车辆的停放成为一个大难题。

以武汉市为例：

机动车保有量为232万辆，停车位个数仅85.5万个，根据调查，寻找一个停车位通常需要耗时15分钟，在大型超市、医院、旅游景区等地耗时更大。

长时间的寻找车位必然消耗大量汽油，则无疑会消耗大量能源，并且车辆产生的尾气也将污染空气造成雾霾等问题。

更重要的是，停车难的问题并没有解决。

目前的停车场主要有地上和地下停车场两种，共有的问题是停车空间浪费大，远远无法满足如今的停车需求，造成车位难求，需要消耗大量时间在寻找车位上；并且地下停车场运营管理费用高，照明通风要需要大量能量。

研究思路：

确定现存问题——>查找文献寻找解决方案——>设计新型停车场——>进行可行性分析——>建立模型分析最大停车效益

创新点：

1、创新性的提出使用多圈、多层地下停车场设计，大大增加单位土地面积内停车数量，在相同的停车场面积下，大幅度增加停车位数量，减少车位难找的现象。

2、该智能停车场系统的大小可根据所在小区或商场的实际需求而灵活设计其大小。

3、整套系统实现了存取车自动化、管理科学系统化，车位信息网络化，节省了寻找车位，停车，取车的时间，降低了汽车的额外耗能，提高了人们的出行效率，大大提高了土地利用率。

同时也节省了停车场管理成本。

拟研究的内容

新型智地下停车场模型设计：

为实现上述构想，我们设计了以下的停车场基本模型：

整个停车场呈圆柱形，中间圆形空地设置为可升降的托台用以承载和传送将要停放的车辆，圆形空地周围是两圈如图设置的多层停车位。

在该构想下，只需将车辆停到中间圆形托台上，之后的停车过程将由系统自动完成。

且在单位面积下由于设计为多层，可以停放更多的车辆。

图1智能停车场俯视图

图2智能停车场地下剖面图

整体系统原理：

整体系统的实现由STM32作为主控，外接用于运载车辆的电机传送系统，用于精准控制车辆停放的超声波模块。

当主控部分接收到停车、取车信号后，系统开始运行。

通过网络通行接口，可实现用户信息的保护，以及用户在线获取车位信息。

图3控制部分原理框图

分系统研究1：

机械传动装置

1、竖直传动

在竖直方向上，长方形托台四角装配有滑轮，在地面四角对应处均装配电机，四角处从地面向下层有导轨延伸，由程序控制电机转动以驱动托台上下移动，将车辆传送至指定层。

考虑安全因素，在其中添加了超速保护装置，保护主要的零部件是安全钳和限速器。

当平台正常运行不超速时，限速器正常运转，当平台超速时，限速器停止运转，限速器绳提起轿箱上的安全钳连杆，使安全钳动作，夹住导轨，制住超速运行的电梯。

同时，限速器安全开关动作，切断平台安全回路，使制动器抱闸并避免平台在没排除故障的情况下重新起动。

限速器分离心式见图一。

安全钳采用瞬时式安全钳。

瞬时式安全钳制停距离短，整个制停距离只有几十毫米，甚至几个毫米，使平台和导轨所受的冲击较大，所以多用于速度不是很大的平台上。

图4离心式限速器

2、水平旋转

托台中心固定有大功率减速电机与上方旋转装置相连，通过电机转动驱动旋转装置，使车辆对准将要停放的具体车位方向。

且托台与选装装置之间配有滚珠以减小摩擦，降低发动机功耗。

3、传送带传动

传送装置采用传送带运输的方式。

停车时，平台上的传送带将车辆传送到车位上，车位上的传送带接收平台上传送的车辆。

当车辆完全离开平台时，车位上的传送带停止运转，车辆正好停在了停车位上面。

取车时，当平台对准所要取的车辆的车位时，平台的传送带开始逆时针旋转，车位上的传送带也开始与平台的传送带同方向旋转，从而将车从车位取出。

当车完全离开车位时，平台上的传送带将车传送到平台上的车位时就立刻停止旋转，此时车停在平台上，再通过垂直传动将车取出停车场。

减速电机控制传送带的运动速度，使其平稳的传送。

平台上的传送带与停车位上的传送带间隔距离控制在5cm范围内，防止车辆在两个传送带之间打滑造成安全问题。

分系统研究二、控制装置

1、电机的高精度控制

传送装置所用电机为步进电机，在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决与脉冲信号的频率和脉冲个数，而不受负载变化的影响。

当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机安设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。

可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的。

2、超声波传感器定位

在每个车位的首尾均设置有超声波传感器，当车辆传送到指定车位时，超声波传感器收到信号，并发送给控制系统，控制系统迅速作出反应停止传动皮带，从而去报车辆的准确停放。

图5电机组接线图

图6超声波产生电路

分系统三、主控系统研究

主控芯片我们采用STM32F103ZET6,STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortex-M3内核，F103为其增强型系列，时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品。

主控芯片接有电机，超声波等外设，用以控制停车流程。

当接收到停车信号时，开始控制竖直方向的电机转动，将车辆送至目标楼层（为节约能耗，默认从靠近地面的楼层开始停放，也可根据实际需要自定义指定车位）。

收到已到目标楼层的反馈信号后，开始控制水平方向的旋转电机旋转，使车身方向对准指定车位，最后启动传送带，将车辆送入目标车位，车位中传送带与超声波配合完成精确定位。

效益分析：

1、目前停车场占地与停车数量与本设计对比

本设计采用地下圆形停车场的方案，中间是升降旋转装置由载车板、托台、传输带、旋转机构及升降机构构成。

载车板上装载车辆，再通过升降装置达到所要放置的楼层，托台通过旋转机构将车头对准所要停放的车位，再通过传输带传输到停车位上。

经过我们推导的公式一计算每一层的车位所占的面积比为y，由图一当每一层所停的车辆数量x达到16辆时，y达到最大值47%。

目前标准的小车停车位的大小为宽2.5米，长5米，所占的面积为425㎡，车与车之间的空闲面积为1㎡。

当设计为5层的地下停车场时，停车位有80个。

目前停车场是平面结构，当有32个停车位时，所占面积为400㎡，与地下圆形停车场的所占平面面积相同。

但停车位数量超过32时，目前停车场所占的面积会越来越大于本项目设计的地下圆形停车场。

理论上，地下圆形停车场超过三层时最节能，停车位楼层越多节约的面积越多。

一般每一层的停车位的高度为2米，一般5-8层的地下圆形停车场的构造最经济。

使用地下圆形停车场的形式，能够尽可能多的停放车辆，并且有助于缓解停车难的问题，从而减少停车场的交通拥堵问题，减少汽车的排放，节约能源。

本项目设计的是一层只停一圈车，如果空间足够，可以一层停两圈车甚至多圈车。

停两圈车的时候，只是在原来的基础上，在每一个车位的后面再扩展一个车位。

两个车位同用一个传送带。

每个车位上需要添加传感装置，来区分两个停车位。

不过这样做必须保持每一层的内圈必须有一个空位，当去外圈的车时，将前面的车取出放到空位，再去取外层的车，因为同一层取放车比较便捷，所以这样做能够水平扩大停车的容量。

公式一：

（x：

停车位数量，y：

停车位所占面积比）

图7面积比y与停车位数量x的函数图像

2、现阶段寻找车位时间与汽车耗油

一辆汽车平均寻找车位时间t=15min

每小时耗油量0.8L/h

一辆车一次寻找车位消耗汽油V=0.2L

每天武汉市需要寻找车位以20万次计算，需消耗汽油V=40000L

93汽油能热值q=4.6*10^7J

93号汽油的密度为ρ=0.725g/ml

1升汽油质量m=ρ*v=0.725kg

1升汽油完全燃烧释放的能量E=m*q=0.725x4.6x10^7=3.34*10^7J

则40000L汽油完全燃烧释放的能量E=10^6*3.34*10^7=1.34*10^12J

转换为千瓦时E=3.7*10^5KW·h

3、停取车辆消耗能量

本系统一次停车、取车耗能计算：

汽车质量m=1200kg

电动机效率η=80%

传送带摩擦系数μ=0.1

平均垂直传送距离L1=2*2.5=5m

平均水平传送距离L2=7m

垂直传送耗能E1=m*g*L1/η=75000J=0.021KW·h

水平传送耗能E2=μ*m*g*L2/η=10500J=0.003KW·h

一次传送总耗能E=E1+E2=0.024KW·h

每天停取车次数以1000万次计算

总耗能E=2.4*10^5KW·h

总结：

以武汉市为例：

采用这种新型地下停车场，预期每天可以节约汽车耗油20000L，全年节约耗油7.3*10^6L。

假设为五层地下停车场，一个停车场可以节约停车空间600㎡，武汉市目前有7000余个停车场，预计节约空间4.2*10^6㎡。

可以大幅度减轻城市拥堵，节约停取车时间，提高出行效率。

同时采用全智能停汽车，大大降低管理成本。

预期取得的成果

此方案下，驾驶人无需花费时间寻找停车位，且停车方便，取车快捷，整个过程全部由系统自动完成，也节省了驾驶人大量时间。

下面将从自动停车与自动取车两方面详细阐述。

1、自动停车

从外部将车辆开至停车平台中心，驾驶人下车后按下停车按钮，发出停车信号，主控电路接收到停车信号后将分配给驾驶人一个停车位号码以及对应的密码（特殊情况的可以自选车位，正式投入使用后可加入通过手机获取车位信息，渔业停车等功能），然后开始启动电机组工作，车辆经过下沉、定位、平移到达目标停车位，超声波感应装置用于准确定位。

2、自动取车

驾驶人需要取车时只需在地下停车场上方输入所属车辆的号码及正确的密码，之后取车流程将自动完成。

主控电路接收到驱车信号后开始驱动电机组，依次将车辆经平移，旋转，上升送达地面，之后驾驶人便可驾车离开，整个取车过程最迟在50秒内即可完成。

我们提供的成果：

能实现1，2功能的全智能地下停车场模型。

经费

预算

Stm32系统板400元

4*4矩阵按键9.9元

超声波传感器7个3.6*725.2元

红外传感器10个10*50500元

电机10个100*101000元

传送带500元

机械加工费1000元

模型外部框架制作费1000元

PVC板50块50*10500元

立柱4根4*100400元

滑轮8个8*100800元

钢丝20米400元

导线、杜邦线100元

电源板200元

蓄电池2个2*400800元

其他300元

总计元7935.1元

科技作品类作品可展示的形式

□实物、产品☑模型□图纸□磁盘□现场演示

□图片☑录像□样品

社会实践类调查方式

□走访□问卷□现场采访□人员介绍□个别交谈□亲临实践

□会议□图片、照片□书报刊物□统计报表

□影视资料□文件□集体组织□自发□其它