第4届江苏省虚拟仪器竞赛.docx

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第4届江苏省虚拟仪器竞赛

双层智能停车装置及控制

一、引言

随着我国经济的发展及工业化程度的迅速提高，人民的生活水平也随之提高，汽车保有量快速增加，但由于我国人口密度大，空间资源有限，停车难问题已成为每个有车家庭日常生活中的一部分，也成为每个城市必须面对的问题，而如何解决停车难的问题也成为人们日益关注的问题。

目前，我国现行的地下停车场配备有能使汽车上行和下行的坡道以及抵达车位的进出通道，而这种停车场不仅占地面积大、造价成本高、建设周期长，而且面对老旧小区以及小型商场难以进行普及，从而造成车辆无处停放，致使道路拥挤，影响交通安全。

而诸如北京、上海等地及我校所在地区常州南大街商业圈所建造的立体停车装置，虽一定程度上缓解了停车问题，但其结构复杂，占地面积较大，且这种立体停车装置上、下车辆必须依次出行，则造成了下面车辆未取出，上面车辆无法出走的问题。

本说明书所设计的货架式双排双层停车装置，采用输送带托板装置，前后分开具有双排停车功能，上层可停放4辆车，下层停3辆车，且上、下互不影响，占地空间小，成本低，便于进行普及。

二、国内外研究概况

国外文献中，浅野正春[1]发明了一种小型化、低成本化、可简单进行维修的一种立体停车装置。

该装置可不用设置占用空间大的控制盘（控制盘用箱体），由此可省去控制盘用箱体的制造费用，从而可降低立体停车装置的成本且可实现立体停车装置的小型化，并使得电路维护和油路维护变得容易。

国内文献中，2012年冯永旭[2]发明一种小型立体停车位，下层有车时，停车托盘可以绕停车托盘支柱机构旋转，同时停车托盘支柱机构沿工字钢导轨移动，便于上层车辆的停取，当车辆超重时指示灯和语音提示器发出报警提示。

同年，赵忠利[3]发明了立体停车装置，只占用了环绕设置在塔柱上的若干个停车位和一塔柱的地面空间，而实现了若干空中停车空间，占地面积小，停放车辆多，能够充分地利用空间，适用于中小型停车场。

2015年吉林大学[4]克服传统立体停车机构规模大、附加装置较多、成本高与技术复杂的问题，发明了一种提供了可独立运作的小型立体停车机构。

同年，黄河科技学院[5-6]发明了一种能够同时存取两辆车，且两辆车之间的存取相互不影响的小型立体停车装置，其非常适合于一户两车的家庭，可供已建城区中的老旧住宅小区、商业区、医院大厦旁边等地方的用户使用。

2016年，云南车翔机械制造有限公司[7]发明了一种框架移动式立体停车装置，主要用于商场、机场、小区、商住楼、办公楼的停车场，供停放小型汽车使用。

海安县联源机械制造有限公司[8]发明了一种小型简易、安装使用方便、自备直流可充电电源、使用液压传动的升降立体停车装置。

2017年，昆明昆船物流信息产业有限公司[9]发明了一种升降驱动方式稳定性好和安全系数高的一种立体停车库车辆垂直提升机的同步升降装置。

通过转向器将动力同时输出到升降驱动装置的四个吊点，改变了传统小型垂直提升机双吊点驱动的特点，且能保证四个吊点的同步提升，具有结构简单、维护方便的特点，同时还具有一定的实用价值。

三、货架式双排双层停车装置

3.1机械部分

本作品共分为两个部分，分别为可停放车辆的二层小型停车场以及一个用来停取二层车辆的升降装置。

该作品中的小型停车场为设想中整个停车场的一个缩小单元，升降台则为整个升降台的缩小版。

在本作品中，共可停放七辆车，且各个车辆间的停取毫无干涉。

3.1.1停车场升降装置

小型停车场共有两层，第二层可以停放四辆小汽车。

通过升降台的配合来停取外侧和里面的车辆。

升降台亦有两层，可以通过电动推杆带动履带实现升降功能。

当我们需要停放或者取出二层的车辆时，只需要将升降台推到车位前，将升降台的第一层和停车场的二层对接，利用传送带将车辆推到升降台上，降下车辆，再用传送带将车辆推到地面就行了。

如果你的车辆的外侧有其他车堵住了路，那么只需将外侧的车传送到升降台的二层，再升起升降台对接便可实现里侧车辆的停取。

二层上装有护栏，保证了车辆的安全问题。

图1为货架式双排双层停车装置中的升降模块和电机同步带组成的传动模块。

图2为货架双排双层停车装置中的模拟车辆。

（a）停车装置中的升降模块（实体）（b）停车装置中的升降模块（3D建模）

图1货架式双排双层停车装置中的模块

图2货架式双排双层停车装置中的模拟车辆

3.1.2停车场传动装置

停车场二层和升降台的两个平台上均装有传送带，传送带只能纵向传动，利用传送带实现车辆的位移，从而能够将停在里面的车辆取出。

停车场二层共有四个传送带，成田字形排放，每个传送带上均可放置一辆车。

升降台的两层各装有一张传送带，均可放置一辆车。

升降台底座通过滑轨实现横向移动，因此只需要一架升降台便可满足整个停车场的需求。

该小型停车场的一层靠近外侧的停车位有一个可以滑动的木板，木板做横向移动，大小和车位一样大。

在这块木板可上放置一辆车，里侧有两个车位可停放两辆车，共可停放三辆车。

第一层外侧空出一个车位给木板的移动留出空间。

利用板的移动给里侧的车辆的停取留出空间。

该小型停车场的底座下装有万向轮，可使停车场自由移动。

当需要在小区或者其他没有地下停车场的地方安排车辆的停放时，只需要将一个个这样的小型停车场单元推过去，拼凑成一条直线，再安上滑轨及升降台，便可组成一个完整的室外停车场。

3.2传感器检测部分

3.2.1激光传感器

激光传感器工作时，先由激光发射二极管对准目标发射激光脉冲。

经目标反射后激光向各方向散射。

部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。

在上层的1、2、3、4号电机外侧中间各自安装了一个激光传感器，激光传感器的发射器发射出激光，若激光传感器的接收器接收不到激光，则车辆停放在此车位上。

反之，若接收器接收到激光，表明此停车位无车辆停放。

此外，在1号电机外侧额外装置了两个激光传感器，若车辆停放不当，则两个传感器其中必有一个接收器接收不到激光，若两个接收器同时接收到激光或同时接收不到激光，则车辆停放正确。

对射式激光传感器的安装如图3所示。

图3对射式激光传感器的安装

3.2.2压力传感器

压力传感器连接到单片机上，再通过接口传输到电脑上。

将应变片粘贴到受力的力敏型弹性元件上,当弹性元件受力产生变形时,应变片产生相应的应变,转化成电阻变化。

将应变片接成电桥，力引起的电阻变化将转换为测量电路的电压变化,通过测量输出电压的数值,再通过换算即可得到所测量物体的重量。

在下层底部安装了一个压力传感器，若停放的车辆重量超过输送带所能承受最大重量，则通过Labview传送到后台，发出警报。

作品中所用到的示波器是由Labview软件构成。

Labview（LaboratoryVirtualinstrumentEngineering）是一种图形化的编程语言，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，被视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。

Labview集成了与满足GPIB、VXL、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。

它还内置了便于应用TCP/IP、Activ等软件标准的库函数。

这是一个功能强大且灵活的软件。

利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器。

本设计的想法是尽量与现实中的面板相一致，实现示波器最基本的显示和调节功能。

所以设计了包含CH1和CH2双通道示波器，即双踪示波器。

压力激光传感器的安装如图4所示。

图4压力激光传感器的安装

3.2.3CCD相机

电荷耦合器件的突出特点是以电荷作为信号，而不同于其他大多数器件是以电流或者电压为信号。

所以CAD的基本功能是电荷的存储和电荷的转移。

它存储由光或电激励产生的信号电荷，当对它施加特定时序的脉冲时，其存储的信号电荷便能在CAD内做定向传输。

将采集到的图像传输到电脑上，再将采集的图像与背景图片相减，然后将得到的图像转化为灰度图，对灰度图进行二值化处理，最后经过筛选，将其转化为显示车辆位置的图像。

CCD相机的安装如图5所示。

图5CCD相机的安装

3.3控制部分

计算机的数据采集与处理是将温度、压力、位移等模拟量采集并转化为数字量，再传送到计算机进行处理的过程。

而过程控制是计算机对采集到的信号进行分析、计算、判断，然后发出指令，指挥执行机构对实验对象进行控制操作。

此装置采用Labview控制，安装有S-500-24电源、SRD-05VD-SL-C继电器、USB数据采集卡等设备，通过数据采集卡输出高低电平，以控制继电器的通断（相当于开关的作用），使电路导通和断开，实现电机的运转和停止。

使用5V、20A的电源带动继电器组模板，继电器模板的XM端与DC-都与电源负极相接，DC+与电源正极相接。

继电器模板的数字输出端子排（P0.0-P1.3）分别连接到继电器组模板的信号输入端子排（X1-X16）。

为了满足电机所需的功能（正转、反转与停止），两个继电器互相连接成特殊的样式（一个继电器的常开触点接到另一个继电器的常闭触点，另一个继电器的常开触点接到这一个继电器的常闭触点），每个继电器的公共端分别连接到一个电机的正负极。

最后将一个24V电源两极分别接到其中一个继电器的常开和常闭触点。

这样就完成了一个电机的控制接线。

然后以此类推，完成余下电机的接线。

在Labview软件里添加了一个非门逻辑电路，以避免电源打开时所有电机同时运转的情况。

同时在机械部分装置压力传感器，当汽车驶入时，压力传感器判断压力的大小，大型汽车送入下层，小型汽车传送到上层停放。

四、创新特色

4.1机械创新

分为可停放车辆的二层小型停车场以及一个用来停取二层车辆的升降装置。

4.2多角度、多维区

传感器融合。

装置了6个激光传感器和一个压力传感器，从多角度、多维区来检测车辆停放情况及位置定位，用CCD相机进行图像检测。

4.3数据采集卡控制

全部通过数据采集卡进行检测和控制。

五、应用前景

我国目前的停车问题十分严峻，随着小康社会的全面建设，出行方面更成为一大难题。

私家车的不断增多、土地面积的减少更造成了停车位的紧张，而占地面积小的建筑很难建设地下停车场，面积大的地下停车场空间难以充足利用，此项技术的开展可有效解决停车难的大问题。

双层抽屉式停车装置充分利用了上层空间，更解决了传统立体停车装置停车少、构建难的问题。

此装置操作简单，成本低，性价比高，可以广泛应用于商场、小区等地下车库，推广便捷，更容易被人们接受，应用更加广泛。

六、作品展示

（a）双层停车场（b）升降台

图6货架式双排双层停车装置实物图

图6是从不同角度拍摄的双层停车装置的实物图，其中包含传送带、钢制框架、电机、导轨和定滑轮。

（a）货架式双排停车装置整体结构图（b）货架式双排停车装置侧面图

（c）货架式双排停车装置俯视图（d）货架式双排停车装置工程图

图7双排停车装置工程视图

图7（a）-（d）为双排停车装置的结构图、侧面图、俯视图以及停车装置工程图。

图8电气控制部分的电路图图9电气控制部分的逻辑图

图8和图9分别为数据采集卡两个数字输出信号控制电机的正转、反转和停止的电路图和逻辑图。

比如，数据采集卡的P0.0和P0.1端控制一个电机运转的停止。

当P0.0端没有输出信号，P0.1端没有输出信号时，电动机就停止。

当P0.0端有输出信号，P0.1端没有输出信号时，电动机就正转。

当P0.0端没有输出信号，P0.1端有输出信号时，电动机就反转。

当P0.0端有输出信号，P0.1端也有输出信号时，电动机就停止。

以此类推，可以控制多个电机实现所需的功能。

图10Labview软件人机界面

图11电气控制箱内数据采集卡

图10是Labview软件人机界面截图，通过按钮来控制电机的正转和反转，从而达到传送带的前后传动。

图11是电气控制箱内的数据采集卡，通过采集卡采集数据，然后传输到电脑，以达到控制的目的。

图12控制部分工作原理流程图

图12的流程图中，数据采集卡的USB接口插在电脑上，数字信号输出端分别接到继电器组的信号输入端，并用5V、20A的电源带动继电器组，继电器组控制端接到减速电机，接入24V电源带动减速电机。

图13为整体图。

图13整体图

参考文献

[1]日本大阪府大金工业株式会社，浅野正春，分类号E04H6/06（2006.01）IE04H6/18（2006.01）I

[2]冯永旭.一种小型停车位.中国专利，申请号201220424473.0，2013.02.20

[3]赵忠利.立体停车场.中国专利，申请号201210433399.3，2013.01.23

[4]靳立强，张荣林，王泽伟，李建华，尹东旭，于雅静，何刚，陈鹏飞.小型立体停车机构，中国专利，申请号201510026035.7，2015.05.13

[5]闫存富，郭晓红，王瑞利，杨汉嵩，马志国，陈会鸽，刘超，何春霞.一种小型立体停车装置，中国专利，申请号201510499378.5，2015.11.11

[6]闫存富，范彩霞，刘超.一种无避让式小型立体停车装置设计研究.制造业自动化，2015，18.

[7]谢四福，郑涛.一种框架移动式立体停车装置，中国专利，申请号201610166877.7，2016.06.08

[8]苏峰.一种小型升降立体停车装置.中国专利，申请号201610198856.3，2016.06.15

[9]邓志达，高晟，杨毅，张云龙，赵逍，杨俊雄，孔茜，程显，唐宏强，刘红文.一种立体停车库车辆垂直提升机的同步升降装置.中国专利，申请号201711261097.1，2018.03.09