小区自动化立体车库系统毕业设计毕业论文范本.docx
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小区自动化立体车库系统毕业设计毕业论文范本
本科毕业设计（论文）
小区自动化立体车库系统设计
学院XX学院
专业XX
班级XX
姓名XX
指导教师XX
20XX年XX月
摘要
本文主要介绍了由数字电路和单片机构成的“智能大厦自动化立体车库系统”的设计。
车库共有30个车位，分三层。
每层10个车位。
一层在地面，二层在地下，用停10辆车的面积停放30辆车。
车库用户凭各自的非接触式IC卡实现车位对位存取。
本次设计系统采用了“多输入---多输出”的理念，可同时服务多个用户，避免长时间等待。
而且在设计中，采用全自动操作系统，实现车库门的自动开启和关闭。
FM1702非接触式IC卡的使用实现了用户和系统的信息交换。
关键词：
单片机自动化立体车库系统FM1702
ABSTRACT
Thisthesismainlyintroduces”Small---SizedAutomaticStereoParkSystem”composedofdigitalcircuitsandsinglechipmicrocontroller.Therearetotally30placesinthis“three—floor”park.Eachfloorhastenplaces.Onefloorisonthegroundandtheothertwoareunderground.Thatmeansweusetheparkingmensionoftencarstorealize30carstopark.Customscanuse“FM1702”,theuncontactIC,toparktheircarswithoutgettingoutoftheircars.Thesinglechipmicrocontrollercanreadofthedatesonthe“FM1702”cardandcalculatethen,torealizetherightparkaccordingtotheEngine.
Theobviouscharacteristicofthissystemistheintroductionof“Multi—input----Multi—output”.Becausetheuseoftheparkisconcentrative,weusethissystemwhichcanserveseveralcustomsatthesametime.Furthermore,weintroducethe“ultra-sound”measuringdevicetooursysteminordertomeasurethedistancebetweenourcustomsandthegateofthepark.AndweusetheFM1702torealizethecommunicationbetweenourcustomsandthesystem.
Keywords:
Singlechipmircrocontroller,FM1702,Automaticstereoparksystem
论文简介
1、课题研究的主要内容
本次课题主要围绕以单片机为核心的车库系统（设计的智能大厦车库共有30个车位，车库分为三层，一层在地面，二层和三层在地下，用停10辆车的面积停30辆车，且每个用户分得一个固定的车位）。
课题主要内容可分为六个部分，分别是主控电路部分、非接触式IC卡部分，传感器部分、传动部分、机械部分以及软件部分。
主控电路部分核心是单片机，该部分完成系统数据的运算和存储、外围设备的地址分配和车辆入库出库的算法控制，是整个系统的重点、难点。
非接触式IC卡部分完成用户信息的读取并送入单片机进行处理。
机械部分是对车库机械设备的设计。
传感器部分将检测车辆存取过程中的每一个状态，并在出现事故时及时报警。
2、主控部分简介
主控部分主要由单片机及其相关电路组成。
我们选用了INTEL公司的8051作为本次设计的单片机，并扩展了两块存储器：
一块为8K*8的6264ROM，另一块为8K*8的2864RAM；可以有效的存储系统信息。
由于存在RAM中的车库信息相当多，我们选用了8K*8的芯片。
该部分选用了五片8255芯片作为对外围设备的控制芯片，并且采用了两片译码器，实现对系统各部件的地址分配。
3、非接触式IC卡部分
非接触式IC卡部分主要分两块，一块分卡片，一块为读卡器。
本次选用了复旦微电子股份有限公司设计的FM11RF08非接触式射频卡芯片和`FM1702非接触式读卡器专用芯片。
二者支持ISO1443typeA通信协议，多种加密算法和三重认证。
其安全性能好，且操作距离可达10CM。
用户可以不下车完成刷卡操作，专用寄存器FIFO可以存储用户信息并把信息发送到单片机中。
此FM1702读写芯片的功能和PHILIP的MFRC500读卡芯片的功能很相似，但价格却只有后者的四分之一。
4、传感器部分简介
本次设计主要选用接近开关传感器。
接近开关安装在车位上，它可以测到车位上是否有车，并在有车时向单片机发出信号。
5、传动部分简介
本次设计的立体车库系统中的载车箱要根据用户车位的不同而上下移动，需要有传动装置来实现。
本次系统的传动部分大体可分为传动方式，平层器，电机选型及安装，减速方式，传动材料等。
6、机械部分简介
机械部分包括了电机部分、传动部分及车库基本设计部分。
电机部分是本部分的重点，它包括了电机的驱动，选型，安装及固态继电器。
车库基本设计部分主要是根据所查得的数据对车库的整体结构进行初步设计。
7、软件编程简介
这部分主要是对各芯片进行初始化和车辆入库出库的程序算法设计。
在出入库程序上，我们采用了“多输入—多输出”方式，即第一个用户进入车库后，第二个用户（如果此用户的车位和前一个用户的车位非同一载车箱）可不用等第一个用户出库而可直接入库存车。
8、电源简介
我们引用家用220V电源，经变压、整流、滤波、稳压后输出两个+5伏直流
和一个+15伏直流电源。
两个+5V分别为数字电源和模拟电源，+15V为固态继电
器供电。
前言
随着我国经济的发展，越来越多的智能大厦住户有了自己的私家车，这就是使得原本有限的职能小区公共面积被一排排的车占用，影响了人们的生活。
智能大厦三层简易升降类停车库是解决上面问题的一种有效措施。
因此，我们选择了“智能大厦自动化立体车库系统”做为我们的毕业设计题目。
在设计的过程中，我们根据设计任务书的具体要求设计了几种可行方案，经过比较论证后，我们从中选出了一个最合理的设计方案。
本次设计是在XX老师的精心指导和全组同学的全力努力合作下进行的。
在后面的系统介绍中，我们将给出设计思路，方案选择，器件选择，元件明细表，软硬件分析，程序流程图及源程序。
在本次设计中，XX老师对我们的设计进行了精心的指导和大力的帮助，使我们能顺利的完成本次设计任务，在此，我们致以衷心的感谢和敬意！
此外，本次设计也自始至终得到了电信学院各方的大力支持，在此表示感谢！
由于水平有限，时间仓促，设计中难免有这样那样的错误，望请各位老师批评指正。
作者
2006年兰州
第一部分：
系统介绍
第一章：
绪论----------------------------------------------------------6
第二章：
方案的比较及论证----------------------------------------7
第二部分：
硬件部分
第一章：
设计基础----------------------------------------------------9
第二章：
I/O接口扩展电路设计-----------------------20
第三章：
存储器扩展电路设计------------------------24
第四章:
电源系统设计与监控------------------------33
第三部分：
非接触式IC卡部分
第一章：
方案的比较及论证---------------------------------------46
第二章：
非接触式IC卡-------------------------------------------48
第四部分：
传感器部分
第一章：
接近开关----------------------------------------------------64
第二章：
超声波测距装置-------------------------------------------77
第五部分：
硬件结构设计及设备选型
第一章：
机械结构设计----------------------------------------------85
第二章：
电气接线图及其原理-------------------------------------89
第三章：
设备选型----------------------------------------------------93
第六部分：
软件部分
第一章：
方案的比较及论证---------------------------------------105
第二章：
流程图------------------------------------------------------105
第三章：
原程序------------------------------------------------------105
参考文献
第一部分：
系统介绍-
第一章：
绪论
近年来，随着机动车数量的急剧增长，国内许多城市停车难的问题越来越突出，北京、上海、广州等大城市情况尤为严重。
造成这种局面的原因一方面是由于机动车发展速度过快，城市规划者和建筑设计师对此估计不足，另外一个很重要的原因就是土地资源有限，而传统的地面停车场和地下停车场存在着占地使用率低、车位土地使用成本较高等缺陷。
因此，在这样一种情况下，立体车库以及自动化立体车库目前开始在一些城市应运而生，它为解决城市停车难的问题提供了一个很好的方案。
立体车库本身的发展已经有几十年的历史了，产品分类也有许多种，如简单的有采用液压和机械机构的两层或多层停车架式的，复杂些的有水平横移式和垂直循环式，还有电梯式的等等，这些都属于立体车库家族的成员，但都没有引起人们太多的注意，直到自动化立体车库的出现，其以大容量、自动化、占地小、方便性等优点极大地吸引了车库建设者和普通老百姓的兴趣。
自动化停车系统作为一个系统工程产品，本身就是一个集中了自动控制、计算机、网络、智能卡、机械拖动等多学科技术的高科技产品，另外还需配套消防、通风、照明、供电、监控、车位引导、收费管理等子系统，所以整个系统属于一个技术含量较高的复杂的系统工程。
停车库共分三层，一层在地上，两层在地下。
用停10辆车的面积停30辆车。
小区的住户凭IC卡实现车辆的入库和出库，把信息输入到单片机，单片机对数据处理后通过三相异步电机实现车位对位存取。
车位状态通过接近开关输入到单片机中。
该系统方便，安全，快捷。
本次毕业设计尝试用单片机实现系统功能，在降低成本的基础上，把单片机的特点容入整个系统。
第二章：
方案的比较和论证
自动化立体车库系统是一种功能多，利用率高的车库系统。
它主要由机械系统，电气系统和信息系统组成。
电气系统和信息管理系统合成为控制系统。
实现控制系统的方案较多，主要为单片机控制，PLC控制两种。
MCS-51系列单片机具有比较丰富的内部资源，性能全面而且适应性强，能覆盖多种应用需要。
用户可以根据需要设计成各种不同的控制系统，尤其在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家电等各个方面。
其特点：
1）小巧灵活、成本低、易于产品化。
它能方便的组成各种智能检测、控制设备及各种智能仪器仪表。
2）价格低廉。
3）可靠性好，适应温度范围宽。
单片机芯片本身是按工业测控环境要求实际的，能适应各种恶劣环境。
4）易扩展，很容易构成各种规模的应用系统，控制功能强。
单片机的逻辑控制功能很强，指令系统有各种控制功能的指令。
5）可以方便的实现多机和分布式控制系统。
可编程控制器PLC是由工业微型计算机、输入/输出设备、保护及抗干扰隔离电路等构成的微机控制装置，具有顺序、周期性工作的特征，从应用的角度看可编程控制器具有如下特点：
1）可靠性高：
由于可编程控制器的输入/输出端口均采用继电器或光电耦合器件，采取了隔离和抗干扰措施，使其具有很高的抗干扰能力，因而能在恶劣的环境下可靠工作；
2）体积小：
由于在制造时采用了大量的大规模集成电路和微处理器，用软件编程代替了硬连线，便于安装，实现了小型化：
3）通用性好：
由于可编程控制器采用模块化结构，一般有CPU模块、电源模块、PID模块、模拟输入和输出模块等，可以用这些模块灵活的组成各种不同的控制系统，对不同的控制系统，只需选取不同的模块即可，因而具有很好的适用性；
4）使用方便：
对于不同的控制系统，当硬件结构选定后，如果输入/输出作很小的变动时，只需修改相应程序即可，无须对系统连线做较大的修改，减少了现场调试的工作量，使用起来灵活方便。
单片机在实际生活中无处不在，应用极其广泛，功能极其强大。
且扩展极其方便，外围配套电路发展也很快，有一批成形的芯片可以直接应用。
在价格上也占绝对优势，一个80c51只有十几块钱。
这使整个系统的花费大大减少。
本次设计要求设计的是一个智能大厦的自动化立体车库，规模较小。
综合以上两种方案的分析，兼顾经济因素和锻炼自己的能力的目的，本次设计采用单片机方案。
关于设计的组成和工作原理，详见此后各个章节。
第二部分：
硬件部分
第一章单片机控制系统设计基础
MCS－51系列单片机是80年代推出的8位单片微型计算机，共有P0～P3四个这样的并行口，可提供32根I/O线，每根线都是双向的，其余用于芯片控制的寄存器中。
与芯片引脚有关的特殊功能寄存器是P0～P3，它们实际上是4个八位锁存器（每个I/O口一个），每个锁存器附加有相应的输出驱动器和输入缓冲器就构成了一个并行口。
在这次设计中我们用了8051单片机，8051是MCS-51的典型产品，它不仅体积小、可靠性高、功能强、灵活方便等优点，而且和PLC和PIC相比来说它有价格便宜的优点，应用于各个领域，是我们比较熟悉的单片机，所以我们选用了它。
一．8051单片机内部结构
1.基本特性
8位CPU、片内振荡器
*4k字节ROM、128字节RAM
*21个特殊功能寄存器（SFR）
*32根并行I/O线
*可寻址的64k字节外部数据、程序存储空间
*2个16位定时器、计数器
*中断结构：
具有二个优先级、五个中断源
*一个全双口串行I/O口
*位寻址（即可寻找某位的内容）功能，适于按位进行逻辑运算的位处理器。
128字节RAM、4k字节ROM和中断、串行口及定时器模块外，还有4组I/O口P0～P3，余下的就是CPU的全部组成。
2．8051的性能参数如下表〈1〉
特点
8051
程序存储器（字节）
4K
RAM（字节）
128
片外程序存储器（字节）
64K
片外数据存储器（字节）
64K
最高时钟频率（MHz）
12
典型指令时间（μS）
1
16位定时器/计数器
2
串行口通讯
同步模式
互换
异步模式
I/O线数
32
中断源（二级）
5
电源（ICCMAXmA）
125
可编程电源模式
休假（mA）
—
掉电（mA）
10
二．8051单片机引脚及其功能
1．8051芯片引脚说明
8051单片机采用40引脚双列直插封装（DIP）方式。
（l）P0.0～P0.7P0口8位双向口线（在引脚的39～32号端子）。
（2）P1.0～P1.7P1口8位双向口线（在引脚的1～8号端子）。
（3）P2.0～P2.7P2口8位双向口线（在引脚的21～28号端子）。
（4）P3.0～P3.7P2口8位双向口线（在引脚的10～17号端子）。
这4个I/O口具有不完全相同的功能
图〈4〉8051引脚图
P0口有三个功能：
、外部扩展存储器时，当做数据总线（如图〈1〉中的D0～D7为数据总线接口）
、外部扩展存储器时，当作地址总线（如图〈1〉中的A0～A7为地址总线接口）
、不扩展时，可做一般的I/O使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。
P1口只做I/O口使用：
其内部有上拉电阻。
P2口有两个功能：
、扩展外部存储器时，当作地址总线使用
、做一般I/O口使用，其内部有上拉电阻；
P3口有两个功能：
除了作为I/O使用外（其内部有上拉电阻），还有一些特殊功能，由特殊寄存器来设置，具体功能请参考我们后面的引脚说明。
P3口的特殊功能（即第二功能）,使P3端品各线处于第二功能的条件是:
串行I/O处于运行状态（RXD,TXD）;
打开了处部中断（INT0,INT1）;
定时器/计数器处于外部计数状态（T0,T1）
执行读写外部RAM的指令（RD,WR）
在应用中,如不设定P3端口各位的第二功能（WR,RD信叼的产生不用设置）,则P3端口线自动处于第一功能状态，也就是静态I/O端口的工作状态。
在更多的场合是根据应用的需要，把几条端口线设置为第二功能，而另外几条端口线处于第一功能运行状态。
在这种情况下，不宜对P3端口作字节操作，需采用位操作的形式。
RST/VPD：
复位信号线。
当输入的信号连续2个机器周期以上高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作。
ALE/PROG：
地址锁存允许/编程线，配合P0口引脚的第二功能使用。
PSEN：
外部程序存储器读选通信号线。
在读外部ROM时PSEN低电平有效，以实现外部ROM单元的读操作。
、内部ROM读取时，PSEN不动作；
、外部ROM读取时，在每个机器周期会动作两次；
、外部RAM读取时，两个PSEN脉冲被跳过不会输出；
、外接ROM时，与ROM的OE脚相接。
EA/VPP：
内部和外部程序存储器的选择线。
●接高电平时：
CPU读取内部程序存储器（ROM）扩展外部ROM，当读取内部程序存储器超过0FFFH（8051）1FFFH（8052）时自动读取外部ROM。
●接低电平时：
CPU读取外部程序存储器（ROM）。
●8751烧写内部EPROM时，利用此脚输入21V的烧写电压。
XTAL1和XTAL2：
接外部石英晶体。
当使用芯片内部时钟时，此二引脚用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。
VCC：
电源+5V输入
VSS：
GND接地。
三．8051的存储器配置
如下表〈4〉
8051的存储器特点及数据操作
容量
地址
寻址方式
字节地址
位地址
程序存储器
最大64KB
0000H～FFFFH
无
PC间址,DPTR问址
外部数据存储器
最小64KB
0000H～FFFFH
无
P2Ri间址，DPTR间址
内部数据存储器
128字节
00H～7FH
00H～7FH
直接寻址，Ri间址，位寻址
特殊功能寄存器
21字节
80H～FFH（不连续）
80H～FFH（不连续）
直接寻址，位寻址
1存储器系统结构
8051的存储器系统为哈佛结构，分为数据存储器和程序存储器.
1.1程序存储器
程序存储器存放系统应用程序和表格常数。
在实际的单片机应用系统中，应根据系统程序来选择程序存储器的容量和供应状态。
程序存储器有16位地址指针PC和DPTR，寻址范围为64KB。
可选择片内程序存储器和片外程序存储器。
片外程序存储器必须通过并行扩展总线扩展，同时应将内外程序存储器选择引脚EA接地；选择片内程序存储器时，EA接高电平。
程序存储器的寻址范围为0000H～FFFFH。
无论选择多大容量的程序存储器，其起始地址是0000H。
单片机复位后PC指针为0000H，因此，复位后，程序从0000H开始运行。
程序存储器中有一个固定的中断入口地址区，这些中断入口地址从0003H开始依次按间隔8个字节安排。
8051有5个中断源，其相应的入口地址如下表〈5〉：
0003H
外部中断0入口地址
000BH
定时器0溢出中断入口地址
0013H
外部中断1入口地址
001BH
定时器1溢出中断入口地址
0023H
串行口发送/接受中断入口地址
系统应用程序的第一条指令的入口必须是0000H，这样，单片机复位后可立即运行系统应用程序。
为了跳过中断入口地址区域，应用系统程序的第一条指令应是无条件转移指令，使系统应用程序越过中断入口地址区。
程序存储器的操作有：
（1）程序指令的自主操作。
程序按照PC直至顺序操作或转移操作。
（2）表格常数的查表操作。
8051中查表操作指令为MOVC，通过PC和DPTR的基址变址寻址方式实现查表操作。
1.2数据存储器
（1）片内数据存储器结构
片内数据存储器的256B寻址空间上，分为三个不同性质的空间，即00H～7FH的8051基本的数据存储器；80H～FFH间接寻址的数据存储器扩展空间；80H～FFH直接寻址的SFR空间。
8051片内数据存储器为00H～7FH的128B，是一个多功能复用空间。
空间划分有工作寄存器、位寻址区、堆栈与数据缓冲区。
工作寄存器。
工作寄存器共有四组，每组有八个工作寄存器R0～R7，依次占用00H～1FH单元。
位寻址区。
位寻址区共有128位，占用20H～2FH单元，其位寻址为00H～7FH，依次从20H最低位排向2FH的最高位。
堆栈。
复位后栈底为07H，使用中可随意设置。
数据缓冲区。
30H～7FH单元。
（2）片外数据存储器及其操作
8051不仅为片外数据存储器提供了规范的并行扩展总线，而且有相应的数据传送指令，故把并行扩展的片外数据存储器也归纳在8051的存储器系统中。
片外数据存储器的寻址范围为64KB，是独立于程序存储器和片内数据存储器的数据存储空间，它和单片机外围电路扩展统一编址。
片外数据存储器寻址空间的数据传送使用专门的MOVX指令。
片外数据存储器只能和累加器A交换数据，通过地址指针DPTR或工作寄存器Ri间接寻址。
四．8051的复位方式
在设计单片机应用系统时，必须了解单片机的复位状态和复位电路的设计。
因为单片机应用系统工作时，会要求进入复位工作状态，因而要求复位电路必须准确，可靠地工作。
另外，单片机的复位状态与应用系统的复位状态是密切相关的。
1．单片机的复位状态
单片机的复位都是靠外部电路实现的，在时钟电路工作后，只要在单片机的RST引脚上出现24个振荡脉冲（2个机器周期）以上的高电平，单片机便实现初始化状态复位。
为了保证系统可靠的复位，在设计复位电路时，通常使RST引脚保持10ms以上的高电平。
只要RST保持高电平，则MCS—51单片机就循环复位；当RST从高电平变为低电平以后，单片机就从0000H地址开始执行程序
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