智能停车场监控管理系统的设计与制作.docx
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智能停车场监控管理系统的设计与制作
分类号：
TP273
无锡职业技术学院
毕业设计（论文）
题目智能停车场监控管理系统的设计与制作
英文并列题目Designandmanufactureofintelligentparkinglotmonitoringandmanagementsystem
院系控制技术学院班级电气21532
学生姓名刘祥仁学号2010153218
所在团队
指导老师
（1）黄堃职称
指导老师
（2）职称
答辩委员会主任黄麟主答辩人
二零一八年五月
智能停车场监控管理系统的设计与制作
摘要:
在当今社会上，交通对我们的日常生活的影响是巨大的，每一座城市都有停车问题。
在今天的停车场上，有很多问题。
不能达到智能化，就会对人们的出行带来诸多不便，因此，要想解决这样的问题，就要运用当下最主流的控制器PLC以及触摸屏相互组合来实现停车场的智能化管理。
改论文主要讲述了现代化的智能停车场是历史发展的必然趋势，运用控制系统对停车场进行智能化管理所需要实现的功能，在论文中也介绍了关于PLC的基本知识。
PLC有诸多优点，是现在智能化方向最流行的控制器，相对于传统的控制器而言，它拥有更小的体积，更轻的重量更高的灵活性，更强通用性。
对于使用环境而言，它拥有较强的抗干扰能力，且方便维护，所以它的适用范围更广，因此选用PLC来作为主要的控制器。
将它与触摸屏组合在一起，可以实现按钮集中化，将所有的控制按钮统一集中在触摸屏上，也是本设计重要的一部分
本设计主要从栏杆控制、烟雾报警、车辆进出检测等方向进行说明，整体的介绍了该系统的功能与实现方法。
文章主要从系统的软件设计、硬件设计以及整体组合设计来对该课题进行阐述，该设计是结合现代化的先进技术对停车场进行更高效更智能的设计
关键词:
PLC；触摸屏；智能；
Designandmanufactureofintelligentparkinglotmonitoringandmanagementsystem
Abstract:
Intoday'ssociety,theimpactoftransportationonourdailylifeisenormous.Everycityhasparkingproblems.Therearealotofproblemsintoday'sparkinglot.Unabletoachieveintelligent,itwillbringalotofinconveniencetopeople'stravel,soinordertosolvesuchproblems,weshouldusethemostmainstreamPLCandtouchscreentorealizetheintelligentmanagementoftheparkinglot.Thepapermainlydescribesthatthemodernintelligentparkinglotistheinevitabletrendofhistoricaldevelopment,andthefunctionsneededtoberealizedbyusingthecontrolsystemfortheintelligentmanagementoftheparkinglot,andthebasicknowledgeaboutPLCisalsointroducedinthispaper.PLChasmanyadvantages,andisnowthemostpopularcontrollerinthedirectionofintelligence.Comparedwiththetraditionalcontroller,ithassmallervolume,lighterweight,moreflexibilityandmoreversatility.Fortheuseoftheenvironment,ithasastronganti-interferenceabilityandconvenientmaintenance,soithasawiderrangeofapplication,soPLCischosenasthemaincontroller.Combiningthewiththetouchscreen,thebuttoncanbecentralized,andallthecontrolbuttonsarecentralizedonthetouchscreen.Itisalsoanimportantpartofthisdesign.
Thisdesignmainlyexplainsfromrailingcontrol,smokealarm,vehicleentryandexitdetection,andintroducesthefunctionandimplementationofthesystem.Thispaperexpoundsthesubjectfromthesystemsoftwaredesign,hardwaredesignandoverallcombinationdesign.Thisdesignisamoreefficientandintelligentdesignoftheparkinglotwithmodernadvancedtechnology.
keyword:
PLC;touchscreen;intelligent
第1章引言1
1.1课题依据及实用意义1
1.2智能停车管理系统在我国使用情况1
1.3智能停车场未来发展方向2
1.4课题研究方向及内容2
第2章控制系统整体方案设计3
2.1结构与基本原理3
2.2控制系统方案确定3
2.3分析如何管理4
2.4对于停车场控制需要的描述4
2.5停车场出入口控制系统5
2.6刷卡收费系统5
第3章停车控制系统硬件设计7
3.1主控制器7
3.1.1PLC的硬件基本结构7
3.1.2PLC工作原理7
3.2PLC型号的选择8
3.2.1主控制器选用依据8
3.2.2三菱的编程软件及语言9
3.2出入管理系统硬件设计9
3.2.1出入口设备系统设计9
3.2.2数码管的显示设计10
3.2.3传感器的选型11
3.3控制系统线路连接12
3.3.1PLC的I/O分配表12
3.3.2出入口电机控制电路设计13
3.3.3外部接线图13
第4章停车场管理系统软件设计15
4.1车辆进出的系统设计15
4.1.1车辆进入系统流程框图15
4.1.2车辆出库流程图设计16
4.2功能介绍及其实现17
4.2.1道闸控制程序17
4.2.2车辆计数程序18
4.2.3故障报警程序19
第5章HMI人机界面系统设计22
5.1三菱HMI简介及特点22
5.2HMI界面设置22
5.2.1建立并编辑画面24
5.2.2基本界面的绘制25
小结与致谢26
参考文献27
第1章引言
1.1课题依据及实用意义
在当前的经济发展飞速的前景下，我国在汽车生产方面已经跃居第三位，在汽车消费方面跃居世界第二为，是名副其实的汽车大国。
我国人口基数较大，所以这就延伸出停车问题，车辆现在对于一个家庭来说是必不可少的，是最主要的代步工具，因此，原来的老式停车场已经无法满足现代社会的需求，汽车的购买量每天都在增加，但停车场这一基本的设施却跟不上时代的脉络，人们迫切的需要一个高效化、智能化的现代停车场，结合现在的科学技术建设一个智能停车场是未来发展的必然方向，所以此课题的提出是非常有意义的。
停车场的目的是满足人日常出行的停车需求，创造一个良好美丽的交通环境，并确保车辆安全。
对于这些问题，该课题论述了一个高质量、高速率并且有一定安全保障的的停车场，并且运用PLC这一主要控制器，配合触摸屏来构建一个可以满足人们日常生活和出行需要的现代化智能停车场的管理运行系统。
此设计针对停车场的主要功能，设计了进出车辆计数系统，LED车位显示，可以实时了解场内停车数量情况。
对于停车场而言，一套完整的收费系统也是必不可少的，根据面向用户性质的不同，按停车时间收费是十分合理的，而对于现代快节奏的生活，我们采取刷卡进库，刷卡出库，来提高停车场的运行速率，不仅节约了车主的时间，也减轻了管理人员的负担。
1.2智能停车管理系统在我国使用情况
在我们国家，汽车的购买数量还在不断的上涨之中，而且每年的上涨幅度都在增加，而且对于年轻人来说，车已经基本属于大众消费品，所以在未来我们国家的车辆数目是不会下降的，只会越来越多。
随着车辆的增加，人们对停车场的需求也会越来越多，所以现代化的智能停车场是其必然的发展方向。
早在三十年前，我们国家就已经就已经有智能停车场的身影了，但在当时，汽车属于奢侈品，一般人消费不起，但到了本世纪，随着经济的不断发展，汽车的数量急剧增加。
这也就带动了停车场的发展，越来越大，越来越智能化，越来越高速化，是现在停车场的发展方向。
对于现在的停车场来说，仅仅是停车已经不能满足人们的需求，还增加了方便用户的功能。
互联网行业发展的很快，手机APP的出现，让停车场出现了翻天覆地的变化，对于人们的需求，网上停车位预定、网上停车位剩余查询、网上停车实时监控，甚至开通网络支付等方便快捷的功能在以后都是可以实现的。
像这样的智能化现代化的停车场，在首都已经有了先例，希望能尽快普及到各个城市，让大家享受到更加优质快捷的停车方式。
1.3智能停车场未来发展方向
对于智能停车场的发展方向，可以大致分为以下几点：
1、我们国家人工成本越来越高，这就推动着自动化、智能化的发展，对于无人化停车场，可以减少用工成本，提高停车场的使用效率和运行速度
2、手机软件以及微信小程序在我国已经普及，可以通过手机软件和小程序来实现相关的停车位实时查询和预定，以及付款功能。
3、我们国家汽车数量在不断增加，但可用于建设停车场的土地面积有限，所以以后的停车场肯定是立体式的，减少土地占用，用最少的占地面积，停更多的车辆。
4、现在是网络时代，可以为停车位场做联网功能，在网站中，用户不仅仅可以查寻剩余车位和预定车位，更可以观看车辆的实时状态。
1.4课题研究方向及内容
主要研究内容如下：
（1）针对目前传统意义上的停车场的缺陷，对停车场智能管理系统进行总体设计，并根据使用情况的差异，对整个系统达到智能化设计，增强停车场的使用效率。
（2）系统需对停车场中的收费系统进行改进优化，实行一杆一收费，按照进入的计时进行收费。
（3）系统针对每天出入停车场车辆的次数进行实时计数，对停车位的剩余位置数量，已停车位的数目进行实时计数监控，当没有车位时，禁止进入停车场。
（4）本系统中全部的手动操作按钮统一汇总在触摸屏上进行控制。
第2章控制系统整体方案设计
2.1结构与基本原理
本论文所涉及的停车的基本结构构成，主要是由PLC控制，其他如：
地感线圈，道闸动作等辅助PLC进行控制。
设计的基本运行原理如下所示：
（1）PLC采集在出入口安装的传感器上的信息，再将这些信息存入可编程控制当中。
（2）当道闸接收到PLC所发出的信息后，道闸会对开门还是关门做出一个反应。
（3）在道闸作出反应的同时，数码管也会接收到PLC的信息，用于做出报警还是显示数目的反应。
（4）如果车辆正常，数码管就会显示车辆的数目，如果车辆有问题，数码管就会报警，这样工作人员也能急时的发现停车场所发生的故障，然后作出处理。
（5）再此同时，如果数码管正常，则会在停车场的出口处收取费用。
上述内容就是如何智能控制停车场的基本运行原理，以下则是它的系统框图如图2-1所示。
图2-1系统整体框图
2.2控制系统方案确定
1与继电器系统控制的优点
继电器相比于PLC来说，
（1）继电器的性能完全不如PLC，
（2）继电器的稳定性相比于PLC也是较差的，（3）继电器的设计电路也比PLC更加复杂，（4）当继电器出现问题时，它的修复时间也很长，（5）继电器无法进行除顺序控制之外的所有控制功能。
但是PLC不会有这种问题，首先它的稳定性高出继电器，修复时间也快于继电器，在此同时它还具备了顺序，计数等其他功能。
2与单片机控制系统的相比的优点
PLC控制与单片机控制其实都是微处理技术，都可以实现大多数系统智能化。
但是与PLC相比，单片机的程序更加复杂，并且它容易受到一些干扰，所以它不适合在工业生产中使用。
并且PLC的使用方法相比于单片机更加的简单，对于程序的编写也十分明确。
通过以上对单片机和继电器的分析，可以得出PLC相比于它们，更加的简单并且便于学习，在遇到问题时也更加容易修正，由此，在本次设计中选用PLC座位主要的系统控制器，用来完成对信息的采取和对停车场智能系统计时的控制。
2.3分析如何管理
在社会发展迅速的今天，停车场涉及的区域以及方式也更为多种多样，有设立在超市和游乐园的收费有偿停车场，有建立在小区为了住户更加舒适以及方便的固定使用人员的停车场，也有建造在拥堵地区使用面积较少的立体停车库。
无论如何，各式停车场建造的最根本目的就是因为人们的需求。
本次系统设计的收费停车场主要用途是为了方便人们外出。
因为使用这种停车场的人群都不是固定的，他们的车辆也是随机停在场内车位的。
同时在收取费用时也不是跟小区或者其他停车场一样的，例如：
小区的停车场是住户先支付停车费用，而本设计的停车场则是根据停车时长来确定最终的费用。
在本设计中所涉及的停车场它满足于所有的消费者，实现更为方便的停车模式。
2.4对于停车场控制需要的描述
本次设计主要说明了平面停车场，平面停车场是为了实现两个主要功能—-管理和控制。
如果想要实现让工作人员实时管理场地内部的环境，在此同时也需要让监控对它进行控制。
以下是本文主要想让他实现的功能：
1.通过传感器能对想要的信息进行采取，停车场的栏杆能够根据情况进行升起和下落。
2.通过地感线圈能够对车辆的出入进行实时检测，并且能够按照要求记下车辆出入的数量。
3.如果停车场内部没有空间停车，能够在工作人员处显示在数码管上。
4.如果场内部出现事故，能够进行报警处理，使管理者能够尽快发现解决。
2.5停车场出入口控制系统
1.入口的控制系统
在本文的设计中停车场的入口主要由三部分组成：
（1）检测车辆的装置，
（2）控制栏杆的系统，（3）取卡系统。
在车辆将要进入停车场的时候，检测车辆的传感器会检测到，到这时用户只需要在工作人员处拿走停车卡，在用户取卡期间，读卡器会将车辆的卡号与进入停车场的时间传递给主控制器，在此同时，系统会将栏杆上升，在入口处的数码管上显示的数字也会在以前的基础上加1，另外一种情况则是，如果停车场内部的车位已经没有空闲车位，则栏杆就不会升起，车辆同时也就不可进入了。
2.出口的控制系统
对于出口的设计也由三部分组成，唯一与入口不同的是将入口的取卡装置换成了刷卡装置。
运行过程与入口的过程也是大同小异，如果车辆想要驶出停车场，车辆检测装置会进行检测，将检测到的信息传给上位机，此时用户将进入时的卡交给工作人员，对停车时间和收费价格进行计算，收费完成后，打开栏杆放行。
2.6刷卡收费系统
本系统中停车场的收费系统主要是根据进入停车场的时候进行刷卡，由读卡器将卡片信息传递给PLC，读卡器如图2-2所示；由于读卡器所读取的信息为模拟信号，要将信息传递给PLC就需要一跟RS232通讯线来连接两者进行通讯，本设计中所使用的RS232通讯线如图2-3：
图2-2读卡器
图2-3RS232通讯线
第3章停车控制系统硬件设计
3.1主控制器
3.1.1PLC的硬件基本结构
PLC是一种逻辑控制机构，这种控制机构普遍在电学或者自动学科中应用最多，之所以使用PLC这种逻辑控制机构来在自动化方面进行控制电路，因为它无论是硬件还是在软件上都有很好的可操作性与可学习性，由图3-1可以清楚的介绍这种逻辑控制机构的实际运行的原理系统。
图3-1PLC的基本结构
3.1.2PLC工作原理
我们常用的PLC主要是使用数值量输入与数字量输出。
具有这样的工作方式能使它适应它适应更多的环境，比如工业中环境因素和干扰。
对于PLC来说，其工作方式为周期性的循环扫描工作方式，当系统上电后就开始准备扫描工作状态，这一准备过程结束后系统就允许扫描开始，扫描过程中对所有输入的传感器进行采样，将采集的数据传送至处理器，开始准备编程命令，当系统允许执行编程命令后，便开始对输出信号进行刷新。
通过编程软件与PLC相互连接，写入和修改程序，写入程序后整个控制构建的系统就完成了连接，每次扫描周期，系统都会程序进行检验，看程序是否有变化，是否可以执行，检查结果无误后，开始下一个扫描周期。
PLC的扫描运行方式基本框图如图3-2：
图3-2PLC扫描运行基本框图
3.2PLC型号的选择
3.2.1主控制器选用依据
该系统选择的是FX2N系列的PLC，该系列的PLC又诸多的型号，按点数分可分为32点、48点、64点等；按输出类型可分为MR、MT、MS等。
对比本系统的实际情况，我们选择FX2N-48MR，该型号的控制器有24个输入点和24个输出点,R代表继电器输出，足够本系统的使用，他还可以通过连接扩展模块来增加通讯接口、AD相互转换，更可以增加输入输出的端子数量，最多可扩展到256个点，可以满足本系统的设计要求。
虽然在该品牌的产品中它只是一台小型控制器，但它的功能仍然很强大。
它采用AC和DC电源，在我国所使用的产品基本都采用220V的交流电进行外部供电，并可以输出24V内部直流电源，以满足产品的内部供电和其他产品的供电电源。
3.2.2三菱的编程软件及语言
GPLC的编程系统相比较其他控制逻辑单元来说，编程语言相对简单，一般我们都会采用系统图进行编程，这种梯形图的程序是根据普通逻辑控制电路改变进化行程的一种语言程序。
3.2出入管理系统硬件设计
在车辆出入停车场时，我们采用目前市场上使用最多的栏杆进行控制，对于栏杆的起落，我们采用电机来实现，电机由程序控制，也可在触摸屏上手动控制，在出入口的地面下，设有感应线圈，对出入车辆的数目进行采集，由此传递给主控制器，由控制器通过程序传给数码管，对场内的车辆数目进行显示。
3.2.1出入口设备系统设计
用于控制车辆进出停车场的控制设备，我们采用起落式栏杆，具体的实现方法是通过电机的正转与反转来控制的，电机正转，使栏杆升起；电机反转；使栏杆落下。
当用户进入停车场时，在入口处取卡，读卡器会将卡的信息传递给PLC，于此同时用户也完成取卡的程序，系统会自动放行，让车辆进入，当车辆驶过地感线圈时，数码管数量减1，栏杆落下；车辆出库时，栏杆的动作也是一样，但此处需要收费，所以当车辆出库刷卡后，栏杆不会马上打开，会延时一段时间，留给用户与工作人员进行付款，于此同时也可以通过触摸屏来控制起落，在车辆驶出时，经过地感线圈时数码管显示器库内剩余车位加1。
3.2.2数码管的显示设计
该系统对于车辆的进出都有相应的传感器进行检测，数码管的剩余数量显示也是由PLC来控制，这样用户可以直观的看到场内是否有空闲的车位，也方便了管理者来了解场内的停车情况，控制器与数码的连接如图3-3：
图3-3七段数码管
如图3-4所示，这两个图主要是数码管线路连接图，该系统选取的是共阴极数码管，数码管的每一段与PLC的一个输出点相连接，根据传感器数据，程序会为对应的数字输出点出去信号，数码管的点以后，就显示了相应的数字，这样就实现了对场内空闲车位的数量显示。
图3-4数码管线路连接
3.2.3传感器的选型
（1）烟雾传感器
在本次设计中，主要涉及到的传感器有烟雾传感器，它主要是通过检测停车场中的烟雾浓度来判断停车场内部是否发生火灾。
该设计系统中使用的烟雾传感器的主要类型是MQ-2，它是一种可用于测量可燃气体和烟雾浓度的半导体传感器。
而且它还是一种应用多种场合的低成本传感器
图3-5MQ-2样图
如图3-5所示，为MQ-2烟雾传感器的样图，它的检测浓度300-10000ppm，主要检测可燃气体。
当空气中的检测气体浓度低于MQ-2的额定浓度时，烟雾传感器将在15秒延迟后自动接触警报。
（2）地感线圈车辆检测器PD-232
地感线圈车辆检测器是一种基于电磁感应原理的车辆检测器。
一般用于地下铺设环状。
主要就是引起回路中电感的变化，从而来判别车辆是否通行。
双线圈地感处理器处理器如图3-6所示：
地感线圈这种类型的地感线圈处理器有两个对应的输出端口，分别可以接输出继电器，通过输出继电器信号传送给PLC的输入端。
图3-6地感线圈车辆检测器
地感线圈车辆检测器它主要是由地感线圈以及检测器组成。
如图3-6所示，主要就是地感线圈。
主要埋设在栏杆前后几十厘米处，所以说只要有车辆在上面行驶过，线圈产生的感应电流最后传递给栏杆。
3.3控制系统线路连接
3.3.1PLC的I/O分配表
在本系统中，我在论文中使用到了FX2N-48MR作为逻辑控制器，FX2N-48MR共有24输入与24个输出可以选择使用，在使用使用中，可以不用按照顺序进行接线，只要电路中的I/O信号与程序中的信号一至，那么系统就不会出现错误。
在本系统中共使用了12个输入点，22个输出点，具体的分配信号如表3-1所示：
表3-1I/O口的地址分配
输入信号
输出信号
启动按钮
X0
准备就绪灯
Y0
停止按钮
X1
车库停满
Y1
车辆进入传感器
X2
车库未停满
Y2
车辆驶出传感器
X3
出口电机正转
Y3
进库位置开关
X4
出口电机反转
Y4
出库位置开关
X5
入口电机正转
Y5
进库感应设备
X6
入口电机反转
Y6
出库感应设备
X7
报警指示灯
Y7
烟雾感应设备
X16
报警器
Y17
解除警报
X17
数码管个位
Y10-Y16
车进取卡
X20
数码管十位
Y20-Y26
车出刷卡
X21
3.3.2出入口电机控制电路设计
图3-7入口电机控制电路图
如图3-7所示，是停车场入口处栏杆电机控制图，前文中表述过，该系统出入口有控制车辆进出的设备，我们选用起落栏杆，而栏杆的动作是通过电动机的正转与反转来控制的，通过电动机的动作来控制栏杆的动作，正转上升，反转下落，由于出口和入口动作是相同的，故此处只画出一个电路。
3.3.3外部接线图
外部接线图是依据I/O分配表所制作出来的，输入信号主要为控制系统的相应传感器和触摸屏上的按钮，输出信号为对数码管的数字显示的控制，电动机的动作的控制与各种信号灯控制，当外部连接输入点的传感器或按钮发生信号变化时，通过程序PLC会改变相应的输出信号，输出点连接的设备收到
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