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停车位车位控制系统综述

摘要

随着全国经济的快速发展、现代化进程的不断加快，人民生活水平得到了极大改善。

机动车数量大幅度增加，给城市交通带来了巨大压力，造成了行车难、停车更难的问题。

为了更好地满足日常管理需求，改善泊车状况和泊车设施，提高效率已迫在眉睫。

本文是关于公共场所汽车停车位自动管理系统的电路硬件及软件设计。

试图设计一种性能稳定、功能通用且成本低廉的嵌入式停车场智能管理系统，以适应大多数停车场管理的要求。

该系统主要包括硬件系统和软件系统两大部分，本文主要讨论硬件系统部分的实现。

在硬件系统结构的设计中，采用了各部分模块化设计，各模块之间按照一定的通信协议进行相互通信，这样便于系统在投入使用出现问题后的维护和系统升级。

本文采用自动化管理系统，当有车辆进入停车场时，经IC读写器进行射频输入，将卡内信息存入存储器；车辆开出时，再次射频输入，通过AW60最小系统控制，在LCD液晶显示屏幕上显示停车时间及费用，并在LED屏幕上显示停车场剩余的停车位。

关键词：

停车场管理；射频识别技术；IC卡

目录

1引言1

2控制系统硬件设计2

2.1系统硬件配置及组成原理2

2.2系统输入输出点分析2

2.3PLC选型3

2.4系统硬件接线图设计3

2.4.1主电路图设计3

2.4.2控制接线图设计4

3PLC控制系统软件设计5

3.1系统变量定义及I/O地址分配5

3.2控制程序流程图设计5

3.3PLC控制程序设计7

4上位机组态监控系统设计8

4.1组态监控软件选择8

4.2PLC与上位监控软件通讯设计8

4.3上位监控系统组态设计8

4.3.1设计首页8

4.3.2设计操作页面9

4.4实现效果10

5系统调试及结果分析11

5.1系统仿真调试11

5.1.1软件调试11

5.1.2联合调试11

5.2结果分析12

6设计总结13

参考文献15

致谢16

附录17

附录A梯形图17

附录B主电路图19

附录C控制接线图20

1引言

随着全国经济的快速发展、现代化进程的不断加快，人民生活水平得到了极大改善。

机动车数量大幅度增加，给城市交通带来了巨大压力，造成了行车难、停车更难的问题。

为了更好地满足日常管理需求，改善泊车状况和泊车设施，提高效率已迫在眉睫。

本文是关于公共场所汽车停车位自动管理系统的电路硬件及软件设计。

试图设计一种性能稳定、功能通用且成本低廉的嵌入式停车场智能管理系统，以适应大多数停车场管理的要求。

该系统主要包括硬件系统和软件系统两大部分，本文主要讨论硬件系统部分的实现。

在硬件系统结构的设计中，采用了各部分模块化设计，各模块之间按照一定的通信协议进行相互通信，这样便于系统在投入使用出现问题后的维护和系统升级。

本文采用自动化管理系统，当有车辆进入停车场时，经IC读写器进行射频输入，将卡内信息存入存储器；车辆开出时，再次射频输入，通过AW60最小系统控制，在LCD液晶显示屏幕上显示停车时间及费用，并在LED屏幕上显示停车场剩余的停车位。

根据任务书的要求，停车场车位控制系统的主要设计内容有以下几点：

1.设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；

2.系统有启动、停止功能；

3.运用功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序；

4.程序结构与控制功能自行创新设计；

5.进行系统调试，实现停车场车位的控制要求。

系统所要实现的目标是：

当有车要进入停车场时，被入口处的入库传感器检测到时，栅栏自动打开，碰到上限位开关时，开门停止。

计时一分钟之后，栅栏自动关门，碰到下限位开关，关门停止。

一次入库过程结束。

出库过程与入库类似，只是出库传感器安装在出口处。

七段数码管可以实时显示当前车库内车的数量，当入库传感器器检测到有车入库时，七段数码管的数字会自动加一，而当出库传感器检测到有车出库时，则自动减一。

车位已满时，有一红色指示灯亮，同时入口栅栏不能开启。

否则，有一绿色指示灯亮，表示车位未满。

2控制系统硬件设计

2.1系统硬件配置及组成原理

1、系统采用日本三菱PLC，选用的是FX2n-48MR，它属于继电器输出，有触电，可带交直流负载，输入点数24，输出点数24，总共48个输入输出点。

PLC（三菱FX2N—48MR）：

根据控制要求统计系统所需的输入点数与输出点数，并考虑要有一定的余量，在本系统中我们采用了三菱FX2N—48MR型PLC，该型号PLC是FX系列PLC家族中比较先进的系列。

它具备如下特点：

最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为系统提供最大的灵活性和控制能力。

2、传感器（BEN5M-MDT）：

它是一种测距的光电传感器，具有测距远（最远可达到5米），采用反射镜反射的检测方式，DC12－24V供电，NPN/PNP同时输出，遮光ON/入光ON选择。

3、七段数字译码显示器：

由于在PLC系统中工作的是二进制的数字信号，而人们习惯十进制的数字或运算结果，因此需要数字显示器，显示出便于人们观测、查看的十进制数字，因此，设计选择了七段数字译码显示器，译码显示器主要由译码器和驱动器两部分组成，通常二者都集成在一块芯片中。

2.2系统输入输出点分析

由任务书中设计要求以及对系统的工况进行分析可知：

（1）系统必须要有启动和停止的功能，故需要一个启动按钮SB0（X000），一个停止按钮SB1（X001）；

（2）当有车要进出入停车场时，要有传感器感应接收这一信息，故应该在进场和出场处各安装一个传感器SQ0（X002），SQ1（X003）来接收信息；

（3）当车位还有未被使用时，需要指示灯HL1（Y000）点亮来表示，而如果停车场的车位已经全部被使用，则车位已满指示灯HL2（Y001）亮，同时指示灯HL1灭。

（4）入口处传感器触点动作时，七段数码管上显示的车辆数目加1显示，出口处传感器触动动作时，七段数码管上显示的车辆数目减1显示。

因为停车场只有16个停车位，即需要两个数码管来显示十进制数，也就是说需要的PLC输出点为（Y010~Y016，Y020~Y026）。

（5）当闸门打开时，此时电机应处于正转状态，故需要一个输出点（Y002）控制电机的正转，使主电路的接触器KM1的主触点闭合；当闸门开启到触碰到行程开关SQ2（X004），电机正转停止；定时一段时间之后，闸门关闭电机反转运行，故也需要一个输出点（Y003），使接触器KM2的主触点闭合；直到闸门关闭到触碰到行程开关SQ3（X005），电机停止工作。

通过以上的分析可知，需要PLC输入点6个（X000~X005），PLC输出点18个（Y000~Y003，Y010~Y017，Y020~Y027）。

2.3PLC选型

PLC是PLC控制系统的核心部件，正确选择PLC对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起着重要作用。

国内外生产的PLC种类很多，在选用时应考虑以下几个方面：

（1）规模要适当：

首先要确保有足够的输入、输出点数，并留有一定的余地，还应确定用户程序存储器的容量。

（2）功能要相当，结构要合理。

（3）输入、输出功能及负载能力的选择：

选择何种功能的输入、输出形式或模块，取决于控制系统中输入和输出信号的种类、参数要求和技术要求，选用具有相应功能的模块。

（4）使用环境条件：

在选择PLC时，要考虑使用现场的环境条件是否符合它的规定。

本控制系统的输入信号有6个，输出信号有18个，结合以上的考虑因素以及学校现有的教学设施，决定选用三菱的FX2n-48MR，I/O点数各位24点，可以满足控制要求，且留有一定的裕量。

2.4系统硬件接线图设计

2.4.1主电路图设计

主电路图主要是对闸门开启与关闭的电机正反转的控制，而要实现电机的正反转，只要改变任意两相的相序即可。

实现的办法就是两个接触器的接线相序不同，KM1是正序，则KM2为反序来实现。

工作时只能其中的一个进行工作。

所以，系统的主电路图如图1所示。

图1系统主电路图

2.4.2控制接线图设计

控制接线图如图2所示，SB0是系统启动开关，接X0，SB2是系统停止开关，接X1，SQ0和SQ1是入库和出库感应器，分别接X2、X3。

SQ2和SQ3为上、下行程开关控制电机正、反转的停止，分别接X4、X5。

Y0和Y1接指示灯HL1、HL2。

Y2和Y3是控制电机的正反转，正反转不能同时工作，因此不仅软件互锁，硬件上也进行互锁。

Y10~Y16控制个位的七段数码管显示，Y20~Y26控制十位的七段数码管显示。

数码管是共阴极接法，接6kΩ进行限流。

图2控制接线图

3PLC控制系统软件设计

3.1系统变量定义及I/O地址分配

系统变量定义及I/O地址分配如表1所示。

表1系统变量定义及I/O地址分配

名称

功能

I/O编号

SB0

启动开关

X000

SB1

停止开关

X001

SQ0

入库传感器

X002

SQ1

出库传感器

X003

SQ2

正转停止行程开关

X004

SQ3

反转停止行程开关

X005

HL1

还有车位指示灯

Y000

HL2

车位已满指示灯

Y001

KM2

电机反转关门

Y002

KM1

电机正转开门

Y003

a~g

个位数码显示

Y010~Y016

a~g

十位数码显示

Y020~Y026

3.2控制程序流程图设计

车辆入库流程图如图3所示。

当入库传感器检测到有车入库时，如果还有车位，则打开闸门，碰到上限位开关时，开门停止，60S后闸门开始关闭，碰到下限位开关时，关门停止。

在开关门的同时，车辆计数器加1，如果达到车库的总容量，则亮车位已满指示灯，否则亮尚有车位指示灯。

七段数码管实时显示车库中车的数量。

入库过程结束。

车辆出库子程序如图4所示。

当出库传感器检测到有车出库时，车辆计数器减1，车位未满指示灯亮，七段数码管显示当前车库中车的数量；同时打开闸门，碰到上限位开关时，开门停止，60S后闸门开始关闭，碰到下限位开关时，关门停止。

出库过程结束。

图3车辆入库子程序

图4车辆出库子程序

3.3PLC控制程序设计

启停控制：

按下系统启动开关，车位控制系统开始工作，先对数据寄存器D0，D2以及辅助继电器M1到M9进行区间复位，而为了确保按下停止开关，整个系统所有器件都可靠的停止工作，因此采用了主控指令来实现启停控制。

为了使系统关闭时数码管不显示任何数字，当检测到停止开关的上升沿时，对Y010~Y026进行区间复位。

入库控制：

当入口处传感器检测到车辆要入库时，数据寄存器D0加1，同时辅助继电器M1接通并形成自锁，驱动电机正转使闸门打开，直到闸门打开到触发上限位开关动作，电机正转停止，并开始计时一分钟。

计时时间到后自动使电机反转，闸门开始关闭。

直到触发下限位开关动作，电机停止工作。

当车库中车辆的数量达到车库容量时，辅助继电器M9会接通，为了不让此时的闸门打开，于是在该支路上串上M9的常闭触点。

出库控制：

当出口处传感器检测到车辆要出库时，数据寄存器D0减1，同时辅助继电器M3接通并形成自锁，驱动电机正转使闸门打开，直到闸门打开到触发上限位开关动作，电机正转停止，并开始计时一分钟。

计时时间到后自动使电机反转，闸门开始关闭。

直到触发下限位开关动作，电机停止工作。

七段数码管显示：

先对数据寄存器D0的数据与10进行判断，如果小于10，则位于个位上的数码管显示相应的数据；如果D0的数据等于10，则个位显示“0”，十位显示“1”；如果数据大于10，就继续与16进行比较，如果等于16，则个位显示“6”，十位显示“1”；如果小于16，则用D0中的数据减去10，再把结果放入D2，十位依然显示“1”，个位显示D2中保存的数据。

梯形图详见附录A。

4上位机组态监控系统设计

4.1组态监控软件选择

GTDesigner3软件是三菱电机有限公司所开发设计的，用于图形终端显示屏制作的Windows系统平台软件，支持三菱全系列图形终端。

该软件功能完善，图形、对象工具丰富，窗口界面直观形象，操作简单易用，可以方便地改变所接PLC的类型，实时读取、写入显示器屏幕，还可以设置保护密码。

因此，选择GTDesigner3软件作为组态监控软件。

4.2PLC与上位监控软件通讯设计

PLC与计算机通信主要是通过RS-232C或RS-422接口进行的。

计算机上的通信接口是标准的RS-232C接口；如果PLC上的通信接口也是RS-232C接口，就可以通过适配电缆进行连接，实现通信。

但如果PLC上的通信接口是RS-422时，必须在PLC与计算机之间增加一个RS-232C/RS-422接口转换模块，再通过适配电缆实现通信。

4.3上位监控系统组态设计

4.3.1设计首页

（1）打开软件，新建文件，如图5所示。

文件名称是“停车场车位控制系统”。

图5GT软件设计界面

（2）文字输入。

单击工具栏中的文字输入图标，此时光标变成十字交叉，单击画面设计区，跳出如图6所示文本输入对话框，在文本输入栏输入文字。

选择文本的类型、方向文本颜色尺寸，单击“确定”按钮，再把文本移到适当的位置。

用同样的方法，输入其他文字。

图6文本输入对话框

（3）画面切换按钮制作。

单击工具栏中开关按钮，弹出开关功能选择图，选择第四个画面切换开关，在画面设计区单击，出现蓝色方框，再双击进行属性设置。

4.3.2设计操作页面

（1）新建页面。

双击新建页面图标，跳出画面属性对话框，画面编号为2，标题为操作界面，单击确定按钮，画面2建立完毕。

（2）制作控制按钮、指示灯。

在开关列表中选择所需的位开关，并进行属性设置，输入对应的软元件编号，动作设置选择点动。

如图7所示。

在指示灯列表中，选择位指示灯，在画面设计区单击，就出现指示灯图标，双击进行属性设置。

如图8所示。

用同样的方法将其他的开关和指示灯弄好。

最后适当整理画面，使各个期器件排列整齐美观，单击“保存”按钮。

图7开关设置对话框

图8指示灯设置对话框

4.4实现效果

按照上述的步骤弄好的画面如图9所示。

图9组态设计效果图

5系统调试及结果分析

5.1系统仿真调试

5.1.1软件调试

在GX-Developer编程软件上将停车场车位控制系统的程序梯形图编好，再用GX-Simulator6-C进行逻辑测试。

按系统要求改变软元件，观察输出软元件，辅助继电器，时间继电器以及数据寄存器的改变是否符合要求。

如果有不符合要求的现象出现，就要查找原因，直到调试结果符合要求。

5.1.2联合调试

软件调试没有错误之后，使设计的PLC控制程序在GX-Developer仿真运行，并打开GT的模拟仿真软件GTSimulator3，单击该软件工具栏中的打开按钮，根据画面保存路径，打开已编好的画面。

显示结果如图10所示。

在该画面任意处点击一下就进入操作界面，如图11所示。

图10仿真时操作界面

按下启动按钮，结果如图12所示。

图11按下启动按钮的结果

当入库传感器检测到有车入库时，结果如图13所示。

图12车辆入库开闸门

碰到上限位开关，开门停止，一分钟之后，闸门开始关闭，如图14所示。

当触发下限位开关时关闸门结束。

入库过程结束。

图13车辆入库关闸门

当车库中已有15辆车，第16辆车入库时，车位已满指示灯辆。

结果如图15。

图14车位已满

车位已满之后，入口传感器感应到有车要入库，闸门也不会打开，数码管的显示结果也不会变。

车辆出库的过程与入库的过程差不多，主要区别是数码管的显示数值会减1。

这里就不截图了。

5.2结果分析

通过以上的仿真结果，可以观察到当入口处传感器检测到有车入库时，如果车辆未达到16辆，则打开闸门，当触发上限位开关动作时，停止开闸门。

一分钟之后自动关闸门，直到触发下限位开关动作，停止管闸门。

在传感器检测到车辆入库时，数码管显示屏的显示结果加1。

当出口处检测到车辆出库时，闸门开启，触发上限位开关动作时，停止开闸门。

一分钟之后自动关闸门，直到触发下限位开关动作，停止管闸门。

在传感器动作时，数码管显示屏的显示结果减1。

在车辆未达到16时，尚有车位指示灯亮，而当车辆已满时，则亮车位已满指示灯。

仿真结果与设计要求基本相符。

6设计总结

本次专业综合应用与工程能力实际训练的课题是停车场车位控制系统设计通过本次工程实训使我比较系统地掌握有关PLC控制系统的设计思想和设计方法，主要对PLC（三菱FX2N系列）的结构、功能、内部资源等了解并对其进行测试和加以应用的知识得到学习。

经过多次的反复实验与分析,可以对电路的原理及功能更加熟悉,同时提高了设计能力与及对电路的分析能力.同时在软件的编程方面得到更到的提高,对编程能力得到加强.同时对所学的知识得到很大的提高与巩固.我所做的设计题目是基于PLC的停车场车位控制系统。

由于是第一次做PLC的设计，设计起来有一定难度，但后来通过去图书馆找相关书籍，上网找资料，请教老师和同学等方法来获取相关知识，通过一步步解决疑惑来完成我的设计，同时也大大提升了自己知识水平和能力。

通过这次课程设计让我们意识到书本上学到的知识一定要通过实践去巩固，而且这也是一种学习方法，只有这样才能真正轻松的掌握一门学问。

同时此次课程设计也让我们对学习PLC更加热情，我们认识到PLC的强大的功能和广阔的应用领域。

真正体会到了科技给我带来的震撼。

让我对学习更有兴趣，同时也给我们在探索知识的路上的无限动力。

在自己以后的学习中，我们一定要有刻苦努力及钻研精神，结合有创新，充分实现自己的价值，为国家的发展做出自己的贡献。

参考文献

[1]王兆义.可编程控制器教程[M],北京：

机械工业出版社，2007.1～230

[2]史国生.电气控制与可编程控制器技术[M]，北京：

化学工业出版社，2010.

1～341

[3]阮友德.任务引领型PLC应用技术教程[M]，北京：

机械工业出版社，2013.

104～200

[4]阳胜峰.工业组态技术[M]，北京：

中国电力出版社,2015.3～194

[5]胡学林.可编程控制器应用技术[M]，北京：

高等教育出版社,2001.1～230

[6]沈任元.模拟电子技术基础[M]，北京：

机械工业出版,2000.44～230

[7]三菱公司编.三菱FX系列可编程序控制器编程手册[M]，北京：

机械工业出版

社，2001.34～230

[8]三菱公司编.三菱可编程序控制器应用101例[M]，北京：

机械工业出版,1994.

1～230

[9]杨杰忠.PLC应用技术（三菱）[M]，北京：

机械工业出版,2013.278～371

致谢

在完成专业综合应用与工程能力实际训练这个过程中，我遇到了很多的难题，在设计期间，我要感谢雷军指导老师对我的悉心指导及帮助和同学对我们的无私帮助，使得我们能够顺利完成本次课程设计。

附录

附录A梯形图

附录B主电路图

附录C控制接线图