立体停车场控制系统设计.docx

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立体停车场控制系统设计

本科毕业设计论文

立体停车场控制系统设计

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摘要

随着中国经济的迅猛发展,城市汽车的拥有量不断增加,汽车在给人们带来交通快捷方便的同时,由于停车管理不善等问题也给人们带来了诸多不便。

为满足人们生活和工作环境更科学、更规范的要求,管理高效、安全合理、快捷方便的智能停车场管理系统己成为许多大型综合性建筑物和居民小区必备的配套设施。

地处繁华地带的许多高级公寓、大型娱乐场所、宾馆、办公楼、球场等停放汽车较多,车流量大,为了保证车辆安全和交通方便,迫切需要采用自动化程度高、方便快捷的智能停车场管理系统,提高停车场管理水平。

射频识别（RadioFrequencyIdentification）是一种无线数据通信技术,它成功地将射频技术和IC卡技术相结合。

RFID技术应用到现代化停车场的管理中,可更有效地管理停车场,具有使车辆进出有序、手续简便、速度快、安全防盗、管理自动化、收费公正合理、应收费用不流失以及减少管理人员等优点。

本文详细介绍了立体停车场控制系统的硬件设计和软件实现。

系统是由单片机、储存器、显示器、读卡器、键盘和接口芯片组成。

单片机最小系统由单片机、复位电路、监视电路组成，用来实现对整个系统的控制管理；显示器是由8位LED显示器及其驱动电路组成，用来在硬件上显示车位卡号信息；读卡器是由载波生成电路、天线、解调滤波电路、功率放大电路组成，用来读取用户卡号信息；键盘是由16个按键组成，用来输入车辆信息。

存储器是由2732存储器芯片和6264数据存储器组成，用来存储车辆信息。

本系统在功能上实现了车位的自动检测、空车位的自动给定和车辆的自动存取，具备了自动化立体车库的基本功能。

关键词：

立体停车场；单片机；自动控制

Abstract

WiththerapiddevelopmentofChina'seconomy,citycarownershipofincreasing,carinbringingpeopletrafficconvenientatthesametime,duetopoormanagementparkingproblemsalsogivepeoplehavebroughtmuchinconvenience.Tosatisfypeoplelifeandworkingenvironment,morescientificandmoretherequirementofthespecifications，managementefficiency,safeandreasonable,quickandconvenientintelligentparkingmanagementsystemhasbecomemanylargecomprehensivebuildingsandresidentialareaofthenecessaryfacilities.Busydistrictislocatedinmanyofthetopapartment,largeentertainment,hotel,officebuilding,stadiumparkingcarssuchasmore,bigcars,inordertoensurethesafetyandconvenienttransportation,theurgentneedtoadoptahighdegreeofautomation,fastandconvenientintelligentparkingmanagementsystem,improvethemanagementleveloftheparkinglot.

RadioFrequencyIdentificationisakindofwirelessdatacommunicationtechnology,itsuccessfullyiftechnologyandICcardtechnologycombined.RFIDtechnologyisappliedtothemanagementofamodernparkinglot,canbemoreeffectivemanagementoftheparkinglot,havemakecarsinorderly,procedureissimple,fast,safeguardagainsttheft,managementautomation,chargefairandreasonable,accountsandtoreducethelosscostmanagementpersonnel,etc.

Thispaperintroducestheparkinglotofthecontrolsystemofthree-dimensionaldesignofhardwareandsoftwareimplementation.Thesystemisbysingle-chipmicrocomputer,packet,display,cardreader,thekeyboardandtheinterfacechipcomposition.Singlechipminimizesystembysingle-chipmicrocomputerandresetcircuit,surveillanceofcircuit,usedtorealizethecontrolofthemanagementofthewholesystem；ThedisplayisbyeightLEDdisplayanditsdrivingcircuitcomposition,usedtodisplaycardnumberonhardwareparkinginformation；Readerisgeneratedbythecarriercircuit,antenna,demodulationfiltercircuit,poweramplifiercircuitmakeup,toreadtheuserinformationcardnumber；Thekeyboardiscomposedby16buttons,usedtoentervehicleinformation.Memoryismadeof2732memorychipsand6264datamemorycomposition,vehiclesusedtostoreinformation.Thissystemonthefunctionrealizestheautomaticdetection,emptycarparkingisoneoftheautomaticgivenandvehiclestobeautomaticaccess,withtheautomatedgarage'sbasicfunctions

Keywords：

Stereogarage;SingleChipsMachine;Automaticcontrol

第1章绪论

1.1课题背景及研究的意义

随着汽车工业的发展，以及国家的经济型社会、节约型经济的政策、可持续发展战略等，决定了立体停车设备的发展和立体停车设施问题。

近年来，随着中国经济的迅速发展，城镇人口剧增，汽车拥有量日益提高。

由于汽车数量的快速增加，对停车场的需求必将日益提高，停车难的问题越来越突出，人们对停车的要求也越来越迫切。

截至2011年8月底，中国机动车保有量达到2.19亿辆。

其中，汽车保有量首次突破1亿辆。

与此同时，汽车数量的增长与停车位短缺的矛盾日益突出。

按照国家标准百辆机动车应设有15-18个停车位，而很多城市却只有3-5个，不及国家标准的三分之一。

随着城市化进程的不断加速，城市寸土寸金已经成为不争事实，为了节约土地，高档写字楼及配套的立体车库不断建立，并成为未来建设高档写字楼、大型商场、高层住宅小区解决停车难题的发展趋势。

[1]

作为现代大都市的标志，立体建筑和立体交通都有了显著发展，道路拥挤、车满为患已成为当今快节奏社会中的最不和谐之音，发展立体停车已成为人们的共识。

目前我国经济正处在高速发展时期，随着人们生活水平的不断提高，汽车进入家庭的步伐正在加快，停车产业市场前景广阔。

机械式立体车库既可以大面积使用，也可以见缝插针设置，还能与地面停车场、地下车库和停车楼组合实施，是解决城市停车难最有效的手段也是停车产业发展的必由之路。

当前，我国许多大城市如北京、上海、深圳都开始大力发展机械式立体停车产业。

机械车库与传统的自然地下车库相比，在许多方面都显示出优越性。

首先，机械车库具有突出的节地优势。

以往的地下车库由于要留出足够的行车通道，平均一辆车就要占据40平方米的面积，而如果采用双层机械车库，可使地面的使用率提高80％—90％，如果采用地上多层（21层）立体式车库的话，50平方米的土地面积上便可存放40辆车，这可以大大地节省有限的土地资源，并节省土建开发成本。

其次机械车库与地下车库相比可更加有效地保证人身和车辆的安全，人在车库内或车不停准位置，由电子控制的整个设备便不会运转。

应该说，机械车库从管理上可以做到彻底的人车分流。

解决城市停车难问题而采用立体化停车措施是世界各个国家的普遍做法，尤其是全自动化的机械式立体停车库得到了快速的发展。

立体停车充分迎合了城市发展的需要，确保汽车安全停放，创造了取车时的方便快捷，符合环保需要，减少了大气污染城市立体车库的广泛使用是对现代静态交通的全新革命，并能显著改善恶化的城市动态交通状况。

预计“十二五”期间，中国汽车保有量将保持较快增长，停车位紧缺形势仍将持续。

“停车经济”蕴藏巨大商机，在商场、写字楼、住宅小区等车辆停放密集区均可投资建设立体停车场，市场前景值得期待。

1.2国内外研究背景及现状

1.2.1国外研究背景及现状

早在50多年前，立体停车就在国外有所发展，先后出现了针对家庭使用的双层停车设备；利用住宅空地建起2-4层升降横移停车设备；适合城市中心商住区使用的停车楼和停车塔；利用广场、建筑物下面的空间建设地下车库。

自70年代末起，世界经济高速发展，汽车逐渐普及，保有量不断增加，迫使地少人多、车多的国家、地区和一些发达国家积极开展了机械式停车技术的研究开发和制造应用。

以日本、美国、德国等为代表的发达国家在停车技术领域的研究处于世界领先水平，韩国和我国的港、澳、台地区的停车业也通过引进--移植制造，得到了蓬勃发展，较好地解决了本地区的停车难，并开始向外输出技术和出口产品。

世界停车产业正向多元化发展，其停车技术几乎包含了当今机械、电子、液压、光学、磁控和计算机技术等领域的所有成熟先进技术。

机械方面，应用了许多新材料、新工艺。

设备结构采用模块化设计，便于组合使用，易于安装拆卸。

钢结构选用新型优质钢材，既提高了设备的强度和刚度，又使设备轻巧美观，载车板采用一次成型的镀锌板或彩涂板组装，美观、强韧、耐用。

控制技术方面，广泛采用可编程序控制器和矢量变频变压调速闭环控制技术，使运行高速平稳，节省电力，振动和噪音也趋于最小。

控制形式有，按钮式、锁匙式、IC卡式、键盘式、触摸屏式、遥控式等。

安全元件采用各种光栅显示屏、光电管、机械式行程开关、磁性接近开关、光敏感应开关等，安全保护装置日臻完善，如汽车出入声光引导和定位、汽车尺寸和重量自动识别、限速保护与多重机构互锁、停车泊位自动跟踪、链条和钢丝绳长度超范围报警和弹性变形自动补偿、汽车图象摄影对比安全检测、自动消防灭火系统等。

日本是最早应用机械式车库的国家之一，其在上世纪60年代初就开发并使用可最大限度的利用空间的机械式停车设备。

当时日本全国汽车保有量大约为500万辆，大多采用的是垂直循环式停车设备。

从80年代开始，日本开始向亚洲地区的韩国、中国及台湾地区出口产品及技术。

韩国机械车库技术是日本机械停车技术的派生。

其机械停车产业从20世纪70年代中期开始起步，80年代开

始引进日本技术，经过消化生产和本土化，90年代开始为供应使用阶段。

由于这几个阶段得到政府的高度重视，各种机械停车设备得到普遍开发和利用，韩国近几年增长速度都在30%左右。

目前韩国停车设备行业进入稳步发展阶段。

目前，国外停车场管理系统经过半个多世纪的发展，己经基本进入了智能化收费的阶段。

其使用的收费介质己由传统接触读写类型收费介质转变为非接触类型的新型收费介质。

国外停车场收费系统一般采用高度智能化的专用设备，可以实现收费系统的无人化操作。

设备制造工艺精良，系统稳定性和产品技术水平达到较高水平。

国外停车场管理系统的一个显著特点是停车交易支付手段的电子化程度非常高，基本上不存在现金交易的现象。

而且许多国外停车场管理系统还配备了停车车位引导系统、停车车位查询系统等智能化设备，使停车场管理系统的功能更加完善和丰富。

目前，一些国外停车设备厂商正在研究能够实现"网络化存车"的停车场管理系统。

该管理系统能统一调度车位资源，统一进行交易结算。

停车用户在家中通过网络就可以预定停车车位，交纳停车费用，查询出行目的地的各类停车信息。

这种新型停车场管理方式适应了INTERNET网络在人们日常生活中越来越普及的现状，使停车场管理系统的作用范围和功能得到了极大的扩展和延伸。

当然停车场管理系统在采用大量先进技术的同时，其系统的造价非常高昂，技术实现难度增大，系统维护成本高。

1.2.2国内研究背景及现状

我国机械式车库的早期研究开发工作是从80年代中期开始，90年代开始引进和生产停车设备，在北京、上海、广州、深圳等地都有使用。

参照日本等国标准制定的我国行业标准也于近几年出台，目前停车设备生产厂已发展到几百家，生产各种类型的停车设备，有些停车设备已开始出口。

机械式立体车库是一种具有综合性能的建筑，不仅包含了机械停车设备，其规划建设涉及到区域整体景观、交通疏导、建筑结构、供电照明、通讯监视、通风排水、环境保护、安全消防、收费管理等各学科领域，就停车设备本身而言，其机械结构的发展已形成了停车设备独有的技术特征，需要多学科、多专业的复合型人才积极参与，把国外停车技术和各领域的成熟技术移植到我国停车产业，开发出安全、经济、高效、节能、省地的产品，满足国内外市场的需求。

国内停车场管理系统是伴随着国内公用停车场的大量出现而产生并逐步发展起来的。

最初的国内停车场管理系统是在引进和消化吸收国外同类系统的基础上逐步发展起来的，并在此基础上不断改进提高。

发展初期，由于有许多关键设备国内无法生产，因此停车场管理系统硬件大多采用国外产品，所以这一阶段的国内停车场管理系统带有更多"集成"的意味。

目前，我国新型停车场管理系统还处在应用的初级阶段，许多管理系统在实际使用中暴露了出一些问题。

其表现有:

一些管理系统的系统设计不够合理完善，未能充分考虑我国的实际国情，使新型停车场管理技术不但未能在实际应用中发挥出应有的作用，相反有些停车场采用的新的技术设备却成为制约管理系统发挥管理功能的瓶颈。

例如有些管理系统采用非常先进的车牌自动识别技术，意图实现车辆存取过程的无人无实物收费介质的工作方式。

但在实际应用过程中，这种新型技术却经常因无法克服目前有些车牌污损、锈蚀及安装位置不规范等原因使管理系统无法自动识别，造成系统经常出现非正常的停顿。

为了使系统能够正常工作，往往还是需要配备管理人员来辅助实现车辆的识别，这对停车场管理者来说，就得不偿失了。

还有的停车场设计者盲目追求高技术，片面追求高智能化，使用一些尚不完善的新技术，往往在使用过程中出现一些问题而使系统可靠性变差。

例如有的停车场管理系统采用远距离射频识别技术，使一些进口读卡机读卡距离提高到数米甚至数十米，虽然这种技术在某种程度上提高了停车场出入的顺畅性，但在使用中由于停车场出入口停车位置的局限，经常造成多卡之间的无线电干扰，或引起收费系统的误动作，无法完成“一卡一车”“一车一杆”的出入口工作流程，造成收费系统的逻辑错误。

应该看到，国内停车场管理系统核心技术的设计水平和设备制造水平与国外同类系统仍存在一定的差距。

国内停车场管理系统使用的一些核心技术如远距离读卡技术等仍是国外企业的技术专利。

如何提高停车管理系统核心技术水平，如何提高停车管理系统设备制造水平，是目前国内停车管理系统企业普遍面临的两个问题。

停车场管理系统的下一个技术发展方向是智能化、网络化。

一方面以智能化设备和完善的管理软件来简化或取代人的劳动，停车场车辆出入、场内监控以及收费等全过程的完全无人化管理;另一方面通过网络化管理实现能够在一个相对广阔的地域内了解多个停车场车位情况，提前预定停车位，最终实现"随意"停车，是停车场管理系统最终目标。

[2]

1.3本文研究的主要内容

本论文主要讲述了立体停车场控制系统的开发研制的全过程。

系统设计的主要目标是为了实现对立体停车场出库、入库的自动控制和管理。

其中用到的关键技术包括：

单片机控制技术、射频设别（RFID）技术、串口通信技术、VB语言、C语言、汇编语言和硬件电路焊接技术。

整个系统基于Atmel公司的一款单片机MCS-51芯片，该芯片是系统的控制核心，在论文中有其详细的介绍。

论文中首先介绍了立体停车场控制系统的研究背景及意义，对系统中用到的关键技术进行了介绍；接下来讲述了系统的功能以及其工作原理、过程，描述了立体停车场控制系统的总体组成以及系统开发环境；本文的重点是立体停车场控制系统的硬件电路的开发和软件设计，这两部分也是立体停车场控制系统的核心，文中详细的讲述了系统硬件电路的设计以及软件模块的实现；最后，记录了对系统的调试与测试，并对系统进行了总结和进一步展望。

1.4论文的组织结构

本文总共分为七章，其内容提要如下：

第一章绪论：

介绍了立体停车场控制系统的研究背景、意义以及国内外研究的历史、当前发展现状和趋势，最后对论文的主要内容和组织结构进行了简要的论述。

第二章立体停车场控制系统总体设计：

详细的介绍了本系统的功能、组成和工作过程，此外还介绍了本系统设计开发过程中使用的关键技术和开发工具。

第三章立体停车场控制系统的硬件开发：

对系统中各个硬件电路的开发进行了详细的介绍。

第四章立体停车场控制系统的软件设计：

这部分主要介绍了单片机系统的总体的软件设计以及各个控制系统的软件设计。

第五章立体停车场控制系统的调试与测试：

本章详细介绍了系统的调试过程以及测设结果。

第六章结束语：

总结了系统的优点及缺点，并对系统的改进做了进一步的展望。

第2章系统的总体设计

2.1课题背景及研究的系统的组成

为了实现车位控制系统和各项控制功能，本文设计了一个微处理器专用控制系统，主要由单片机、储存器、显示器、读卡器、键盘和接口芯片组成。

车位控制指对要存入车辆完成车号输入、车号显示、存储、选择最优车位及将确定的车位信号传输等功能；对取出车需完成车号输入、车号查找、显示确定车位及车位信号的传输等功能。

图2-1硬件结构框图

控制面板是车位控制部分的组成部分之一，面板上有输入键和显示器，输入键包括数字键、字母键及存取车控制键。

显示器是8位的，六位用来显示车牌号，两位显示车位号。

2.2系统的控制功能

本文所研究的车位控制系统的控制功能分三部分：

第一部分为共享功能；第二部分是存车信号处理功能；第三部分为取车信号处理功能。

[3]

一、共享控制功能

共享功能是指无论存车或取车都需应用的功能。

主要有：

1.车号输入功能，即将要存入或取出的车辆信息从键盘上输入；

2.车号显示功能，即将从键盘上键入的车辆信息在显示器上显示出来，以便确认是否输入正确。

二、存车信号处理功能

存车信号处理功能是指车位控制系统在有车辆需存入车库时所应完成的功能，主要包括以下几项：

1.车号的存储功能，即将键盘上输入的车辆信息存入射频卡和单片机的存储器中；

2.存入车辆的最优存入车位的选择功能，即根据现有的车辆存入情况选择最优存入车位的功能；

3.最优存入车位的显示功能，即将已选定的最优车位在显示器上显示出来的功能；

4.最优车位的信号处理和传输功能，即将选定的最优车位转换成信号并将信号传输给存取车控制系统的功能。

三、取车信号处理功能

取车信号处理功能是指停车库中已存入车辆需取出时所需功能，主要有以下几项：

1.需取出车辆车号的查找功能，即根据射频卡中的车辆信息，在已存入车辆中查找需取出车辆的位置；

2.需取出车辆的车位号显示功能，即将需取出车辆的存放车位号在显示器上显示出来；

3.需取出车辆的车位号的信号传输功能，即将需取出车辆的车位号处理后传输给存取车控制系统的功能。

2.3系统的工作过程

本系统是用来对立体停车场的出库入库进行自动控制与管理的，其具体的工作过程如下：

整个系统连接好上电以后系统处于等待状态，等待用户刷卡存取车辆。

（1）存车

当用户想要存车时，在入口处领取射频卡，并将车辆的牌照信息、颜色信息、车型信息等输入射频卡中，进入车库后，先使用射频卡进行刷卡，读卡器将用户的卡号信息读取出来并送入单片机，单片机将接收到的卡号和系统存储的有效卡号进行对比，如果用户的卡号有效则可以存车，无效系统则会显示出是无效的卡。

当用户的卡号有效时，系统首先自动搜索车库中是否有空车位，有空车位则选出最优车位，将空车位移动到停车场的入口位置，等用户车辆入库后再将车位移动回原来的位置，显示器界面上显示出用户的卡号和此时用户的存车位。

如果车库已经满了，则会显示出车库已满的信息。

（2）取车

当用户想要取车时，用户先刷射频卡，读卡器读取射频卡中的卡号信息并传送到单片机中，单片机将接收到的卡号进行对比，经判断是有效卡号后，系统会自动搜索车库中与该卡号相对应的车位信息，接下来将停车位移动的停车场的出口位置，用户将车取走后，系统再自动将车位移动回原来的位置，此时将会显示出用户的车已经不在车库中了。

2.4系统的开发环境

2.4.1单片机系统的开发环境

该系统单片机部分程序编译环境采用KeilµVision2。

KEILC51标准C编译器为8051微控制器的软件开发提供了C语言环境，同时保留了汇编代码高效、快速的特点。

C51编译器的功能不断增强，使你可以更加贴近CPU本身以及其它的衍生产品。

C51已经被完全集成到µVision2的集成开发环境中了，这个集成开发环境包含：

编译器、汇编器、实时操作系统、项目管理器、调试器。

µVision2IDE可为它们提供单一而灵活的开发环境。

C51V7.00版本是目前最高效、灵活的8051开发平台。

它可以支持所有8051的衍生产品，也可以支持所有兼容的仿真器，同时支持第三方开发工具。

因此，C51V7.00版本无疑是8051开发用户的最佳选择。

KeilµVision2的操作界面如图3-2-1所示。

KeilC51的集成开发环境的主要功能有以下几点：

（1）µVision2forWindowsTM