基于单片机的停车场自动停车升降系统设计资料.pdf

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1、西南科技大学 电气工程及其自动化专业 方向设计报告 设计名称：停车场自动停车升降系统设计 姓名： 学号: 班级： 指导教师： 起止日期： 2014 年 11 月 6 日至 12 月 5 日 西南科技大学信息工程学院制 2 方 向 设 计 任 务 书 学生班级：学生姓名：学号： 设计名称：停车场自动停车升降系统设计 起止日期：2014年 11月 6 日至 12 月 5 日指导教师： 设计要求： 设计结果应实现升降定位功能，车主开车进入车库， 系统能够自动识别空车库位置，根 据需存放车辆位置， 自动升降至该位置， 以供车主停车。 充分发挥空间优势， 利用有限空间， 最大限度存放车辆。 按下按键一，

2、表示有车主在一楼呼叫停车，一楼的LED灯亮，数码管显示楼层数为1， 此刻表示空车位来到1 楼，车主可以将车停在该车位, ；按下按键二，表示有车主在二楼呼 叫停车，二楼的 LED灯亮，数码管显示楼层数为2，此刻表示空车位来到2 楼，车主可以将 车停在该车位；按下按键三，表示有车主在三楼呼叫停车，三楼的LED灯亮，数码管显示楼 层数为 3，此刻表示空车位来到3 楼，车主可以将车停在该车位。再按下其他按键，则表示 又有其他车主呼叫停车， 系统相应 LED亮灭变化， 数码管显示变化， 表示停车场车位实现升 降变化。 方 向 设 计 学 生 日 志 时间设计内容 11.6至 10 日查阅相关文档资料，了

3、解设计内容及设计原理。 11.11至 14日在查阅资料的基础上构思初步的设计方案，并不断改进设计方案。 11.15至 17日搜寻所需硬件工具，罗列并购买相关电子器件。 11.18至 20日设计电路图，动手制作电路板。 11.21至 24日编写相关软件程序，调试并修改程序。 11.25至 30日撰写设计报告。 12.1至 12.4 日修改报告，完善设计。 12月 5 日答辩。 3 停车场自动停车升降系统设计 摘要：本文在对国内外车库现状及发展趋势做了充分调研的基础上，选择三层车库结构为研究 模型。升降立体车库就其组成部分而言，可分为三大部分：车库结构部分、传动机构部分和控 制系统部分。本文简单介

4、绍了车库的主体结构和特点，对车库的控制系统也做简单的说明，依 据升降立体车库的运行原理， 运用力学理论对升降立体车库的结构进行了全面的分析，在对升 降立体车库控制系统的设计过程中，采用了先进的单片机控制、运行，证明采用单片机来作为 控制系统简单易行。其稳定、可靠、快速、性价比高的特点使得控制系统非常完美。 本设计实现了车库的高度自动化、智能化，提高了资源利用率。从硬件和软件两个方面详 细描述了设计和实现过程， 采用了目前成熟的硬件设备，充分发挥智能算法的优势，提高系统 的适应性、稳定性以及可扩展性。 关键词 ：立体车库；自动控制；升降系统；单片机控制；模拟 4 Automatic parkin

5、g lift system design Abstract:On the basis of investigation on current situation and developing trend of garage in domes tic and abroad, we choose three-layer and three-formulistic garage structure as the research model. According to the form of the dragging forms of multi-player up-down and transla

6、tion ear-base, it is made of three parts: part of ear-base structure, part of driving-framework and part of control system. The paper simply introduces main structure and characteristics of garage and also gives a short intro duction to its control system. Including intension of the framework struct

7、ure and axes, etc. the paper adopted singlechipSCM as control system in designing the up-down and translation stereo garage, s inglechipSCMsoftware of OMRON company was used to weave the program of control system, thro ugh debugging running. The result proved that adopted singlechipSCM as control sy

8、stem is simple a nd easy to realize. The characteristic of stabilization, credibility, speediness and high capability made the control system very perfection. This paper will make the parking process automatic and efficiently.Dives into the design and implementation of parking system through hardwar

9、e and software perspectives. The mature equipment and advantage of artificial algorithm makes system adaptable 、stable and extensible. Key words: Stereo garage, Automatic control, Lifting system, Single chip SCM, Simulate 5 目录 第 1 章 设计目的和意义 5 第 2 章 控制要求 6 第 3 章 设计方案论证 8 3.1 自动升降车库结构特点. 8 3.2 设计方案 .

10、8 3.3 基于 51 单片机系统设计 9 3.3.1单片机系统 . 9 3.3.2复位电路 . 9 3.3.3晶振电路 . 10 第 4 章 系统设计 11 4.1 器件选择 . 11 4.2 模块论述 . 11 4.2.1显示电路 . 11 4.2.2复位电路 . 12 4.2.3晶振电路 12 4.2.4模拟楼层电路 . 13 4.2.5楼层选择电路 . 13 第 5 章 设计结果及分析 . 14 5.1 设计结果及现象 . 14 5.2 设计分析 . 14 结束语 16 参考文献 17 附录 1 . 19 附录 219 6 第 1 章 设计目的和意义 随着经济的高速发展和社会的不断进步

11、，汽车已经成为了新世纪人们最普遍的交通工具， 在人们的日常生活中起着越来越重要的作用，因此问题也随之产生。 由于现代经济的快速发展， 人民生活水平日益提高， 私家车也越来越普及， 对停车场的需求也有快速的增长。为了满足需 要，停车场正由平面停车向立体停车，由简单的机械车库向高度计算机自动化管理的现代立体 停车演变，并成为具有较强的实用性、观赏性和适合城市环境的建筑。立体升降车库与传统的 自然地下车库相比， 在许多方面都显示出优越性， 如既可以大面积使用， 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。在寸土寸 金的大都市里，停车难的问题越来越多

12、的困惑着车主们，本来车辆给人带来方便，带来快捷， 可是现在很多时候开车到达目的地后，却因为无法停车使人很烦躁，车辆的不断增加，会使这 个问题越来越严重，而城市的土地面积有限，用来停车的地方也是越来越少，本来就不够停车 的地方更是雪上加霜。 为了解决这一问题，立体停车场应运而生，也是必然趋势，车辆增加，停车地方减少，而 大家也不会弃车不用， 所以必须要出来一个事物来解决这个问题。立体停车场其实就是高层住 宅楼，不同的是一个停车，一个住人而已，缩小占地面积，提升建筑高度，使更小的面积容纳 更多的车辆。立体停车场最大的优势就在于其能够充分利用城市空间，被称为城市空间的“ 节 能者” 。根据资料统计，

13、传统停车场停50 辆车需要 1650 平方米，而采用露天电梯塔式立体停 车只需 50 平方米，也就是说， 可以达到每 1 平方米即停放一辆小车。从工程造价方面来比较， 同样以 50 个车位计算，传统建设需约750 万元，立体停车建设造价仅400 万元。不管是从占 地面积还是成本价格来说，都是立体车位占优。立体停车库发展前景广阔，土地利用率高， 自动立体停车库停车容量大，占地面积小，也可停放各种类型的车辆，特别是轿车。因此，升 降立体车库的研究就显得特别具有必要。 7 第 2 章 控制要求 为了缓解停车场停车难问题，充分发挥空间优势，利用有限空间，最大限度存放车辆，设 计结果应实现以下要求： （

14、1）升降定位功能，车主开车进入车库，系统能够自动识别空车库位置，根据需存放车辆 位置，自动升降至该位置，以供车主停车。 （2）下相应按键，则表示有车主呼叫停车，系统相应LED 亮灭变化，数码管显示相应楼 层数字变按化，表示停车场车位实现升降变化。 8 第 3 章 设计方案论证 3.1自动升降车库结构特点 升降立体车库是指利用载车板的升降或横向平移存取停放车辆的机械式停车设备。升降横 移式立体车库每个车位均有载车板，所需存取车辆的载车板通过升、降运动到达地面层， 驾驶 员进入车库，存取车辆，完成存取过程。停泊在这类车库地面的车只作横移，不必升降，上层 车位或下层车位需通过中间层横移出空位，将载车

15、板升或降到地面层， 驾驶员才可进入车库内 将汽车开进或开出车库。二层进出车时,先要判断其对应的下方位置是否为空,不为空时要进行 相应的平移处理 ,直到下方为空才可进行下降动作,进出车完成后再上升回原位置。其运动的总 原则是：升降复位 ,平移不复位。 3.2设计方案 对于本次设计内容，我初步拟定了2 个设计方案。 第一，即运用可编程逻辑控制器即PLC 对系统进行控制。可编程逻辑控制器PLC 采用一 类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作 等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC 由 电源、中央处理器、存储器、输

16、入输出接口电路、功能模块和通信模块组成。并且可编程逻辑 控制器具有许多特点，使用方便，编程简单；功能强，性能价格比高；硬件配套齐全，用户使 用方便，适应性强；可靠性高，抗干扰能力强；系统的设计、安装、调试工作量少；维修工作 量小，维修非常方便。 PLC 或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC 上的发 光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故 障。PLC 的梯形图程序一般采用顺序控制设计法来设计。编程方法很有规律，容易掌握。对于 复杂的控制系统， 设计梯形图的时间比设计相同功能的继电器系统电路图的时间要少得多。基 于以上这些优点，我初步决定采

17、用PLC 做本次设计。但是接着问题来了，用PLC 做设计根本 没办法做硬件， PLC 系统太大，顶多只能用松下或西门子软件做仿真。由于现实条件的限制， 我只能另外再考虑其他的方案。 多方查阅资料之后，我决定采用另一种方案即51 单片机方案来做本次设计。单片机设计 指令简单，易学易懂，并且外围电路简单，硬件设计方便，I/O 口操作简单，无方向寄存器。 此外单片机资源丰富，价格便宜、容易购买，程序烧写也简单易懂。基于这些特点，本设计便 9 在单片机基础上设计产生。 3.3 基于 51 单片机系统设计 运用单片机最小系统就可以实现最基本的功能，对 51 系列单片机来说 ,最小系统一般应该 包括:单片

18、机、复位电路、晶振电路。 3.3.1单片机系统 单片机是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制， 需要的是有较强的抗干扰能 力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区别。单片机是靠程序的， 并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器 件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是 用美国 50 年代开发的 74 系列，或者 60 年代的 CD4000 系列这些纯硬件来搞定的话，电路一 定是一块大 PCB 板。但是如果要是用美国70 年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天 壤之别。只因为单片

19、机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性。由于单 片机对成本是敏感的，所以目前占统治地位的软件还是最低级汇编语言(近几年， C 语言也开 始广泛被应用 )，它是除了二进制机器码以上最低级的语言了，一个可视化高级语言编写的小 程序里面即使只有一个按钮，也会达到几十K 的尺寸。对于家用 PC的硬盘来讲没什么，可是 对于单片机来讲是不能接受的。单片机在硬件资源方面的利用率必须很高才行，所以汇编虽 然原始却还是在大量使用。 一样的道理，如果把巨型计算机上的操作系统和应用软件拿到家用 PC 上来运行，家用 PC的也是承受不了的。 目前最常用的单片机为MCS-51，是由美国 INTEL 公

20、司（生产 CPU 的英特尔）生产的， 89C51 是这几年在我国非常流行的单片机，它是由美国 ATMEL 公司开发生产的，其内核兼容MCS-51 单片机。 51 单片机总共有40 个引脚 ,电源用 2 个(Vcc 和 GND),晶振用 2 个,复位 1 个,EA/Vpp 用 1 个,剩下还有 34 个。29脚 PSEN,30脚 ALE 为外扩数据 /程序存储器时才有特定用处, 一般情况 下不用考虑 ,这样,就只剩下 32 个引脚 ,它们是 : P0 端口 P0.0P0.7共 8 个， P1端口 P1.0P1.7共 8 个 ，P2端口 P02.0P2.7共 8 个， P3端口 P3.0P3.7共

21、 8 个。 3.3.2复位电路 复位电路由电容串联电阻构成,当系统一上电 ,RST 脚将会出现高电平 ,并且,这个高电平持 续的时间由电路的 RC 值来决定 .典型的 51单片机当 RST脚的高电平持续两个机器周期以上就 10 将复位 ,所以,适当组合 RC 的取值就可以保证可靠的复位。给单片机一个复位信号（一个一定 时间的低电平）使程序从头开始执行；一般有两种复位方式：上电复位，在系统一上电时利用 电容两端电压不能突变的原理给系统一个短时的低电平；手动复位，同过按钮接通低电平给系 统复位，这时如果手按着一直不放，系统将一直复位，不能正常工作。在本次设计中，我采用 C 取 10u,R 取 10

22、K，使 RC 组合可以在 RST 脚上产生不少于 2 个机周期的高电平。 3.3.3晶振电路 晶振电路一般取 11.0592MHz(因为可以准确地得到9600 波特率和 19200 波特率 ,用于有串 口通讯的场合 )/12MHz(产生精确的 uS 级时歇 ,刚好可以产生 1uS 的定时。单片机系统正常工作 的保证，如果振荡器不起振，系统将会不能工作；假如振荡器运行不规律，系统执行程序的时 候就会出现时间上的误差， 这在通信中会体现的很明显：电路将无法通信。他是由一个晶振和 两个瓷片电容组成的， x1 和 x2 分别接单片机的x1 和 x2，晶振和瓷片电容是没有正负的，两 个瓷片电容相连的那端

23、一定要接地。 11 第 4 章 系统设计 4.1器件选择 通过初步的构思方案，我起初选择使用5V 的减速直流电机和滑轮皮带来实现位置的上升 和下降，运用传感器传感来实现系统的自动控制。但几天寻找电子器件无果，由于设计的电路 系统因现实因素限制，只能上升很短一段距离，所以只能采用减速电机，但是5V 减速电机市 场上很难买到，即使好不容易问到商家有5V 电机，它也不是减速电机，转速非常快，很难控 制其上升短距离。加之滑轮孔径大小也很难跟电机匹配，不能跟电机的转轴相吻合。因此选择 改进设计方案，换另外一种模拟方案来实现相应功能。 由于现实具备的电子器件的限制，我采用单片机模拟升降的方式来进行设计。所

24、谓模拟升 降，即没有实际的位置升降改变，是用一些器件来实现模拟升降。按下任意一个按键，此时表 示有车主呼叫停车，相应楼层（即相应高度）的LED 灯亮，数码管显示相应楼层数，此刻表 示空车位来到相应位置， 即车主可以将车停在该车位。再按下其他按键，则表示又有其他车主 呼叫停车，系统相应LED 亮灭变化，数码管显示变化，表示停车场车位实现升降变化。 4.2模块论述 本设计整个电路系统由五大模块构成，显示电路，复位电路，晶振电路，模拟楼层电路和 楼层选择电路。 4.2.1显示电路 显示电路由 1 个数码显示管和8 个电阻构成。数码显示管显示楼层数（即高度），8 个电 阻为限流电阻，将电路电流控制在合

25、适大小。 数码管实际上是由七个发光管组成8 字形构成的， 加上小数点就是8 个。这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表示。当数码管特定的段加上电压 后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的2 个 8 数码管字样了。如：显示一个“2” 字，那么应当是a 亮 b 亮 g 亮 e 亮 d 亮 f 不亮 c 不亮 dp 不亮。 LED 数码管有一般亮和超亮等 不同之分，也有0.5 寸、1 寸等不同的尺寸。小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组 成，而大尺寸的数码管由二个或多个发光二极管组成，一般情况下，单个发光二极管的管压降 为 1.8V 左右，电流不超过30mA。发光二极管的

26、阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳 数码管，发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。常用LED 数码管 12 显示的数字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。 图 4.1 显示电路 4.2.2复位电路 复位电路由 1 个按键， 1 个电容串联电阻构成。通过计算分析，电路的机器周期为1uS， 电容 10uF,电阻 10K，使 RST 脚的高电平持续两个机器周期以上，此时将能够准确复位。 图 4.2 复位电路 4.2.3晶振电路 晶振电路由 1 个晶振和 2 个电容构成。晶振：一般选用11.0592M，因为可以准确地得到 9600波特率和 1

27、9200波特率。晶振频率选择11.0592M，刚好保证电路振荡周期为1/12uS，从 而电路机器周期为12 个振荡周期，即 1uS。 13 图 4.3 晶振电路 4.2.4模拟楼层电路 模拟楼层电路由 3 个 LED 灯和 3 个电阻构成。 LED 灯亮表示到达相应楼层，串联电阻的 作用同数码管串电阻一样，也是为了限制电流大小，以免流过LED 灯的电流过大，以致把灯 烧坏，耗费不必要的资源。 图 4.4 模拟楼层电路 4.2.5楼层选择电路 楼层选择电路仅由3 个按键构成，按下相应按键，则表示相应楼层呼叫。键盘是一组按键 的集合，它是最常用的单片机输入设备操作人员可以通过键盘输入数据或命令，实

28、现简单 14 的人机通讯。 键是一种常开型按钮开关，平时(常态)键的二个触点处于断开状态，按下键时它 们才闭合 (短路)。 图 4.5 楼层选择电路 原理总图见附录 1 软件编程见附录 2 第 5 章 设计结果及分析 5.1设计结果及现象 按下按键一，表示有车主在一楼呼叫停车，一楼的LED 灯亮，数码管显示楼层数为1， 此刻表示空车位来到1 楼，车主可以将车停在该车位,；按下按键二，表示有车主在二楼呼叫 停车，二楼的 LED 灯亮，数码管显示楼层数为2，此刻表示空车位来到2 楼，车主可以将车 停在该车位；按下按键三，表示有车主在三楼呼叫停车，三楼的LED 灯亮，数码管显示楼层 数为 3，此刻表

29、示空车位来到3 楼，车主可以将车停在该车位。再按下其他按键，则表示又有 其他车主呼叫停车，系统相应LED 亮灭变化，数码管显示变化，表示停车场车位实现升降变 化。 5.2设计分析 发展立体停车库是当今社会的必然趋势，机械式立体停车库占地少、存车多，其在停车场 15 所优势是明显的， 适合于城市建设的各种场所。 本文介绍了总产值本停车库的发展、技术现状、 市场需求和前景。随着人类社会的不断进步和科学技术的发展，人类的生产、生活方式趋于 集中，城市的规模越来越大， 人们在城市里的生存空间却越来越小，于是出现了要利用空间的 理念，城市中开始建设立体建筑、立体交通和立体停车。作为现代大都市的标志，城市

30、商住区 高楼大夏林立；社区道路、高架交通干道、立交桥和地下铁路，编织出城市立体交通网；汽车 的住宅 停车场也有了长足的发展， 由平面停车向立体停车， 由简单机械焦车设备向计算机 管理高度自动化的现代立体停车演变， 成为具有较强的实用性、 观赏性和适合城市环境的建筑。 伴随着汽车进入家庭， 城市动态、 静态交通管理制度的健全和人们对居住环境要求的提高，给 停车产业提供了发展机遇，停车产业市场前景广阔。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双层停车设备，在一块停车面积上停放两辆汽车；利用住宅空 地建起 2-4 层升降横移停车设备，停车面积利用率提高2-4 倍；建起适合

31、城市中心商住区使用 的停车楼和停车塔，使单位停车面积进一步减小；利用广场、建筑物下面的空间建设地下停车 库，使地下停车几乎不占地面空间。 16 结束语 随着家用汽车的不断增加， 公共场所及社区内存车矛盾、 车挤绿地的问题将会越来越突出， 在人们对生活质量和环境意识不断增强之时，“ 车库” 将日渐成为热门话题。 本文展示了一套可 行的自动升降停车方案， 从硬件和软件角度分别进行了详细的讨论，本次方向设计使我学到了 很多知识，尤其是实际解决问题的能力得到了很大提高，以前都是学习理论的知识，没有太多 动手实践进行实际操作的机会，学习的知识往往是片面的， 通过本次设计，我更加夯实了理论 基础，也懂得了

32、学以致用， 实践才是检验真理的唯一标准。经过几周的奋战我的方向设计终于 完成了。在我还没有做方向设计以前觉得方向设计只是对这几年来所学知识的单纯性的总结， 但是通过这次做设计发现自己的看法有点太片面和简单了。通过这次设计的编制使我明白了自 己原来的知识还是比较欠缺， 自己要学习的东西还太多太多。 通过这次方向设计的收集编制等 等，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作和生活当中我们都应该不断的努力学 习，努力的去提高自己知识和综合素质。 在此次焊接电路板的过程中， 由于自己经验不足， 在焊接插芯片的座子时没有把座子的引 脚用力插到万用板足够的深度便开始了焊接，导致后来调试程序时芯片接触

33、不良，乱工作甚至 不工作，花费了大量时间来检验到底是哪里出了差错。通过这次焊接，我明白了做事不能图一 时之快，做任何事情都要一步一个脚印，稳扎稳打，焊电路板也不能有虚焊、漏焊。最后，感 谢我的指导老师对我耐心的教导和帮助。 17 参考文献 1 吴昊.立体车库控制系统设计 D. 西南交通大学， 2010. 2 张甜，钟旭东 .一种立体停车场智能控制系统设计CNKI 科技世界 . 3 刘亚军 .多层升降横移式立体车库的设计CNKI 科技世界 . 4 张鑫.单片机原理及应用（第2 版）2010. 5 陈奥初 .单片机应用系统设计与实践北京航空航天大学出版社2002. 6 仝保军 .城市住宅小区停车问

34、题初探 J .山西建筑 , 2008. 7 贾常俊 .智能立体车库控制系统的设计与研究D. 兰州理工大学， 2010. 8 张海林 .Visual C+简明教程 M. 北京：电子工业出版社，2007. 9 http:/ 10 http:/ 11 http:/ 18 附录 1 原理总图 19 附录 2 软件编程如下： #include /包含单片机寄存器的头文件 /#include /包含_nop_()函数定义的头文件 #define uint unsigned int sbit LED3= P00;/定义楼层引脚 sbit LED2= P01; sbit LED1= P02; sbit Key

35、3 = P03; /定义 Key 引脚 sbit Key2 = P04; sbit Key1 = P05; unsigned char code Tab=0xc0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,;/共阳极数码 管 void delay(uint z) uint x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-); /键盘扫描程序 void key_scan(void) if(Key1=0) 20 delay(10); if(Key1=0) LED1=0; LED2=1; LED3=1; delay(5); P2=Tab1; if(Key2=0) delay(10); if(Key2=0) LED1=1; LED2=0; LED3=1; delay(5); P2=Tab2; 21 if(Key3=0) delay(10); if(Key3=0) LED1=1; LED2=1; LED3=0; delay(5); P2=Tab3; void main(void) P0=0XFF; P2=0XFF; while(1) key_scan();