第4屆江蘇省虛擬儀器競賽

#雙層智能停車裝置及控制一、引言隨著我國經濟的發(fā)展及工業(yè)化程度的迅速提高，人民的生活水平也隨之提高，汽車保有量快速增加，但由于我國人口密度大，空間資源有限，停車難問題已成為每個有車家庭日常生活中的一部分，也成為每個城市必須面對的問題，而如何解決停車難的問題也成為人們日益關注的問題。目前，我國現(xiàn)行的地下停車場配備有能使汽車上行和下行的坡道以及抵達車位的進出通道，而這種停車場不僅占地面積大、造價成本高、建設周期長，而且面對老舊小區(qū)以及小型商場難以進行普及，從而造成車輛無處停放，致使道路擁擠，影響交通安全。而諸如北京、上海等地及我校所在地區(qū)常州南大街商業(yè)圈所建造的立體停車裝置，雖一定程度上緩解了停車問題，但其結構復雜，占地面積較大，且這種立體停車裝置上、下車輛必須依次出行，則造成了下面車輛未取出，上面車輛無法出走的問題。本說明書所設計的貨架式雙排雙層停車裝置，采用輸送帶托板裝置，前后分開具有雙排停車功能，上層可停放4輛車，下層停3輛車，且上、下互不影響，占地空間小，成本低，便于進行普及。二、國內外研究概況國外文獻中，淺野正春［1］發(fā)明了一種小型化、低成本化、可簡單進行維修的一種立體停車裝置。該裝置可不用設置占用空間大的控制盤（控制盤用箱體），由此可省去控制盤用箱體的制造費用，從而可降低立體停車裝置的成本且可實現(xiàn)立體停車裝置的小型化，并使得電路維護和油路維護變得容易。國內文獻中，2012年馮永旭［2］發(fā)明一種小型立體停車位，下層有車時，停車托盤可以繞停車托盤支柱機構旋轉，同時停車托盤支柱機構沿工字鋼導軌移動，便于上層車輛的停取，當車輛超重時指示燈和語音提示器發(fā)出報警提示。同年，趙忠利［3］發(fā)明了立體停車裝置，只占用了環(huán)繞設置在塔柱上的若干個停車位和一塔柱的地面空間，而實現(xiàn)了若干空中停車空間，占地面積小，停放車輛多，能夠充分地利用空間，適用于中小型停車場。2015年吉林大學［4］克服傳統(tǒng)立體停車機構規(guī)模大、附加裝置較多、成本高與技術復雜的問題，發(fā)明了一種提供了可獨立運作的小型立體停車機構。同年，黃河科技學院［5-6］發(fā)明了一種能夠同時存取兩輛車，且兩輛車之間的存取相互不影響的小型立體停車裝置，其非常適合于一戶兩車的家庭，可供已建城區(qū)中的老舊住宅小區(qū)、商業(yè)區(qū)、醫(yī)院大廈旁邊等地方的用戶使用。2016年，云南車翔機械制造有限公司［7］發(fā)明了一種框架移動式立體停車裝置，主要用于商場、機場、小區(qū)、商住樓、辦公樓的停車場，供停放小型汽車使用。海安縣聯(lián)源機械制造有限公司［8］發(fā)明了一種小型簡易、安裝使用方便、自備直流可充電電源、使用液壓傳動的升降立體停車裝置。2017年，昆明昆船物流信息產業(yè)有限公司［9］發(fā)明了一種升降驅動方式穩(wěn)定性好和安全系數(shù)高的一種立體停車庫車輛垂直提升機的同步升降裝置。通過轉向器將動力同時輸出到升降驅動裝置的四個吊點，改變了傳統(tǒng)小型垂直提升機雙吊點驅動的特點，且能保證四個吊點的同步提升，具有結構簡單、維護方便的特點，同時還具有一定的實用價值。三、貨架式雙排雙層停車裝置3.1機械部分本作品共分為兩個部分，分別為可停放車輛的二層小型停車場以及一個用來停取二層車輛的升降裝置。該作品中的小型停車場為設想中整個停車場的一個縮小單元，升降臺則為整個升降臺的縮小版。在本作品中，共可停放七輛車，且各個車輛間的停取毫無干涉。3.1.1停車場升降裝置小型停車場共有兩層，第二層可以停放四輛小汽車。通過升降臺的配合來停取外側和里面的車輛。升降臺亦有兩層，可以通過電動推桿帶動履帶實現(xiàn)升降功能。當我們需要停放或者取出二層的車輛時，只需要將升降臺推到車位前，將升降臺的第一層和停車場的二層對接，利用傳送帶將車輛推到升降臺上，降下車輛，再用傳送帶將車輛推到地面就行了。如果你的車輛的外側有其他車堵住了路，那么只需將外側的車傳送到升降臺的二層，再升起升降臺對接便可實現(xiàn)里側車輛的停取。二層上裝有護欄，保證了車輛的安全問題。圖1為貨架式雙排雙層停車裝置中的升降模塊和電機同步帶組成的傳動模塊。圖2為貨架雙排雙層停車裝置中的模擬車輛。（a）停車裝置中的升降模塊（實體）（b）停車裝置中的升降模塊（3D建模）圖1貨架式雙排雙層停車裝置中的模塊圖2貨架式雙排雙層停車裝置中的模擬車輛3.1.2停車場傳動裝置停車場二層和升降臺的兩個平臺上均裝有傳送帶，傳送帶只能縱向傳動，利用傳送帶實現(xiàn)車輛的位移，從而能夠將停在里面的車輛取出。停車場二層共有四個傳送帶，成田字形排放每個傳送帶上均可放置一輛車。升降臺的兩層各裝有一張傳送帶，均可放置一輛車。升降臺底座通過滑軌實現(xiàn)橫向移動，因此只需要一架升降臺便可滿足整個停車場的需求。該小型停車場的一層靠近外側的停車位有一個可以滑動的木板，木板做橫向移動，大小和車位一樣大。在這塊木板可上放置一輛車，里側有兩個車位可停放兩輛車，共可停放三輛車第一層外側空出一個車位給木板的移動留出空間。利用板的移動給里側的車輛的停取留出空間。該小型停車場的底座下裝有萬向輪，可使停車場自由移動。當需要在小區(qū)或者其他沒有地下停車場的地方安排車輛的停放時，只需要將一個個這樣的小型停車場單元推過去，拼湊成一條直線，再安上滑軌及升降臺，便可組成一個完整的室外停車場。3.2傳感器檢測部分3.2.1激光傳感器激光傳感器工作時，先由激光發(fā)射二極管對準目標發(fā)射激光脈沖。經目標反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到傳感器接收器，被光學系統(tǒng)接收后成像到雪崩光電二極管上。在上層的1、2、3、4號電機外側中間各自安裝了一個激光傳感器，激光傳感器的發(fā)射器發(fā)射出激光，若激光傳感器的接收器接收不到激光，則車輛停放在此車位上。反之，若接收器接收到激光，表明此停車位無車輛停放。此外，在1號電機外側額外裝置了兩個激光傳感器，若車輛停放不當，則兩個傳感器其中必有一個接收器接收不到激光，若兩個接收器同時接收到激光或同時接收不到激光，則車輛停放正確。對射式激光傳感器的安裝如圖3所示。

圖3對射式激光傳感器的安裝3.2.2壓力傳感器壓力傳感器連接到單片機上，再通過接口傳輸?shù)诫娔X上。將應變片粘貼到受力的力敏型彈性元件上,當彈性元件受力產生變形時,應變片產生相應的應變,轉化成電阻變化。將應變片接成電橋，力引起的電阻變化將轉換為測量電路的電壓變化,通過測量輸出電壓的數(shù)值,再通過換算即可得到所測量物體的重量。在下層底部安裝了一個壓力傳感器，若停放的車輛重量超過輸送帶所能承受最大重量，則通過Labview傳送到后臺，發(fā)出警報。作品中所用到的示波器是由Labview軟件構成。Labview(LaboratoryVirtualinstrumentEngineering)是一種圖形化的編程語言，它廣泛地被工業(yè)界、學術界和研究實驗室所接受，被視為一個標準的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。Labview集成了與滿足GPIB、VXL、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內置了便于應用TCP/IP、

Activ等軟件標準的庫函數(shù)。這是一個功能強大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器。本設計的想法是盡量與現(xiàn)實中的面板相一致，實現(xiàn)示波器最基本的顯示和調節(jié)功能。所以設計了包含CH1和CH2雙通道示波器，即雙蹤示波器。壓力激光傳感器的安裝如圖4所示。圖4壓力激光傳感器的安裝3.2.3CCD相機電荷耦合器件的突出特點是以電荷作為信號，而不同于其他大多數(shù)器件是以電流或者電壓為信號。所以CAD的基本功能是電荷的存儲和電荷的轉移。它存儲由光或電激勵產生的信號電荷，當對它施加特定時序的脈沖時，其存儲的信號電荷便能在CAD內做定向傳輸。將采集到的圖像傳輸?shù)诫娔X上，再將采集的圖像與背景圖片相減，然后將得到的圖像轉化為灰度圖，對灰度圖進行二值化處理，最后經過篩選，將其轉化為顯示車輛位置的圖像。CCD相機的安裝如圖5所示。圖5CCD相機的安裝3.3控制部分計算機的數(shù)據(jù)采集與處理是將溫度、壓力、位移等模擬量采集并轉化為數(shù)字量，再傳送到計算機進行處理的過程。而過程控制是計算機對采集到的信號進行分析、計算、判斷，然后發(fā)出指令，指揮執(zhí)行機構對實驗對象進行控制操作。此裝置采用Labview控制，安裝有S-500-24電源、SRD-05VD-SL-C繼電器、USB數(shù)據(jù)采集卡等設備，通過數(shù)據(jù)采集卡輸出高低電平，以控制繼電器的通斷（相當于開關的作用），使電路導通和斷開，實現(xiàn)電機的運轉和停止。使用5V、20A的電源帶動繼電器組模板，繼電器模板的XM端與DC-都與電源負極相接,DC+與電源正極相接。繼電器模板的數(shù)字輸出端子排（P0.0-P1.3）分別連接到繼電器組模板的信號輸入端子排（X1-X16）。為了滿足電機所需的功能（正轉、反轉與停止），兩個繼電器互相連接成特殊的樣式（一個繼電器的常開觸點接到另一個繼電器的常閉觸點，另一個繼電器的常開觸點接到這一個繼電器的常閉觸點），每個繼電器的公共端分別連接到一個電機的正負極。最后將一個24V電源兩極分別接到其中一個繼電器的常開和常閉觸點。這樣就完成了一個電機的控制接線。然后以此類推，完成余下電機的接線。在Labview軟件里添加了一個非門邏輯電路，以避免電源打開時所有電機同時運轉的情況。同時在機械部分裝置壓力傳感器，當汽車駛入時，壓力傳感器判斷壓力的大小，大型汽車送入下層，小型汽車傳送到上層停放。四、創(chuàng)新特色4.1機械創(chuàng)新分為可停放車輛的二層小型停車場以及一個用來停取二層車輛的升降裝置4.2多角度、多維區(qū)傳感器融合。裝置了6個激光傳感器和一個壓力傳感器，從多角度、多維區(qū)來檢測車輛停放情況及位置定位，用CCD相機進行圖像檢測。4.3數(shù)據(jù)采集卡控制全部通過數(shù)據(jù)采集卡進行檢測和控制。五、應用前景我國目前的停車問題十分嚴峻，隨著小康社會的全面建設，出行方面更成為一大難題。私家車的不斷增多、土地面積的減少更造成了停車位的緊張，而占地面積小的建筑很難建設地下停車場，面積大的地下停車場空間難以充足利用，此項技術的開展可有效解決停車難的大問題。雙層抽屜式停車裝置充分利用了上層空間，更解決了傳統(tǒng)立體停車裝置停車少、構建難的問題。此裝置操作簡單，成本低，性價比高，可以廣泛應用于商場、小區(qū)等地下車庫推廣便捷，更容易被人們接受，應用更加廣泛。六、作品展示(a)雙層停車場(b)升降臺圖6貨架式雙排雙層停車裝置實物圖圖6是從不同角度拍攝的雙層停車裝置的實物圖，其中包含傳送帶、鋼制框架、電機、導軌和定滑輪。

a)貨架式雙排停車裝置整體結構圖(b)貨架式雙排停車裝置側面圖(c)貨架式雙排停車裝置俯視圖(d)貨架式雙排停車裝置工程圖

圖7a)貨架式雙排停車裝置整體結構圖(b)貨架式雙排停車裝置側面圖圖8電氣控制部分的電路圖圖9電氣控制部分的邏輯圖圖圖8電氣控制部分的電路圖圖9電氣控制部分的邏輯圖圖8和圖9分別為數(shù)據(jù)采集卡兩個數(shù)字輸出信號控制電機的正轉、反轉和停止的電路圖和邏輯圖。比如，數(shù)據(jù)采集卡的P0.0和P0.1端控制一個電機運轉的停止。當P0.0端沒有輸出信號，P0.1端沒有輸出信號時，電動機就停止。當P0.0端有輸出信號，P0.1端沒有輸出信號時，電動機就正轉。當P0.0端沒有輸出信號，P0.1端有輸出信號時，電動機就反轉。當P0.0端有輸出信號，P0.1端也有輸出信號時，電動機就停止。以此類推，可以控制多個電機實現(xiàn)所需的功能。I刑*1110胡曲1：|<］為毀b；r口門吵*?I刑*1110胡曲1：|<］為毀b；r口門吵*?jam頑i13KI升降平臺下層-.圖10Labview軟件人機界面圖11電氣控制箱內數(shù)據(jù)采集卡圖10是Labview軟件人機界面截圖，通過按鈕來扌空制電機的正轉和反轉，從而達到傳送帶的前后傳動。圖11是電氣控制箱內的數(shù)據(jù)采集卡，通過采集卡采集數(shù)據(jù)，然后傳輸?shù)诫娔X，以達到控制的目的。制圖12控制部分工作原理流程圖圖12的流程圖中，數(shù)據(jù)采集卡的USB接口插在電腦上，數(shù)字信號輸出端分別接到繼電器組的信號輸入端，并用5V、20A的電源帶動繼電器組，繼電器組控制端接到減速電機，接入24V電源帶動減速電機。圖13為整體圖。圖13整體圖參考文獻日本大阪府大金工業(yè)株式會社，淺野正春，分類號E04H6/06(2006.01)lE04H6/18(2006.01)l馮永旭.一種小型停車位.中國專利，申請?zhí)?01220424473.0，2013.02.20趙忠利.立體停車場.中國專利，申請?zhí)?01210433399.3，2013.01.23靳立強，張榮林，王澤偉，李建華，尹東旭，于雅靜，何剛，陳鵬飛.小型立體停車機構，中國專利，申請?zhí)?01510026035.72015.05.13閆存富，郭曉紅，王瑞利，楊漢嵩，馬志國，陳會鴿，劉超，何春霞.一種小型立體停車