停車位車位控制系統(tǒng)

1、摘 要隨著全國經(jīng)濟的快速發(fā)展、現(xiàn)代化進程的不斷加快，人民生活水平得到了極大改善。機動車數(shù)量大幅度增加，給城市交通帶來了巨大壓力，造成了行車難、停車更難的問題。為了更好地滿足日常管理需求，改善泊車狀況和泊車設施，提高效率已迫在眉睫。本文是關于公共場所汽車停車位自動管理系統(tǒng)的電路硬件及軟件設計。試圖設計一種性能穩(wěn)定、功能通用且成本低廉的嵌入式停車場智能管理系統(tǒng)，以適應大多數(shù)停車場管理的要求。該系統(tǒng)主要包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分，本文主要討論硬件系統(tǒng)部分的實現(xiàn)。在硬件系統(tǒng)結(jié)構的設計中，采用了各部分模塊化設計，各模塊之間按照一定的通信協(xié)議進行相互通信，這樣便于系統(tǒng)在投入使用出現(xiàn)問題后的維護和系統(tǒng)升

2、級。本文采用自動化管理系統(tǒng)，當有車輛進入停車場時，經(jīng)IC讀寫器進行射頻輸入，將卡內(nèi)信息存入存儲器；車輛開出時，再次射頻輸入，通過AW60最小系統(tǒng)控制，在LCD液晶顯示屏幕上顯示停車時間及費用，并在LED屏幕上顯示停車場剩余的停車位。 關鍵詞：停車場管理；射頻識別技術；IC卡目 錄1 引言12 控制系統(tǒng)硬件設計22.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理22.2 系統(tǒng)輸入輸出點分析22.3 PLC選型32.4 系統(tǒng)硬件接線圖設計32.4.1 主電路圖設計32.4.2 控制接線圖設計43 PLC控制系統(tǒng)軟件設計53.1 系統(tǒng)變量定義及I/O地址分配53.2 控制程序流程圖設計53.3 PLC控制程序設計74

3、上位機組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設計84.1 組態(tài)監(jiān)控軟件選擇84.2 PLC與上位監(jiān)控軟件通訊設計84.3 上位監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)設計84.3.1 設計首頁84.3.2 設計操作頁面94.4 實現(xiàn)效果105 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析115.1 系統(tǒng)仿真調(diào)試115.1.1 軟件調(diào)試115.1.2 聯(lián)合調(diào)試115.2 結(jié)果分析126 設計總結(jié)13參考文獻15致 謝16附 錄17附錄A 梯形圖17附錄B 主電路圖19附錄C 控制接線圖20I1 引言隨著全國經(jīng)濟的快速發(fā)展、現(xiàn)代化進程的不斷加快，人民生活水平得到了極大改善。機動車數(shù)量大幅度增加，給城市交通帶來了巨大壓力，造成了行車難、停車更難的問題。為了更好地滿足日常管理需求

4、，改善泊車狀況和泊車設施，提高效率已迫在眉睫。本文是關于公共場所汽車停車位自動管理系統(tǒng)的電路硬件及軟件設計。試圖設計一種性能穩(wěn)定、功能通用且成本低廉的嵌入式停車場智能管理系統(tǒng)，以適應大多數(shù)停車場管理的要求。該系統(tǒng)主要包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分，本文主要討論硬件系統(tǒng)部分的實現(xiàn)。在硬件系統(tǒng)結(jié)構的設計中，采用了各部分模塊化設計，各模塊之間按照一定的通信協(xié)議進行相互通信，這樣便于系統(tǒng)在投入使用出現(xiàn)問題后的維護和系統(tǒng)升級。本文采用自動化管理系統(tǒng)，當有車輛進入停車場時，經(jīng)IC讀寫器進行射頻輸入，將卡內(nèi)信息存入存儲器；車輛開出時，再次射頻輸入，通過AW60最小系統(tǒng)控制，在LCD液晶顯示屏幕上顯示停車時間

5、及費用，并在LED屏幕上顯示停車場剩余的停車位。根據(jù)任務書的要求，停車場車位控制系統(tǒng)的主要設計內(nèi)容有以下幾點： 1. 設計出硬件系統(tǒng)的結(jié)構圖、接線圖、時序圖等； 2. 系統(tǒng)有啟動、停止功能； 3. 運用功能指令進行PLC控制程序設計，并有主程序、子程序和中斷程序； 4. 程序結(jié)構與控制功能自行創(chuàng)新設計； 5. 進行系統(tǒng)調(diào)試，實現(xiàn)停車場車位的控制要求。 系統(tǒng)所要實現(xiàn)的目標是：當有車要進入停車場時，被入口處的入庫傳感器檢測到時，柵欄自動打開，碰到上限位開關時，開門停止。計時一分鐘之后，柵欄自動關門，碰到下限位開關，關門停止。一次入庫過程結(jié)束。出庫過程與入庫類似，只是出庫傳感器安裝在出口處。七段數(shù)碼

6、管可以實時顯示當前車庫內(nèi)車的數(shù)量，當入庫傳感器器檢測到有車入庫時，七段數(shù)碼管的數(shù)字會自動加一，而當出庫傳感器檢測到有車出庫時，則自動減一。車位已滿時，有一紅色指示燈亮，同時入口柵欄不能開啟。否則，有一綠色指示燈亮，表示車位未滿。2 控制系統(tǒng)硬件設計2.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理 1、系統(tǒng)采用日本三菱PLC，選用的是FX2n-48MR，它屬于繼電器輸出，有觸電，可帶交直流負載，輸入點數(shù)24，輸出點數(shù)24，總共48個輸入輸出點。PLC（三菱FX2N48MR）：根據(jù)控制要求統(tǒng)計系統(tǒng)所需的輸入點數(shù)與輸出點數(shù)，并考慮要有一定的余量，在本系統(tǒng)中我們采用了三菱FX2N48MR型PLC，該型號PLC是FX系列

7、PLC家族中比較先進的系列。它具備如下特點：最大范圍的包容了標準特點、程式執(zhí)行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為系統(tǒng)提供最大的靈活性和控制能力。 2、傳感器（BEN5M-MDT）：它是一種測距的光電傳感器，具有測距遠（最遠可達到5米），采用反射鏡反射的檢測方式，DC1224V供電，NPN/PNP同時輸出，遮光ON/入光ON選擇。 3、七段數(shù)字譯碼顯示器：由于在PLC系統(tǒng)中工作的是二進制的數(shù)字信號，而人們習慣十進制的數(shù)字或運算結(jié)果，因此需要數(shù)字顯示器，顯示出便于人們觀測、查看的十進制數(shù)字，因此，設計選擇了七段數(shù)字譯碼顯示器，譯碼顯示器主要

8、由譯碼器和驅(qū)動器兩部分組成，通常二者都集成在一塊芯片中。2.2 系統(tǒng)輸入輸出點分析由任務書中設計要求以及對系統(tǒng)的工況進行分析可知：（1）系統(tǒng)必須要有啟動和停止的功能，故需要一個啟動按鈕SB0（X000），一個停止按鈕SB1(X001)；（2）當有車要進出入停車場時，要有傳感器感應接收這一信息，故應該在進場和出場處各安裝一個傳感器SQ0（X002），SQ1（X003）來接收信息；（3）當車位還有未被使用時，需要指示燈HL1（Y000）點亮來表示，而如果停車場的車位已經(jīng)全部被使用，則車位已滿指示燈HL2（Y001）亮，同時指示燈HL1滅。（4）入口處傳感器觸點動作時，七段數(shù)碼管上顯示的車輛數(shù)目加1

9、顯示，出口處傳感器觸動動作時，七段數(shù)碼管上顯示的車輛數(shù)目減1顯示。因為停車場只有16個停車位，即需要兩個數(shù)碼管來顯示十進制數(shù)，也就是說需要的PLC輸出點為（Y010Y016，Y020Y026）。（5）當閘門打開時，此時電機應處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)，故需要一個輸出點（Y002）控制電機的正轉(zhuǎn)，使主電路的接觸器KM1的主觸點閉合；當閘門開啟到觸碰到行程開關SQ2（X004），電機正轉(zhuǎn)停止；定時一段時間之后，閘門關閉電機反轉(zhuǎn)運行，故也需要一個輸出點（Y003），使接觸器KM2的主觸點閉合；直到閘門關閉到觸碰到行程開關SQ3（X005），電機停止工作。通過以上的分析可知，需要PLC輸入點6個（X000X005）

10、，PLC輸出點18個（Y000Y003，Y010Y017，Y020Y027）。2.3 PLC選型PLC是PLC控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇PLC對于保證整個控制系統(tǒng)的技術經(jīng)濟性能指標起著重要作用。國內(nèi)外生產(chǎn)的PLC種類很多，在選用時應考慮以下幾個方面：（1）規(guī)模要適當：首先要確保有足夠的輸入、輸出點數(shù)，并留有一定的余地，還應確定用戶程序存儲器的容量。（2）功能要相當，結(jié)構要合理。（3）輸入、輸出功能及負載能力的選擇：選擇何種功能的輸入、輸出形式或模塊，取決于控制系統(tǒng)中輸入和輸出信號的種類、參數(shù)要求和技術要求，選用具有相應功能的模塊。（4）使用環(huán)境條件：在選擇PLC時，要考慮使用現(xiàn)場的環(huán)境條件是

11、否符合它的規(guī)定。本控制系統(tǒng)的輸入信號有6個，輸出信號有18個，結(jié)合以上的考慮因素以及學校現(xiàn)有的教學設施，決定選用三菱的FX2n-48MR，I/O點數(shù)各位24點，可以滿足控制要求，且留有一定的裕量。2.4 系統(tǒng)硬件接線圖設計2.4.1 主電路圖設計 主電路圖主要是對閘門開啟與關閉的電機正反轉(zhuǎn)的控制，而要實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)，只要改變?nèi)我鈨上嗟南嘈蚣纯?。實現(xiàn)的辦法就是兩個接觸器的接線相序不同，KM1是正序，則KM2為反序來實現(xiàn)。工作時只能其中的一個進行工作。所以，系統(tǒng)的主電路圖如圖1所示。圖1 系統(tǒng)主電路圖2.4.2 控制接線圖設計控制接線圖如圖2所示，SB0是系統(tǒng)啟動開關，接X0，SB2是系統(tǒng)停止開

12、關，接X1，SQ0和SQ1是入庫和出庫感應器，分別接X2、X3。SQ2和SQ3為上、下行程開關控制電機正、反轉(zhuǎn)的停止，分別接X4、X5。Y0和Y1接指示燈HL1、HL2。Y2和Y3是控制電機的正反轉(zhuǎn)，正反轉(zhuǎn)不能同時工作，因此不僅軟件互鎖，硬件上也進行互鎖。Y10Y16控制個位的七段數(shù)碼管顯示，Y20Y26控制十位的七段數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管是共陰極接法，接6k進行限流。圖2 控制接線圖3 PLC控制系統(tǒng)軟件設計3.1 系統(tǒng)變量定義及I/O地址分配系統(tǒng)變量定義及I/O地址分配如表1所示。表1 系統(tǒng)變量定義及I/O地址分配名稱功能I/O編號SB0啟動開關X000SB1停止開關X001SQ0入庫傳感器X

13、002SQ1出庫傳感器X003SQ2正轉(zhuǎn)停止行程開關X004SQ3反轉(zhuǎn)停止行程開關X005HL1還有車位指示燈Y000HL2車位已滿指示燈Y001KM2電機反轉(zhuǎn)關門Y002KM1電機正轉(zhuǎn)開門Y003ag個位數(shù)碼顯示Y010Y016ag十位數(shù)碼顯示Y020Y0263.2 控制程序流程圖設計車輛入庫流程圖如圖3所示。當入庫傳感器檢測到有車入庫時，如果還有車位，則打開閘門，碰到上限位開關時，開門停止，60S后閘門開始關閉，碰到下限位開關時，關門停止。在開關門的同時，車輛計數(shù)器加1，如果達到車庫的總?cè)萘?，則亮車位已滿指示燈，否則亮尚有車位指示燈。七段數(shù)碼管實時顯示車庫中車的數(shù)量。入庫過程結(jié)束。車輛出庫

14、子程序如圖4所示。當出庫傳感器檢測到有車出庫時，車輛計數(shù)器減1，車位未滿指示燈亮，七段數(shù)碼管顯示當前車庫中車的數(shù)量；同時打開閘門，碰到上限位開關時，開門停止，60S后閘門開始關閉，碰到下限位開關時，關門停止。出庫過程結(jié)束。圖3 車輛入庫子程序圖4 車輛出庫子程序3.3 PLC控制程序設計 啟?？刂疲喊聪孪到y(tǒng)啟動開關，車位控制系統(tǒng)開始工作，先對數(shù)據(jù)寄存器D0，D2以及輔助繼電器M1到M9進行區(qū)間復位，而為了確保按下停止開關，整個系統(tǒng)所有器件都可靠的停止工作，因此采用了主控指令來實現(xiàn)啟?？刂?。為了使系統(tǒng)關閉時數(shù)碼管不顯示任何數(shù)字，當檢測到停止開關的上升沿時，對Y010Y026進行區(qū)間復位。 入庫控

15、制：當入口處傳感器檢測到車輛要入庫時，數(shù)據(jù)寄存器D0加1，同時輔助繼電器M1接通并形成自鎖，驅(qū)動電機正轉(zhuǎn)使閘門打開，直到閘門打開到觸發(fā)上限位開關動作，電機正轉(zhuǎn)停止，并開始計時一分鐘。計時時間到后自動使電機反轉(zhuǎn)，閘門開始關閉。直到觸發(fā)下限位開關動作，電機停止工作。當車庫中車輛的數(shù)量達到車庫容量時，輔助繼電器M9會接通，為了不讓此時的閘門打開，于是在該支路上串上M9的常閉觸點。 出庫控制：當出口處傳感器檢測到車輛要出庫時，數(shù)據(jù)寄存器D0減1，同時輔助繼電器M3接通并形成自鎖，驅(qū)動電機正轉(zhuǎn)使閘門打開，直到閘門打開到觸發(fā)上限位開關動作，電機正轉(zhuǎn)停止，并開始計時一分鐘。計時時間到后自動使電機反轉(zhuǎn)，閘門開

16、始關閉。直到觸發(fā)下限位開關動作，電機停止工作。 七段數(shù)碼管顯示：先對數(shù)據(jù)寄存器D0的數(shù)據(jù)與10進行判斷，如果小于10，則位于個位上的數(shù)碼管顯示相應的數(shù)據(jù)；如果D0的數(shù)據(jù)等于10，則個位顯示“0”，十位顯示“1”；如果數(shù)據(jù)大于10，就繼續(xù)與16進行比較，如果等于16，則個位顯示“6”，十位顯示“1”；如果小于16，則用D0中的數(shù)據(jù)減去10，再把結(jié)果放入D2，十位依然顯示“1”，個位顯示D2中保存的數(shù)據(jù)。 梯形圖詳見附錄A。4 上位機組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設計4.1 組態(tài)監(jiān)控軟件選擇 GT Designer3軟件是三菱電機有限公司所開發(fā)設計的，用于圖形終端顯示屏制作的Windows系統(tǒng)平臺軟件，支持三菱全系

17、列圖形終端。該軟件功能完善，圖形、對象工具豐富，窗口界面直觀形象，操作簡單易用，可以方便地改變所接PLC的類型，實時讀取、寫入顯示器屏幕，還可以設置保護密碼。因此，選擇GT Designer3軟件作為組態(tài)監(jiān)控軟件。4.2 PLC與上位監(jiān)控軟件通訊設計 PLC與計算機通信主要是通過RS-232C或RS-422接口進行的。計算機上的通信接口是標準的RS-232C接口；如果PLC上的通信接口也是RS-232C接口，就可以通過適配電纜進行連接，實現(xiàn)通信。但如果PLC上的通信接口是RS-422時，必須在PLC與計算機之間增加一個RS-232C/RS-422接口轉(zhuǎn)換模塊，再通過適配電纜實現(xiàn)通信。4.3 上

18、位監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)設計4.3.1 設計首頁（1）打開軟件，新建文件，如圖5所示。文件名稱是“停車場車位控制系統(tǒng)”。圖5 GT軟件設計界面（2）文字輸入。單擊工具欄中的文字輸入圖標，此時光標變成十字交叉，單擊畫面設計區(qū)，跳出如圖6所示文本輸入對話框，在文本輸入欄輸入文字。選擇文本的類型、方向文本顏色尺寸，單擊“確定”按鈕，再把文本移到適當?shù)奈恢?。用同樣的方法，輸入其他文字。圖6 文本輸入對話框（3）畫面切換按鈕制作。單擊工具欄中開關按鈕，彈出開關功能選擇圖，選擇第四個畫面切換開關，在畫面設計區(qū)單擊，出現(xiàn)藍色方框，再雙擊進行屬性設置。4.3.2 設計操作頁面（1）新建頁面。雙擊新建頁面圖標，跳出畫面屬

19、性對話框，畫面編號為2，標題為操作界面，單擊確定按鈕，畫面2建立完畢。（2）制作控制按鈕、指示燈。在開關列表中選擇所需的位開關，并進行屬性設置，輸入對應的軟元件編號，動作設置選擇點動。如圖7所示。在指示燈列表中，選擇位指示燈，在畫面設計區(qū)單擊，就出現(xiàn)指示燈圖標，雙擊進行屬性設置。如圖8所示。用同樣的方法將其他的開關和指示燈弄好。最后適當整理畫面，使各個期器件排列整齊美觀，單擊“保存”按鈕。圖7 開關設置對話框圖8 指示燈設置對話框4.4 實現(xiàn)效果 按照上述的步驟弄好的畫面如圖9所示。圖9 組態(tài)設計效果圖5 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析5.1 系統(tǒng)仿真調(diào)試5.1.1 軟件調(diào)試 在GX-Developer編

20、程軟件上將停車場車位控制系統(tǒng)的程序梯形圖編好，再用GX-Simulator6-C進行邏輯測試。按系統(tǒng)要求改變軟元件，觀察輸出軟元件，輔助繼電器，時間繼電器以及數(shù)據(jù)寄存器的改變是否符合要求。如果有不符合要求的現(xiàn)象出現(xiàn)，就要查找原因，直到調(diào)試結(jié)果符合要求。5.1.2 聯(lián)合調(diào)試軟件調(diào)試沒有錯誤之后，使設計的PLC控制程序在GX-Developer仿真運行，并打開GT的模擬仿真軟件GT Simulator3，單擊該軟件工具欄中的打開按鈕，根據(jù)畫面保存路徑，打開已編好的畫面。顯示結(jié)果如圖10所示。在該畫面任意處點擊一下就進入操作界面，如圖11所示。圖10 仿真時操作界面 按下啟動按鈕，結(jié)果如圖12所示。

21、圖11 按下啟動按鈕的結(jié)果 當入庫傳感器檢測到有車入庫時，結(jié)果如圖13所示。圖12 車輛入庫開閘門碰到上限位開關，開門停止，一分鐘之后，閘門開始關閉，如圖14所示。當觸發(fā)下限位開關時關閘門結(jié)束。入庫過程結(jié)束。圖13 車輛入庫關閘門 當車庫中已有15輛車，第16輛車入庫時，車位已滿指示燈輛。結(jié)果如圖15。圖14 車位已滿車位已滿之后，入口傳感器感應到有車要入庫，閘門也不會打開，數(shù)碼管的顯示結(jié)果也不會變。 車輛出庫的過程與入庫的過程差不多，主要區(qū)別是數(shù)碼管的顯示數(shù)值會減1。這里就不截圖了。5.2 結(jié)果分析 通過以上的仿真結(jié)果，可以觀察到當入口處傳感器檢測到有車入庫時，如果車輛未達到16輛，則打開閘

22、門，當觸發(fā)上限位開關動作時，停止開閘門。一分鐘之后自動關閘門，直到觸發(fā)下限位開關動作，停止管閘門。在傳感器檢測到車輛入庫時，數(shù)碼管顯示屏的顯示結(jié)果加1。當出口處檢測到車輛出庫時，閘門開啟，觸發(fā)上限位開關動作時，停止開閘門。一分鐘之后自動關閘門，直到觸發(fā)下限位開關動作，停止管閘門。在傳感器動作時，數(shù)碼管顯示屏的顯示結(jié)果減1。在車輛未達到16時，尚有車位指示燈亮，而當車輛已滿時，則亮車位已滿指示燈。仿真結(jié)果與設計要求基本相符。 6 設計總結(jié)本次專業(yè)綜合應用與工程能力實際訓練的課題是停車場車位控制系統(tǒng)設計通過本次工程實訓使我比較系統(tǒng)地掌握有關PLC控制系統(tǒng)的設計思想和設計方法，主要對PLC（三菱FX2N系列）的結(jié)構、功能、內(nèi)部資源等了解并對其進行測試和加以應用的知識得到學習。經(jīng)過多次的反復實驗與分析,可以對電路的原理及功能更加熟悉,同時提高了設計能力與及對電路的分析能力.同時在軟件的編程方面得到更到的提高,對編程能力得到加強.同時對所學的知識得到很大的提高與鞏固.我所做的設計題目是基于PLC的停車場車位控制系統(tǒng)。由于是第一次做PLC的設計，設計起來有一定難度，但后來通過去圖書館找相關書籍，上網(wǎng)找資料，