第4屆江蘇省虛擬儀器競(jìng)賽

#雙層智能停車裝置及控制一、引言隨著我國經(jīng)濟(jì)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(gè)有車家庭日常生活中的一部分，也成為每個(gè)城市必須面對(duì)的問題，而如何解決停車難的問題也成為人們?nèi)找骊P(guān)注的問題。目前，我國現(xiàn)行的地下停車場(chǎng)配備有能使汽車上行和下行的坡道以及抵達(dá)車位的進(jìn)出通道，而這種停車場(chǎng)不僅占地面積大、造價(jià)成本高、建設(shè)周期長，而且面對(duì)老舊小區(qū)以及小型商場(chǎng)難以進(jìn)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(jié)構(gòu)復(fù)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(shè)計(jì)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(jìn)行普及。二、國內(nèi)外研究概況國外文獻(xiàn)中，淺野正春［1］發(fā)明了一種小型化、低成本化、可簡(jiǎn)單進(jìn)行維修的一種立體停車裝置。該裝置可不用設(shè)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(fèi)用，從而可降低立體停車裝置的成本且可實(shí)現(xiàn)立體停車裝置的小型化，并使得電路維護(hù)和油路維護(hù)變得容易。國內(nèi)文獻(xiàn)中，2012年馮永旭［2］發(fā)明一種小型立體停車位，下層有車時(shí)，停車托盤可以繞停車托盤支柱機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)停車托盤支柱機(jī)構(gòu)沿工字鋼導(dǎo)軌移動(dòng)，便于上層車輛的停取，當(dāng)車輛超重時(shí)指示燈和語音提示器發(fā)出報(bào)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(shè)置在塔柱上的若干個(gè)停車位和一塔柱的地面空間，而實(shí)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(chǎng)。2015年吉林大學(xué)［4］克服傳統(tǒng)立體停車機(jī)構(gòu)規(guī)模大、附加裝置較多、成本高與技術(shù)復(fù)雜的問題，發(fā)明了一種提供了可獨(dú)立運(yùn)作的小型立體停車機(jī)構(gòu)。同年，黃河科技學(xué)院［5-6］發(fā)明了一種能夠同時(shí)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(jī)械制造有限公司［7］發(fā)明了一種框架移動(dòng)式立體停車裝置，主要用于商場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)、小區(qū)、商住樓、辦公樓的停車場(chǎng)，供停放小型汽車使用。海安縣聯(lián)源機(jī)械制造有限公司［8］發(fā)明了一種小型簡(jiǎn)易、安裝使用方便、自備直流可充電電源、使用液壓傳動(dòng)的升降立體停車裝置。2017年，昆明昆船物流信息產(chǎn)業(yè)有限公司［9］發(fā)明了一種升降驅(qū)動(dòng)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(jī)的同步升降裝置。通過轉(zhuǎn)向器將動(dòng)力同時(shí)輸出到升降驅(qū)動(dòng)裝置的四個(gè)吊點(diǎn)，改變了傳統(tǒng)小型垂直提升機(jī)雙吊點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)，且能保證四個(gè)吊點(diǎn)的同步提升，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便的特點(diǎn)，同時(shí)還具有一定的實(shí)用價(jià)值。三、貨架式雙排雙層停車裝置3.1機(jī)械部分本作品共分為兩個(gè)部分，分別為可停放車輛的二層小型停車場(chǎng)以及一個(gè)用來停取二層車輛的升降裝置。該作品中的小型停車場(chǎng)為設(shè)想中整個(gè)停車場(chǎng)的一個(gè)縮小單元，升降臺(tái)則為整個(gè)升降臺(tái)的縮小版。在本作品中，共可停放七輛車，且各個(gè)車輛間的停取毫無干涉。3.1.1停車場(chǎng)升降裝置小型停車場(chǎng)共有兩層，第二層可以停放四輛小汽車。通過升降臺(tái)的配合來停取外側(cè)和里面的車輛。升降臺(tái)亦有兩層，可以通過電動(dòng)推桿帶動(dòng)履帶實(shí)現(xiàn)升降功能。當(dāng)我們需要停放或者取出二層的車輛時(shí)，只需要將升降臺(tái)推到車位前，將升降臺(tái)的第一層和停車場(chǎng)的二層對(duì)接，利用傳送帶將車輛推到升降臺(tái)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(cè)有其他車堵住了路，那么只需將外側(cè)的車傳送到升降臺(tái)的二層，再升起升降臺(tái)對(duì)接便可實(shí)現(xiàn)里側(cè)車輛的停取。二層上裝有護(hù)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(jī)同步帶組成的傳動(dòng)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(shí)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(chǎng)傳動(dòng)裝置停車場(chǎng)二層和升降臺(tái)的兩個(gè)平臺(tái)上均裝有傳送帶，傳送帶只能縱向傳動(dòng)，利用傳送帶實(shí)現(xiàn)車輛的位移，從而能夠?qū)⑼Ｔ诶锩娴能囕v取出。停車場(chǎng)二層共有四個(gè)傳送帶，成田字形排放每個(gè)傳送帶上均可放置一輛車。升降臺(tái)的兩層各裝有一張傳送帶，均可放置一輛車。升降臺(tái)底座通過滑軌實(shí)現(xiàn)橫向移動(dòng)，因此只需要一架升降臺(tái)便可滿足整個(gè)停車場(chǎng)的需求。該小型停車場(chǎng)的一層靠近外側(cè)的停車位有一個(gè)可以滑動(dòng)的木板，木板做橫向移動(dòng)，大小和車位一樣大。在這塊木板可上放置一輛車，里側(cè)有兩個(gè)車位可停放兩輛車，共可停放三輛車第一層外側(cè)空出一個(gè)車位給木板的移動(dòng)留出空間。利用板的移動(dòng)給里側(cè)的車輛的停取留出空間。該小型停車場(chǎng)的底座下裝有萬向輪，可使停車場(chǎng)自由移動(dòng)。當(dāng)需要在小區(qū)或者其他沒有地下停車場(chǎng)的地方安排車輛的停放時(shí)，只需要將一個(gè)個(gè)這樣的小型停車場(chǎng)單元推過去，拼湊成一條直線，再安上滑軌及升降臺(tái)，便可組成一個(gè)完整的室外停車場(chǎng)。3.2傳感器檢測(cè)部分3.2.1激光傳感器激光傳感器工作時(shí)，先由激光發(fā)射二極管對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射激光脈沖。經(jīng)目標(biāo)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(xué)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(hào)電機(jī)外側(cè)中間各自安裝了一個(gè)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(hào)電機(jī)外側(cè)額外裝置了兩個(gè)激光傳感器，若車輛停放不當(dāng)，則兩個(gè)傳感器其中必有一個(gè)接收器接收不到激光，若兩個(gè)接收器同時(shí)接收到激光或同時(shí)接收不到激光，則車輛停放正確。對(duì)射式激光傳感器的安裝如圖3所示。

圖3對(duì)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(jī)上，再通過接口傳輸?shù)诫娔X上。將應(yīng)變片粘貼到受力的力敏型彈性元件上,當(dāng)彈性元件受力產(chǎn)生變形時(shí),應(yīng)變片產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變,轉(zhuǎn)化成電阻變化。將應(yīng)變片接成電橋，力引起的電阻變化將轉(zhuǎn)換為測(cè)量電路的電壓變化,通過測(cè)量輸出電壓的數(shù)值,再通過換算即可得到所測(cè)量物體的重量。在下層底部安裝了一個(gè)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(tái)，發(fā)出警報(bào)。作品中所用到的示波器是由Labview軟件構(gòu)成。Labview(LaboratoryVirtualinstrumentEngineering)是一種圖形化的編程語言，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，被視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)置了便于應(yīng)用TCP/IP、

Activ等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫函數(shù)。這是一個(gè)功能強(qiáng)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(shè)計(jì)的想法是盡量與現(xiàn)實(shí)中的面板相一致，實(shí)現(xiàn)示波器最基本的顯示和調(diào)節(jié)功能。所以設(shè)計(jì)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(jī)電荷耦合器件的突出特點(diǎn)是以電荷作為信號(hào)，而不同于其他大多數(shù)器件是以電流或者電壓為信號(hào)。所以CAD的基本功能是電荷的存儲(chǔ)和電荷的轉(zhuǎn)移。它存儲(chǔ)由光或電激勵(lì)產(chǎn)生的信號(hào)電荷，當(dāng)對(duì)它施加特定時(shí)序的脈沖時(shí)，其存儲(chǔ)的信號(hào)電荷便能在CAD內(nèi)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(zhuǎn)化為灰度圖，對(duì)灰度圖進(jìn)行二值化處理，最后經(jīng)過篩選，將其轉(zhuǎn)化為顯示車輛位置的圖像。CCD相機(jī)的安裝如圖5所示。圖5CCD相機(jī)的安裝3.3控制部分計(jì)算機(jī)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(zhuǎn)化為數(shù)字量，再傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理的過程。而過程控制是計(jì)算機(jī)對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行分析、計(jì)算、判斷，然后發(fā)出指令，指揮執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)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(shè)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(dāng)于開關(guān)的作用），使電路導(dǎo)通和斷開，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)和停止。使用5V、20A的電源帶動(dòng)繼電器組模板，繼電器模板的XM端與DC-都與電源負(fù)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(hào)輸入端子排（X1-X16）。為了滿足電機(jī)所需的功能（正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止），兩個(gè)繼電器互相連接成特殊的樣式（一個(gè)繼電器的常開觸點(diǎn)接到另一個(gè)繼電器的常閉觸點(diǎn)，另一個(gè)繼電器的常開觸點(diǎn)接到這一個(gè)繼電器的常閉觸點(diǎn)），每個(gè)繼電器的公共端分別連接到一個(gè)電機(jī)的正負(fù)極。最后將一個(gè)24V電源兩極分別接到其中一個(gè)繼電器的常開和常閉觸點(diǎn)。這樣就完成了一個(gè)電機(jī)的控制接線。然后以此類推，完成余下電機(jī)的接線。在Labview軟件里添加了一個(gè)非門邏輯電路，以避免電源打開時(shí)所有電機(jī)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況。同時(shí)在機(jī)械部分裝置壓力傳感器，當(dāng)汽車駛?cè)霑r(shí)，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(jī)械創(chuàng)新分為可停放車輛的二層小型停車場(chǎng)以及一個(gè)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(gè)激光傳感器和一個(gè)壓力傳感器，從多角度、多維區(qū)來檢測(cè)車輛停放情況及位置定位，用CCD相機(jī)進(jìn)行圖像檢測(cè)。4.3數(shù)據(jù)采集卡控制全部通過數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行檢測(cè)和控制。五、應(yīng)用前景我國目前的停車問題十分嚴(yán)峻，隨著小康社會(huì)的全面建設(shè)，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(shè)地下停車場(chǎng)，面積大的地下停車場(chǎng)空間難以充足利用，此項(xiàng)技術(shù)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(gòu)建難的問題。此裝置操作簡(jiǎn)單，成本低，性價(jià)比高，可以廣泛應(yīng)用于商場(chǎng)、小區(qū)等地下車庫推廣便捷，更容易被人們接受，應(yīng)用更加廣泛。六、作品展示(a)雙層停車場(chǎng)(b)升降臺(tái)圖6貨架式雙排雙層停車裝置實(shí)物圖圖6是從不同角度拍攝的雙層停車裝置的實(shí)物圖，其中包含傳送帶、鋼制框架、電機(jī)、導(dǎo)軌和定滑輪。

a)貨架式雙排停車裝置整體結(jié)構(gòu)圖(b)貨架式雙排停車裝置側(cè)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(jié)構(gòu)圖(b)貨架式雙排停車裝置側(cè)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(gè)數(shù)字輸出信號(hào)控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)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(gè)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的停止。當(dāng)P0.0端沒有輸出信號(hào)，P0.1端沒有輸出信號(hào)時(shí)，電動(dòng)機(jī)就停止。當(dāng)P0.0端有輸出信號(hào)，P0.1端沒有輸出信號(hào)時(shí)，電動(dòng)機(jī)就正轉(zhuǎn)。當(dāng)P0.0端沒有輸出信號(hào)，P0.1端有輸出信號(hào)時(shí)，電動(dòng)機(jī)就反轉(zhuǎn)。當(dāng)P0.0端有輸出信號(hào)，P0.1端也有輸出信號(hào)時(shí)，電動(dòng)機(jī)就停止。以此類推，可以控制多個(gè)電機(jī)實(shí)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(tái)下層-.圖10Labview軟件人機(jī)界面圖11電氣控制箱內(nèi)數(shù)據(jù)采集卡圖10是Labview軟件人機(jī)界面截圖，通過按鈕來扌空制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，從而達(dá)到傳送帶的前后傳動(dòng)。圖11是電氣控制箱內(nèi)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(dá)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(hào)輸出端分別接到繼電器組的信號(hào)輸入端，并用5V、20A的電源帶動(dòng)繼電器組，繼電器組控制端接到減速電機(jī)，接入24V電源帶動(dòng)減速電機(jī)。圖13為整體圖。圖13整體圖參考文獻(xiàn)日本大阪府大金工業(yè)株式會(huì)社，淺野正春，分類號(hào)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(qǐng)?zhí)?01220424473.0，2013.02.20趙忠利.立體停車場(chǎng).中國專利，申請(qǐng)?zhí)?01210433399.3，2013.01.23靳立強(qiáng)，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(jī)構(gòu)，中國專利，申請(qǐng)?zhí)?01510026035.72015.05.13閆存富，郭曉紅，王瑞利，楊漢嵩，馬志國，陳會(huì)鴿，劉超，何春霞.一種小型立體停車