停车场最佳车位显示系统的方案及设计

2012-05-10谢宇

温州职业技术学院学报 2012年4期

谢宇

（温州职业技术学院机械工程系，浙江温州 325035）

0 引言

近年来，随着我国经济的发展，汽车消费也快速进入普通家庭。相对而言，城市交通环境建设远远滞后于车辆保有量的增长，从而导致交通拥挤和停车难问题。造成停车难的原因是多方面的，除车位短缺外，停车规划滞后、停车资源配置不均匀、停车管理技术落后、规章制度不健全及公民社会公德意识淡薄等因素也是重要原因。目前，一般城市中心区的地面公共停车场车满为患，进出困难，而公共地下停车场、高档写字楼的收费停车场的利用率则相对较低。究其原因，则是车主不清楚是否有车位怕麻烦而导致其利用率低。停车场如果能够在入口处向车主告知停车场是否有空位、空位处于什么位置，那么就可以引导汽车快速进入停车场，提高地下停车场利用率，同时可缓解车主因寻找车位造成的交通堵塞现象。

目前，停车场停车管理有收费和免费两种模式。对于收费系统，已经有众多企业进行了软件和硬件开发，技术比较成熟，但安装一套系统成本至少需要10万元以上，显然成本过高。加强免费停车场管理，研发一套能够显示最佳车位的智能停车场控制系统，对解决停车难、疏导交通具有重要意义。

1 停车场控制系统技术方案

以16个停车位、单入口的停车场为例，结合现有停车场控制系统的不足，对停车场智能控制系统进行改进设计，优化工作流程，提高停车场运行效率，如图1所示。

图1 停车场车位导向控制系统

停车场车位由外到里进行编号，从入口处开始编为1号，向里依次变大，最远处为16号车位，其他形状的停车场可以按照实际情况进行编号。停车场入口处设置车位状态显示及最佳车位显示（离入口最近的车位号），方便车主快速停车。门口的道闸根据车位状态和车辆进出情况可以自动打开或关闭。停车场控制系统包括系统控制子系统、出入口检测及车位状态显示子系统、车位信息采集及最佳车位判断子系统、最佳车位显示子系统[1]，如图2所示。

图2 停车场控制系统

1.1 系统控制

（1）启动/停止。控制系统的开始和停止。

（2）道闸手动开/关。用于手动控制道闸打开和关闭。

（3）手动加。PLC中设定一个加减计数器用于停车场内车辆计数，其设定值为16（该数据可以根据实际车位数进行修改）。车辆进入停车场，则计数器数据加1；车辆驶出停车场，则计数器数据减1。系统重新启动后，PLC内部计数器数据清零，此时停车场内若已经有车辆，则根据车辆数，按下手动加按钮若干次，使得计数器内数据等于实际车辆数。

1.2 出入口检测及车位状态显示

（1）出入口检测。停车场出入口采用红外探头1、2检测车辆进入或驶出情况。若车位满时，停车场门口红灯亮，红外探头1检测到车辆要进入停车场，自动门道闸不会打开；若有空车位时，停车场门口绿灯亮，红外探头1检测到车辆要进入停车场，PLC控制自动门道闸打开，车辆通过自动门道闸后，红外探头2检测到车辆通过，控制自动门道闸关闭，同时计数器数据加1，并再次和数据16进行比较判断，为下一车辆进出提供管理依据。若车辆从停车场内驶出，则红外探头2检测到车辆通过，PLC控制自动门道闸打开，车辆通过自动门道闸后，红外探头1检测到车辆通过，PLC控制自动门道闸关闭，同时计数器数据减1。

（2）车位状态显示。PLC根据计数器数据进行判断，若数据小于16，则停车场有空位，指示灯显示绿灯；若数据等于16，则停车场车位满，指示灯显示红灯。

1.3 车位信息采集及最佳车位判断

（1）车位信息采集。在每个车位中间安装光电传感器S△△，其一支管脚接到PLC对应输入端口，另一支管脚接到PLC输入COM端口。当车辆进入时，对应光电传感器S△△置位，相应输入端口X△△接通；当车辆驶出时，对应光电传感器S△△复位，相应输入端口X△△无信号输入，表明该车位空闲。

（2）最佳车位判断。停车场车位采取“离停车场入口越近，车位编号越小”的编号原则。根据PLC输入端口的信息，确定各车位状态。对各车位状态进行比较，确定状态为空的并且编号最小的车位号码为最佳车位。

1.4 最佳车位显示

根据最佳车位判断结果，将该车位号码以二进制编码输出到PLC输出端口Y0-Y3，并作为单片机电路的输入信号，经过处理后通过LED数码管显示在停车场入口处。

2 停车场控制系统硬件设计

2.1 输入信号和控制信号采集

控制系统只需要对16个车位信号进行采集，所以采用开关量信号直接输入端口的方法。车位信息输入信号采集选择对射型光电传感器，其价格较低廉，可以进一步控制成本。因此，根据车位编号，分别在16个车位上安装光电传感器，一端与输入端口相连，另一端与输入COM端口相连，接线简单，维护方便。控制信号采集选择自锁按钮作为总开关，道闸手动开/关及车辆数手动加属于点动控制，一般选择不带自锁的按钮。

2.2 输出信号显示模块处理

输出信号显示模块采用LED七段数码管显示，其优点在于亮度高、显示清晰，且价格便宜。输出信号显示有两种方法：一种是将两个七段数码管直接接到PLC输出端口。99个车位以内只占用14个点。另一种是设计一个外部电路供数码管使用，以单片机与PLC之间的通信显示数据。考虑到PLC价格比较昂贵，I/O点数量有限，因此决定利用单片机减少使用PLC输出端口。数码管显示电路如图3所示。采用单片机的二进制与十六进制数据变化，就能很好地把16个数据用4个输出点来输出显示（如数据16，可以用二进制1111代替，最后利用单片机程序将数据16显示在LED上）。

图3 数码管显示电路

2.3 PLC选型

通过对停车场控制系统的分析，共需采集24个输入信号和控制8个输出信号，其控制对象可以使用直流电源，因此选用三菱FX2N-48MR型PLC，并进行系统I/O分配[2]。PLC输入/输出端口设置见表1。

表1 PLC输入/输出端口设置

2.4 系统接线

根据停车场控制系统要求，PLC工作电压为220V交流电，可以使用市电电源。另需一个24V直流电源提供给单片机与停车场门口信号灯供电，直接采用PLC内置24V直流电源。停车场进出口的道闸开/关通过控制电动机的正反转得以实现。当接触器KM1接通，电动机正转，控制道闸打开；当接触器KM2接通，电动机反转，控制道闸关闭[3]。根据以上设置和PLC的I/O分配，其输入/输出端口电气接线如图4所示。

图4 PLC输入/输出端口电气接线

3 停车场控制系统软件设计

3.1 系统初始化

系统启动按钮X20控制主控指令MCN0M100作为整个系统运行的总开关。PLC内部利用加减计数器C200作为车位计数器，当M8200为0时，C200进行加计数；当M8200为1时，C200进行减计数。PLC将计数数据和设定值进行比较，当C200当前值小于16时，控制Y5接通，停车场门口绿灯亮；当C200当前值等于16时，控制Y6接通，停车场门口红灯亮[4]。

3.2 车辆出入检测、自动门道闸控制及车位显示

若计数器数据小于16，则显示绿灯，表示车位空，有车辆进场（X22有信号），M110置1（表示车辆进场开始），自动门道闸打开，开始计时20s且车辆通过道闸（X23下降沿触发），M111置1（表示车辆进场结束）并将M110复位，自动门道闸闭合，M111复位。M110置1、Y10动作控制计数器C200数据加1。若计数器数据等于16，则显示红灯，表示车位满，有车辆进场（X22有信号），自动门道闸仍闭合。当有车辆驶出时，X23有信号输送至PLC，且M110状态为0（表示没有车辆进场），则M112置位（表示车辆出场开始），自动门道闸打开，开始计时20s且车辆通过自动门道闸（X23下降沿触发），M113置1（表示车辆出场结束）并将M112复位，自动门道闸闭合，M113复位。M112置1、Y10动作控制M8200置1，控制计数器C200数据减1。考虑到自动道闸控制可能会发生故障或需要手动打开和关闭道闸，利用自动程序会不方便，为打开和关闭道闸单独设置对应的手动开关SB5（接X24）和SB6(接X25)。

3.3 车位信息检测

当有车辆进入车位时，对应光电传感器S△△置位，相应PLC输入端口X△△置1；当有车辆驶出车位时，对应光电传感器S△△复位，相应PLC输入端口X△△复位为0。

3.4 最佳车位判断

PLC采集车位信息，对车位状态进行比较。当全部车位上没有车辆或1号车位为空时，即先判断X1是否为0，若为0，则1号车位为最佳车位，PLC将十进制数15输送至数据寄存器D0，D0中保存为1111，将信号1111输送至PLC输出端口Y0-Y3，在数码管中显示1；当1号车位有车辆，2号车位空闲时，则无论其他车位有没有车辆，PLC将十进制数14输送至数据寄存器D0，D0中保存为1110，将信号1110输送至PLC输出端口Y0-Y3，在数码管中显示2；当1号、2号、3号车位都有车辆，4号车位空闲时，则无论其他车位有没有车辆，PLC将十进制数12输送至数据寄存器D0，D0中保存为1100，将信号1100输送至PLC输出端口Y0-Y3，数码管中显示4。其他以此类推，最佳车位判断程序如图5所示。