基于PLC的停车场监控系统设计

摘要：提供一种运用西门子PLC 对自动停车场车辆停放进行有效管理的方案，组态软件监控到信号，改变数据库中指定内容。根据停车场平面图结构，设计数据结构，改进最短路径算法实现从入口到达每个车位的最短路径。把停车场车位状态信息和最短路线给予实时显示。有效解决了停车场停车难的问题，并提高了停车场的安全性和使用率。

关键词：PLC；停车场；最短路径；监控系统

随着我国经济的高速发展，大中城市的汽车数量高速增长，从而引发了停车管理问题。传统人工停车场已不适应日益激增的车辆发展形势，因此自动停车场随之而生。为了使停车场的管理工作有序化、合理化、效率化，本文设计了基于西门子PLC的自动停车场管理系统。德国西门子公司的PLC其结构简单、运行平稳、低噪声、操作安全、性能价格比高、抗干扰能力强、维护方便，可以实现自动化控制，节省人力资源和资金开销。

1 停车场监控系统整体设计

随着车辆的增多，停车场的规模也会日益增大。合理的设计各个程序模块和模块之间的连接方式尤为重要。由于篇幅限制，本文中只对58个停车位的地下停车场进行设计。如果后续需要设计更多结点的停车场，本文中提出的方法也会适用。本文将整个地下停车场监控系统分为两大部分进行設计，分别是下位机程序设计部分和上位机程序设计部分。下位机主要围绕PLC梯形图程序进行设计。通过PLC梯形图检测到光电开关（光电开关安装在各个车位正上方位置），并判断车辆数量是否越界把结果通过指示灯（红绿灯）进行显示。上位机包括组态王程序部分，数据库，界面程序等部分组成。组态程序可以和PLC进行通信，获得停车场实时情况，并整理信号用数据的形式写入到数据库中。界面程序就可以通过读取数据库中的数据，获得实时监控信息并显示到界面上，方便司机找到最佳停车位置[1]。

上位机主要负责接收下位机传来的光电开关信号，判定是否为有效信号。然后搜索数据库，记录停车请求。在数据库中搜索可能的停车位，根据最短路径算法确定停车位置，将数据库更新后显示到LED显示屏上，提示驾驶员。而下位机则负责光电开关的初始化及相关动作的捕捉，随时与上位机进行通信。

2 数据库设计

在实际的地下停车场应用中，停车场车位数量十分庞大，如果在程序中用变量来记录当前停车场每个车位是否被占用信息显然不太合理。用数据库来实时记录停车场每个车位是否被占用信息是一种十分便捷的方法。这里选用SQLite轻型数据库，相比于其他数据库，它的特点有方便操作无需安装或配置管理，数据库文件可以在不同机器间无限共享，支持多种高级语言的开发。Table1表有两个字段。Num，State分别表示车位编号和车位状态（该车位是否被占用）。车位编号从1～58（给每个车位制定了一个编号）。车位状态有0，1，2三种情况。0表示该车位还未被占用，1表示该车位被预定（车辆驶入停车场后会自动分配一个车位），2表示该车位已被占用。数据库名为Park。如下：

表1 数据表定义

3 程序流程图

当司机把车辆驶入停车场入口位置时光电开关被触发，检测到有车辆驶入停车场，对应的变量加一，用来记录当前停车场内的车辆数目（车辆不一定是在车上），当司机把车辆驶出停车场时变量减一。指示灯根据变量数目和停车场能容纳车辆的最大数目（这里是58）进行比较，如果大于最大数目指示灯应显示为红色，告诉后续司机停车场已经没有空闲车位禁止再驶入停车场。如果变量小于停车场能容纳车辆的最大数目则指示灯应显示为绿色，告诉后续司机停车场有空闲车位，可以驶入。

当车辆停放在车位上时，会触发车位上方光电开关。光电开关会产生一个电流信号，传送到PLC，PLC即可知道该车位已被占用。当车辆从车位移开时光电开关电流会断开，PLC不再检测到信号，可得出该车位当前是空闲状态。

4界面程序设计

因停车场内车位数量众多，在车辆稀少情况下停车容易。但在高峰期，停车场内停放车辆较多，占用率大的时候往往出现停车效率低下的情况。针对这种情况本文中提出一种方案，显示停车场内全部车位实时状态方便司机查看当前空闲车位。考虑到停车场内的车位利用率和司机最便捷的停车习惯，车辆刚驶入停车场内的同时为司机预定一个车位并提供最短停车路线。

4.1最短路径算法设计

关于求出定点之间的最短路径，求顶点V0到顶点Vx（x（1，2，..，58））的最短路径的基本思想是：

1）Park[x]，x（1，2，..，58）里存储了每个车位的最近图上的结点编号，也就是树上的结点编号。

2）Path[y]，y（0，1，2，3）里存储了树上各个分支上的结点编号，从上到下的顺序进行存储。

3）通过观察可以得知，结点间的距离可以估算成等距的，特殊稍长距离也不影响程序结果。

4）从Path[y]里找Park[X]结点编号，如果未能找到，说明没有空闲车位。如果找到编号则记录y为Y。时间复杂度是O（n）。

5）记录Path[Y]，从Path[Y，0]起始位置开始连线，直到编号 Path[Y，Park[X]]，即可得出最短路径。

4.2显示路径

按照停车场的平面设计图，同比例设计出显示桌面[2]。每个方格表示一个车位，每个车位有编号。根据方格填充颜色我们可以知道该车位当前状态。方格没有填充颜色表示该车位空闲，红色表示该车位已被占用，黄色表示该车位被预定，绿色表示当前车辆的目的车位。

5结论

结合PLC控制技术和组态软件监控技术设计基于PLC的地下停车场监控系统具体方案，不仅提高了操作系统的可靠性，同时PLC还具有与上机位通信功能，为今后实现联网远程实时控制提供了方便，尤其在实现快捷、便利、安全方面具有很大的发展空间和潜力。

参考文献：

[1]曾凡菊，陈子元.基于PLC控制停车场管理系统设计[J].数字技术与应用，2014，09：17.

[2]谢宇.停车场最佳车位显示系统的方案及设计[J].温州职业技术学院学报，2012，04：44-47.

*基金项目：国家级大学生创新训练项目（编号：201813324020）

作者简介：孙莉（1982-），女，安徽省淮北人，副教授，硕士，研究方向：工业综合自动化