基于公交站台的共享电动车智能停车库研究

邓玉梅，董锟

（咸宁职业技术学院，湖北咸宁，437000）

0 引言

随着共享理念进一步嵌入日常生活，越来越多的共享资源随之进入视野。如共享单车解决了人们的出行最后一公里节能减排，是一种环保廉价的出行方式。

共享单车的产生虽然给出行带来了很大的便利，但是大量的共享单车停放占用城市宝贵的路面空间，有的地方因乱停乱放造成路面拥堵，严重影响市民正常通行，影响了市容市貌。同时乱停乱放成为城市管理者非常焦虑的问题。目前，共享电动车需要通过人工回收充电再投放，需要花费大量的人力物力。

因此，研究开发一种利用公交站台顶部空间的智能停车库具有重要意义。本文通过SolidWorks 软件对整个装置进行设计，结合PLC 控制技术实现系统控制，采用无线充电技术，利用太阳能蓄电和电缆双重供电，无需花费人力来调整车位、回收充电和投放，并开发APP 扫码一键还取车辆，节约了城市空间，最大化利用了空间上的占用率，实现了共享电动车自动充电，节能环保。

1 智能停车库工作原理

用户通过APP 扫码向智能停车库发出租车指令，系统收到租车指令时，获取停放在充电区域且电量充足的共享电动车信息，后台服务器会向对应的停车位伸缩手臂发出取车的信号，伸缩手臂由固定体与移动体通过电动机传输动力使移动体伸出及缩回，从而达到合适的延伸距离和精准的停车位置，伸缩手臂的各节臂以相对的速度进行伸缩从而精准抓车、停车，伸缩手臂执行命令，系统将对应找到车库号，升降门板自动沿着销钉向外翻转90º，沿着伸缩滑轨向下移动，直至地面；收到停车指令时，获取停放在地面等待区的共享电动车，用户只需将车辆移动至对应的车位槽，通过升降系统将该共享电动车转移至缓冲区，最后机械抓手再将电动车转移至充电区域进行充电，APP 显示已经还车成功。

2 智能停车库结构设计

共享电动车智能停车库由位置监测模块、充电模块、升降模块、水平移车模块、控制模块五大部分组成。具体有太阳能板、无线充电桩、水平滑轨、升降门板、抓车装置、升降滑轨等机构。智能停车系统整体结构图如图1 所示。

图1 智能停车系统整体结构图

2.1 位置监测模块

位置监测系统，用于获取共享电动车的位置，以控制充电模块及升降门板机构的联动。分别安设在缓冲区、充电区域及地面等待区的多对激光收发器，激光收发器检测到共享电动车的位置后进行相应的动作触发以对共享电动车的位置进行转移。激光发射器发射激光，若激光接收器能接收到信号则表示没有障碍物，若没有接收到信号，则表示该区域有共享电动车。

2.2 升降模块

升降系统包括升降门板，竖向安设在公交站台面板上的纵向滑轨，门板上设有滑槽，滑槽内滑动设有用于卡接共享电动车的停放槽，智能停车升降系统结构图如图2 所示。共享电动车停放在升降门板的停放槽内，升降门板沿着纵向滑轨上下移动以转移共享电动车。正常不工作状态时，升降门板位于公交站台的上方。升降电机运动带动升降门板上下移动。当移动最上端时，通过旋转电机驱动升降门板旋转收拢形成封闭的停车库。需要取车或还车时，系统对应找到车库号，升降门板旋转向外翻转90º，沿着纵向滑轨向下移动直至地面，用户只需将车辆从车位槽进行取车和还车。

图2 智能停车升降系统结构图

纵向滑轨采用的是重型伸缩滑轨。重型伸缩滑轨的优势在于高精度，高承重，可超行程，伸缩具有平稳性且安全系数较高。导轨表面是由工业标准镀锌和钝化10～12微米表面保护。电镀符合RoHS 标准：部分伸缩50%负载能力120～500kg/对，可以使导轨在伸缩的时候有很高的可靠性，安全性。

2.3 充电模块

当系统检测到电动车电量不足时，会自动通过无线充电装置对共享电动车进行充电；充电的电能一部分来自于预埋的充电电缆，一部分通过太阳能供电。利用停车库顶部安装的太阳能板，将太阳能板吸收光能，通过利用半导体材料的光电效应，将光能转化为电能，通过蓄电池，把电能以化学能形式储存在智能供电系统中，使用时再转化成电能，或者可直接利用。电动车采用无线充电技术，通过安装在停车板下的供电导轨以高频交变磁场的形式将电能传输给运行在停车板上一定范围内的车辆接受端电能拾取机构，进而给车载储能设备供电。该装置由电池、双向充电感应器、交直转换器和控制系统组成。充满自停，不会过充，既延长电瓶使用寿命，也避免发热引起火灾，便捷使用，高效节能。当蓄电池电量不足时，充电系统会自动切换到电缆充电。

2.4 水平移车模块

水平移车系统由伸缩电机、伸缩手臂、机械抓手、水平滑轨构成，水平移车系统结构图如图3 所示。伸缩电机驱动伸缩手臂沿着水平滑轨伸出和缩回移动，伸缩手臂前端安装机械抓手，机械抓手张开或收紧以放开或抓紧共享电动车。当共享电动车到达缓冲区后，伸缩电机驱动伸缩臂伸出至缓冲区抓住共享电动车的前轮位置，然后张开机械抓手将共享电动车的前轮抓住，伸缩手臂缩回时带动共享电动车移动至充电区域进行充电。反之需要使用时，升降门板打开，伸缩手臂带动共享电动车移动至缓冲区继续推动至升降门板上，然后松开抓手退回原位，升降门板带动共享电动车下降至地面等待区即可。

图3 水平移车系统结构图

3 智能停车库控制系统设计

控制系统是智能停车库的核心部件，负责系统整体状态检测、车辆存取控制、系统信息显示、与后台交互等，主要由电源管理模和控制系统两部分组成，整体框图如图4 所示。

3.1 电源管理模块

电源管理模块的主要功能是接收前端电源并将其转换为可以通过无线充电模块为电动车充电的电源和为系统整体正常工作所需的电源。系统工作电源的来源有两个：第一个是通过太阳能板转换得到的电能，第二个是市电电缆，其中太阳能板转换得到的电能为系统主要能量来源，只有在太阳能电源无法满足系统需要时，系统才接收市电电缆传输的电能。当太阳能电源充足、系统使用有剩余时，则可以暂时存储在储能电源中，以最大程度提高太阳能电源使用效率，提高系统绿色环保特性。

3.2 控制系统

智能停车库控制系统采用触控显示屏进行控制，主要包括：PLC 控制器、升降模块、水平移车模块、位置监测模块、通信模块和触控显示屏等。PLC 控制器根据从触控显示屏、通信模块及传感器接收到的信号，向变频器发送电机控制指令。位置监测模块监控系统及各车位车辆状态。升降模块及水平移车模块主要由变频器和电机组成，共同完成电动自行车的入库和出库动作。通信模块完成智能停车库与运行后台之间的信息交互，完成车辆及车库状态信息上传和后台控制信息的下发。系统整体运行状态均可通过触控显示屏进行显示，用户及管理员部分操作可以通过触控显示屏完成。

硬件选型方面，根据控制系统需要，本系统选择西门子S7-200 系列的PLC 控制器作为系统控制核心，PLC 控制器与触控显示屏通过RS485 总线进行通信，完成与用户或管理者之间的系统交互及信息显示。数字量输入输出模块采用包含16 输入24VDC/16 输出继电器的SM1223。升降模块及水平移车模块电机均采用交流电机；选用2 个INVT Goodrive10 迷你经济型变频器完成电机控制。

控制系统总流程图如图5所示。系统上电后，系统和通信模块开始初始化，并与后台进行信息交互，将车位信息等状态信息反馈至后台。若后台有控制信息下发，则进行控制信息处理并反馈相关处理状态，此后开始检测是否有用户扫码，如有用户扫码还车，则执行扫码还车子程序，如为扫码取车，则执行用户取车子程序。系统通过水平移车模块和升降模块完成对自行车的入库和出库动作，取车和还车子程序如图6所示。

图6 取车和还车子流程图

4 结语

本文是基于公交站台的共享电动车智能停车库的研究。以“服务社会、服务人民、绿色环保、完善管理、高效节能”为设计理念，充分利用现有的公交站台、候车厅等顶部空间，节约了城市空间，最大化利用了空间上的占用率，消除了共享电动车占道压力、消除露天停车安全隐患及降低了电动车损坏率；实现了太阳能蓄电和无线充电技术，保障供电及时；扫码一键还取车辆；无需花费人力来调整车位、回收充电和投放。提高传统的公交站台利用率，开拓新型经济发展。本项目的实施可促进共享经济行业的健康发展，又可助力智慧城市建设，引领智能停车科技，做城市文明的传播者，该系统具有广泛的市场需求和应用前景。