摘 要

车辆几乎已成为居民出行的必备工具，近十年来，我国汽车的拥有率有了极大的增长，但是停车位的增长速率远远落后于汽车数量的增长。因此不断增长的汽车拥有量让人们的出行看起来更加方便的同时，却也有因为没处停车而导致有车不敢开的问题，这种问题在一些人群聚集区，比如大型商场、饭店，办公场所附近等尤为明显。然而在寸土寸金的地方，留出大片面积作为停车用地显然不现实。能够有效扩增车库数量的立体车库的出现为这个问题的解决提供了一个很好的方向。立体车库不光可以有效地提高单位面积的土地利用率，而且易于和工业控制器相结合来实现自动化的管理。

本文通过了解国内外立体车库的相关信息，阐述了立体车库及其自动控制的发展背景。对三层三列升降横移式立体车库的基本结构，特别是与控制相关的结构进行描述。接着介绍了车库的工作原理，并对存取车的流程进入深入的分析，在此基础上进行车库控制系统的硬件软件研究。硬件和软件部分又分别分为单片机部分和PLC部分，对各部分的工作原理、应用方式进行了详细的介绍，以存取车的控制流程为线索对软件部分程序进行了分析和编写，包括通过串行通讯将单片机同PLC连接的方法。最后通过仿真运行验证了程序。

本控制系统的主要特点是综合利用了单片机和PLC构成了包括人机交互，信息传递的小型低成本的控制系统，适用于小型车库的控制。

关键词：升降横移；立体车库；单片机；PLC；串口通信；

Abstract

Vehicles have become essential tools for residents to go out. In recent ten years, China's car ownership rate has been greatly increased, but the growth rate of parking spaces are far behind the growth of the number of cars. Therefore, the car brings convenience to people, and it also produce a "parking difficult" problem at the same time. This problem is especially obvious in some crowd gathering areas, such as large shopping malls, restaurants, office space, etc. However, in urban areas, building large parking area is not practical. The emergence of three-dimensional garage provides a good idea to solve this problem. Stereo garage can not only improve the land use efficiency of the unit area, but also is easy to realize the automation management.

Through the understanding of the relevant information of the three-dimensional garage at home and abroad, this paper expounds the background of the development of the automatic control of the garage. The basic structure of three layers of up-down and translation stereo garage is described. Then the working principle of the garage is introduced, and on the basis of careful analysis of the process of parking and retrieving cars, the hardware and software of the garage control system is designed. Hardware and software was divided into MCU and PLC parts, working principle and each module of which are introduced in detail; with vehicle access control process as a clue software has been analyzed and designed. At last, it introduces the method of connecting MCU with PLC through serial communication.

The main feature of the control system is the comprehensive utilization of the MCU and PLC including the human-computer interaction, information transfer .It is a kind of small-scale and low-cost control system, which is suitable for small garage control.

Key words: Lift-Sliding; stereo garage; MCU; PLC; serial communication;

目录

第1章 绪论 1

1.1. 选题背景 1

1.2. 立体车库的发展现状 1

1.3. 本文主要研究内容 2

第2章 立体车库的机械结构 3

2.1. 主要结构介绍 3

2.2. 车库的工作过程 4

第3章 车库控制系统硬件设计 5

3.1. 控制系统综述 5

3.2. 单片机部分 5

3.1.1. 单片机简介 5

3.1.2. 键盘输入模块 5

3.1.3. LCD显示模块 7

3.2. PLC部分 8

3.2.1. PLC简介 8

3.2.2. PLC的选型 10

3.2.3. PLC的接口分配 10

3.3. 单片机与PLC的通讯 13

3.4. 控制系统其它部件 15

第4章 车库控制系统软件设计 17

4.1. 单片机部分 17

4.1.1. 单片机初始化程序 17

4.1.2. 键盘扫描程序 19

4.1.3. 显示程序 20

4.1.4. 存车程序 20

4.1.5. 取车程序 21

4.2. PLC部分程序编制 21

4.2.1. 车位运动分析 22

4.2.2. 自由口的初始化程序 26

第5章 系统仿真 27

5.1. 仿真系统的搭建 27

5.2. 仿真过程 27

第6章 总结与展望 33

6.1. 总结 33

6.2. 展望 33

致谢 34

参考文献 35

附录A 单片机程序 36

附录B PLC程序 41

第1章 绪论

选题背景

随着全国人民购买力的提高，全国车辆保有量在较十年之前有了近十倍的增长，《2015年全国经济与社会发展公报》显示，在2015年末全国民用汽车保有量达到17228万辆（当中955万辆为三轮车或低速货车），和去年年末相比，增长了11.5%，其中个人汽车保有量14399万辆，增长14.4%。民用轿车保有量9508万辆，增长14.6%，其中私人轿车8793万辆，增长15.8%。根据国际惯例，停车位的需求依据汽车保有量，按100%的比例配置基本停车位，按20%的比例配置公共停车位，即应当有17228万个基本停车位，有3445万个公共停车位。而当下，停车位的供给远远不及需求，如北京市在2014年的汽车保有量为531.1万辆，现有备案车位却不足170万个，缺口巨大。这个事实导致城区各级城市“停车难”现象日益突出。许多有车的人外出吃饭逛商城，都是通过打车，究其原因便是因为开自己的车出去没有地方停车。甚至有次我在搭乘通过Uber叫来的车时，车主告诉我他自己不只是Uber车主，还是Uber用户，因为有时自己出去办事不好停车还不如打车方便。“停车难”不仅是导致各城市道路交通拥堵的一大顽疾，而且，已成为我国城市道路交通畅通工程面临的一大难题；另外，很多住宅小区内停车位十分短缺，导致少数的车库使用费用很高，业主通常将车停于小区内道路边上，进而造成了很多物业管理方面的纠纷。这个难题亟待解决，智能立体车库的因其占地少，使用方便，安全性高等的特点，为“停车难”这一问题的解决带来了希望[^[1]]。对于立体车库，除了研究其机械结构外，合理高效，功能完善的控制系统也是至关重要的一个部分，有着很大的发展空间。

立体车库的发展现状

自从第一个立体车库于1932年开始建于美国并成功运行以来，世界上各国都有发展立体车库，在亚洲地区，土地资源匮乏并且工业发展迅速的日本最先开始进入停车设备领域的研究。从上世纪六十年代便开始进行机械式停车设备（即立体车库）的探索开发、实际生产、推广销售和相关服务，到现在已有四十几年的历史； 与日本有着相似背景的韩国很快学习日本的技术，开始发展立体车库，1987 年在韩国首都首尔，Krupp设计建造了当时世界上最大的自动化车库，能容纳1300辆车[^[2]]。近几年来，各种形式的机械式停车设备在韩国得到了很大的发展和应用，增长速度都在30%左右[^[3]]。我国从上世纪90 年代初开始研究开发机械式立体停车设备，虽然起步较晚，到现在也有了很大的发展，对各种类型的车库都有研究。基于各种车库的特点以及我国的实际情况，目前使用最广泛的是升降横移式立体车库。

升降横移式机械车库依靠车位本身作为载车板进行车辆的存取。这种车库易于采用灵活的结构设置,可根据用户需求调整规模大小，建造方便并且成本不高，同时防火措施、外观美化、地基建设等投资比其他类设备少；并且系统易于和工业控制器相结合，方便自动化控制和管理，使用安全并且可靠。目前国内此类设备的市场占有率最高[^[4]]。