CN108331405A - 一种升降旋转平移式自动停车控制系统及其控制方法 - Google Patents

一种升降旋转平移式自动停车控制系统及其控制方法 Download PDF

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陈绪兵
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Abstract

本发明公开了一种升降旋转平移式自动停车控制系统及其控制方法，该系统包括机械装置、硬件电路和控制程序；机械装置包括控制机箱和自动停车平台；自动停车平台的侧面设置有立柱，立柱上安装有旋转载车板，旋转载车板能沿立柱作升降运动，并绕立柱作旋转运动；自动停车平台上层设置有移动载车板和多个车位，自动停车平台上层的两侧设置有轨道，移动载车板能沿轨道作平移运动，将待停的汽车运送到空闲的车位中；通过控制程序规划停/取车路径，并控制旋转载车板的升降和旋转动作，控制移动载车板的停/取车动作以及平移动作，实现对汽车的自动停车和取车。本发明结构简单、操作方便，能够大大缓解城市的停车压力，具有较高的经济价值。

Description

一种升降旋转平移式自动停车控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种升降旋转平移式自动停车控制系统及其控制方法。
背景技术
随着城市交通的发展和人民生活水平的提高，私人小汽车的数量急剧增加，停车难已成为世界各大城市面临的共同问题。近年来，机动车及驾驶员增势迅猛，例如武汉市，截至目前，全市机动车保有量266万辆，机动车驾驶人406万人。
国外对城市停车问题的研究始于上世纪中期，随着美国、德国等一些早期工业化国家的经济复苏，越来越多的人们开始拥有汽车，停车问题备受人们的关注，由此推动了学者们对自动停车单元的研究。
与发达国家相比，我国对停车系统的研究比较晚，在上世纪90年代，才逐步有了自动停车的概念。通过十几年不断地研究，也取得了一些成就。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种升降旋转平移式自动停车控制系统及其控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种升降旋转平移式自动停车控制系统，该系统包括机械装置、硬件电路和控制程序；其中：
机械装置包括控制机箱和自动停车平台，自动停车平台分为上下两层，下层停车位供用户直接停车使用，上层停车位通过系统控制辅助停车使用；自动停车平台的侧面设置有立柱，立柱上安装有旋转载车板，旋转载车板能沿立柱作升降运动，并绕立柱作旋转运动；自动停车平台上层设置有移动载车板和多个车位，自动停车平台上层的两侧设置有轨道，移动载车板能沿轨道作平移运动，将待停的汽车运送到空闲的车位中；每个车位上均设置有红外对管；
控制机箱与自动停车平台相连；硬件电路设置在控制机箱内，包括电源管理电路、K60最小系统电路、步进电机驱动电路以及车位检测电路；电源管理电路、步进电机驱动电路和车位检测电路均与K60最小系统电路相连；车位检测电路与红外对管相连，用于检测车位上是否停有汽车；
控制程序存储在K60最小系统电路中，通过控制程序规划停/取车路径，并控制旋转载车板的升降和旋转动作，控制移动载车板的停/取车动作以及平移动作，实现对汽车的自动停车和取车。
进一步地，本发明的系统还包括与步进电机驱动电路相连的六个用于辅助停车的步进电机；其中：
第一电机和第二电机设置在立柱和旋转载车板之间，通过第一电机控制旋转载车板沿立柱进行升降，通过第二电机控制旋转载车板绕立柱进行旋转；
第三电机和第四电机分别设置在移动载车板的两端，通过第三电机和第四电机控制汽车在移动载车板上进行升降，实现停/取车操作；
第五电机和第六电机分别与两侧的轨道固定连接，通过第五电机和第六电机控制移动载车板在轨道上进行平移。
进一步地，本发明的控制机箱上还设置有液晶显示屏、OLED显示屏、复位按键、停车按键和开关按键。
进一步地，本发明的电源管理电路采用三级电压供电，三级电压分别为12V、5V、3.3V；12V电压由12V 20A开关电源供电，为电机供电；3.3V电压为K60最小系统电路；5V电压为红外对管、液晶显示屏供电。
进一步地，本发明的K60最小系统电路中的主控芯片采用32位ARM Crotex-M4为内核，其内部集成有晶振电路和时钟电路，外部连接有3.3V供电电源电路和滤波电路。
进一步地，本发明的步进电机驱动电路中的驱动具有16细分，并能手动设置步进电机的细分值，其工作电流为2.5A；步进电机驱动电路上还连接有5V的信号电源和12V的电机电源，两者电气绝缘。
进一步地，本发明的车位检测电路设置有多组车位检测接口，每组接口相互独立；当车位上停了车时，红外对管检测到物体，OUT口输出低电平，默认状态为高电平，K60最小系统电路检测到该信号后判断此车位上有车。
本发明提供一种升降旋转平移式自动停车控制方法，包括以下步骤：
停车操作：
S1、用户将待停的汽车驾驶到旋转载车板上，通过控制机箱选择自动停车功能；
S2、获取红外对管采集到的数据，判断得到空闲的车位所处的位置，系统进而完成自动停车路径规划；
S3、步进电机驱动电路开始工作，控制旋转载车板沿立柱上升到指定高度，并沿立柱旋转将汽车放置在移动载车板上；移动载车板将汽车升起，并沿轨道平移至指定的车位，再将汽车下降至该车位，完成停车操作；
取车操作：
S4、用户通过控制机箱输入待取汽车的车位信息，选择自动取车功能；
S5、获取红外对管采集到的数据，检测到汽车位于该车位上，系统进而完成自动取车路径规划；
S6、步进电机驱动电路开始工作，移动载车板沿轨道移动至该车位，控制移动载车板将汽车升起，继续沿轨道平移至旋转载车板上，控制移动载车板将汽车放置在旋转载车板上；控制旋转载车板绕立柱旋转，并沿立柱下降至用户取车的位置，完成取车操作。
本发明产生的有益效果是：本发明的升降旋转平移式自动停车控制系统及其控制方法，结构简单，能够适用于各种停车环境，提供了一种能够大大提供停车位使用效率的自动化停车系统；操作方便，停车过程自动实现，避免了停车高峰期，由于用户停车时间较长造成的拥堵；该系统能够大大缓解城市的停车压力，具有较高的经济价值。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明机械结构部分；
图2为本发明控制系统框图；
图3为本发明3.3V电源电路；
图4为本发明5.0V电源电路；
图5为本发明K60最小系统简图；
图6为本发明电机驱动电路；
图7为本发明单次停取车程序设计流程图。
图中：1-第一电机，2-第二电机，3-第三电机，4-第四电机，5-第五电机，6-第六电机，7-汽车，8-移动载车板，9-立柱，10-旋转载车板，11-轨道，12-车位。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例由机械装置、硬件电路设计和程序开发三部分组成。机械装置分为上下两层，共8个车位。第一层停车位用户可直接停车，第二层停车位需要电机辅助停车。硬件电路设计主要包括电源管理电路、K60最小系统电路、步进电机驱动电路、车位检测电路等。程序开发主要包括步进电机控制、规划停/取车路径、车位和按键检测、液晶显示程序等。
机械装置中第二层停车位需要六个电机辅助停车。其中一个电机控制旋转载车板的升降，一个电机控制旋转载车板的旋转，两个电机同步控制取/放车动作，两个电机实现移动载车板的平移动作，经过升降旋转平移等动作可以实现停/取车操作，整个过程中用户可通过液晶显示屏观看整个系统的运动状态。
第一层停车位用户可直接停车，第二层停车位需要电机辅助停车，其中1号电机控制旋转载车板的升降，2号电机控制旋转载车板的旋转，3、4号电机同步控制取/放车动作，5、6号电机实现移动载车板的平移动作，经过升降旋转平移等动作可以实现停/取车操作，整个过程中用户可通过液晶显示屏观看整个系统的运动状态。其中自主设计的专用电路板电路主要包括电源管理电路、K60最小系统电路、步进电机驱动电路、车位检测电路等。程序开发主要包括步进电机控制、规划停/取车路径、车位和按键检测、液晶显示程序等。其控制系统框图如图2。
电源管理电路采用三级电压供电，分别为12V、5V、3.3V。12V电压由12V20A开关电源供电，保证了多电机同时工作时能提供足够大的电流。如图3，3.3V电压专门给K60微处理器供电，既节能，又能减小电路中电压波动对处理器稳定性的影响。如图4，5V电压驱动12864液晶显示屏、红外对管等设备。
K60最小系统电路以32位ARM Crotex-M4为内核，共144个外部引脚，具有全速和高速USB2.0On-The-Go带设备充电探测，硬件加密和防窜改探测能力，以及丰富的模拟、通信、定时和控制外设的256MAPBGA 1MB闪存，主频可达到150MHZ。其内部集成有晶振、时钟电路，在设计最小系统时，只需考虑3.3V供电电源电路和滤波电路，设计可参考K60Sub-FamilyReference Manual。如图5所示为K60最小系统简图，省略了其他没用到的I/O口。
步进电机驱动电路具有16细分、发热低、散热性好等优点，正常工作电流可达到2.5A。电源系统分为信号电源(VDD GND，5V)和电机电源(VMOT GND，12V),两者电气上是绝缘的。如图6所示，1A、1B接步进电机其中的一组线圈，2A、2B接另一组线圈；使能接电源0V有效；DIR接K60的IO口PTA13，控制步进电机旋转方向；STEP接K60的IO口PTA5，控制步进电机的步进值；MS1、MS2、MS3分别接K60的IO口PTA29、PTA26、PTA27，可通过程序设置步进电机的细分值，细分越多，跑得声音越小，振动越小，跑得越慢，精度越高。
车位检测电路一共有四组车位检测接口，每组接口相互独立，可同时工作。当车位上停了车时，红外对管检测到物体，OUT口输出低电平(默认状态为高电平)，处理器检测到该信号便可以判断此车位上有车。
本发明涉及的软件部分主要分为步进电机控制程序、规划停取车路径、车位和按键检测、液晶显示程序程序四个板块，单次停取车程序设计流程图如图7所示。
本控制机箱面板有电源开关1个、12864液晶1个、OLED显示屏1个、独立按键6个以及提示标签。12864液晶显示屏显示开发单位、停取车状态以及剩余车位；OLED作为调参显示屏，可以显示各种参数和调试时间；停车按键和取车按键能够一键停取车。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种升降旋转平移式自动停车控制系统，其特征在于，该系统包括机械装置、硬件电路和控制程序；其中：
机械装置包括控制机箱和自动停车平台，自动停车平台分为上下两层，下层停车位供用户直接停车使用，上层停车位通过系统控制辅助停车使用；自动停车平台的侧面设置有立柱(9)，立柱(9)上安装有旋转载车板(10)，旋转载车板(10)能沿立柱(9)作升降运动，并绕立柱(9)作旋转运动；自动停车平台上层设置有移动载车板(8)和多个车位(12)，自动停车平台上层的两侧设置有轨道(11)，移动载车板(8)能沿轨道(11)作平移运动，将待停的汽车(7)运送到空闲的车位(12)中；每个车位(12)上均设置有红外对管；
控制机箱与自动停车平台相连；硬件电路设置在控制机箱内，包括电源管理电路、K60最小系统电路、步进电机驱动电路以及车位检测电路；电源管理电路、步进电机驱动电路和车位检测电路均与K60最小系统电路相连；车位检测电路与红外对管相连，用于检测车位(12)上是否停有汽车(7)；
控制程序存储在K60最小系统电路中，通过控制程序规划停/取车路径，并控制旋转载车板(10)的升降和旋转动作，控制移动载车板(8)的停/取车动作以及平移动作，实现对汽车(7)的自动停车和取车。
2.根据权利要求1所述的升降旋转平移式自动停车控制系统，其特征在于，系统还包括与步进电机驱动电路相连的六个用于辅助停车的步进电机；其中：
第一电机(1)和第二电机(2)设置在立柱(9)和旋转载车板(10)之间，通过第一电机(1)控制旋转载车板(10)沿立柱(9)进行升降，通过第二电机(2)控制旋转载车板(10)绕立柱(9)进行旋转；
第三电机(3)和第四电机(4)分别设置在移动载车板(8)的两端，通过第三电机(3)和第四电机(4)控制汽车(7)在移动载车板(8)上进行升降，实现停/取车操作；
第五电机(5)和第六电机(6)分别与两侧的轨道(11)固定连接，通过第五电机(5)和第六电机(6)控制移动载车板(8)在轨道(11)上进行平移。
3.根据权利要求1所述的升降旋转平移式自动停车控制系统，其特征在于，控制机箱上还设置有液晶显示屏、OLED显示屏、复位按键、停车按键和开关按键。
4.根据权利要求3所述的升降旋转平移式自动停车控制系统，其特征在于，电源管理电路采用三级电压供电，三级电压分别为12V、5V、3.3V；12V电压由12V 20A开关电源供电，为电机供电；3.3V电压为K60最小系统电路；5V电压为红外对管、液晶显示屏供电。
5.根据权利要求1所述的升降旋转平移式自动停车控制系统，其特征在于，K60最小系统电路中的主控芯片采用32位ARM Crotex-M4为内核，其内部集成有晶振电路和时钟电路，外部连接有3.3V供电电源电路和滤波电路。
6.根据权利要求2所述的升降旋转平移式自动停车控制系统，其特征在于，步进电机驱动电路中的驱动具有16细分，并能手动设置步进电机的细分值，其工作电流为2.5A；步进电机驱动电路上还连接有5V的信号电源和12V的电机电源，两者电气绝缘。
7.根据权利要求1所述的升降旋转平移式自动停车控制系统，其特征在于，车位检测电路设置有多组车位检测接口，每组接口相互独立；当车位上停了车时，红外对管检测到物体，OUT口输出低电平，默认状态为高电平，K60最小系统电路检测到该信号后判断此车位上有车。
8.一种采用权利要求1的升降旋转平移式自动停车控制系统的控制方法，其特征在于,包括以下步骤：
停车操作：
S1、用户将待停的汽车驾驶到旋转载车板上，通过控制机箱选择自动停车功能；
S2、获取红外对管采集到的数据，判断得到空闲的车位所处的位置，系统进而完成自动停车路径规划；
S3、步进电机驱动电路开始工作，控制旋转载车板沿立柱上升到指定高度，并沿立柱旋转将汽车放置在移动载车板上；移动载车板将汽车升起，并沿轨道平移至指定的车位，再将汽车下降至该车位，完成停车操作；
取车操作：
S4、用户通过控制机箱输入待取汽车的车位信息，选择自动取车功能；
S5、获取红外对管采集到的数据，检测到汽车位于该车位上，系统进而完成自动取车路径规划；
S6、步进电机驱动电路开始工作，移动载车板沿轨道移动至该车位，控制移动载车板将汽车升起，继续沿轨道平移至旋转载车板上，控制移动载车板将汽车放置在旋转载车板上；控制旋转载车板绕立柱旋转，并沿立柱下降至用户取车的位置，完成取车操作。
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