第1章緒論1.1研究背景近些年來，我國的城市建設(shè)在汽車和建筑行業(yè)蓬勃發(fā)展。越來越少的活動空間吸引了公眾和政府對城市交通擁堵和停車問題的關(guān)注。由于公眾設(shè)施過多，原本通暢的交通可能會面臨巨大的破壞，導(dǎo)致更多的乘客和更少的機動交通。中國人口眾多，土地短缺，傳統(tǒng)的停車場無法解決停車問題。由于汽車超過90%的時間是停泊的狀態(tài)，解決停車難題比解決駕駛困難顯得更重要。立體機械車庫在土地和空間的利用上是高效的，是未來城市停車場的主要方向。升降橫移式車庫行業(yè)向公眾提供的66.9%的停車服務(wù)，位居首位。立體機械車庫由于在土地和空間上的巨大利用性，得到了迅速的發(fā)展。綜上所述，本人研究了一種基于SCT89C52單片機的三維車庫門禁車輛?？刂葡到y(tǒng)使用ic射頻卡記錄車輛信息，同時連接閱讀器識別車輛信息。如果成功，車主可以通過屏幕進入車內(nèi)。然后，單片機通過CAN通信協(xié)議向電機發(fā)送信號，并打開車庫門。同時，報警裝置發(fā)出相應(yīng)的信號和接收語音，利用光電傳感器和超聲波雷達準確定位車輛是否越界并報警。最后，通過CAN通信協(xié)議將車輛狀態(tài)下載到上位機，實現(xiàn)實時跟蹤和監(jiān)控。上面的機器可以通過一個計時器、一個警報和一系列其他操作來加載。作為人為主觀操作，能夠使本設(shè)計更加實用。升降橫移類立體停車設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、操作便利、易于后期的保養(yǎng)及維修，建設(shè)周期較短，建設(shè)所需成本比較低，其建設(shè)對場地的要求不高且適應(yīng)性較強。且監(jiān)控操作界面簡潔，適合大眾人群，故能夠完美滿足不同層次人群的存取車要求，所以具有很好的應(yīng)用與推廣價值。1.2研究現(xiàn)狀隨著社會的不斷發(fā)展，國內(nèi)汽車的存有量呈指數(shù)形上升，尤其是私有車輛的儲備數(shù)量急劇增長，導(dǎo)致了城市擁堵問題的頻發(fā)，并且使得本就不富裕的停車位急劇短缺。固有的停車方式由于占用了大量的公共資源，間接增加了交通壓力。為此，立體車庫的發(fā)明應(yīng)運而生，其不僅可以極大的緩解車位緊張問題，還避免了部分車主因無處停放車輛而發(fā)生的違停亂?，F(xiàn)象。立體停車技術(shù)是解決目前城市交通不便、停車難的有效途徑之一。1.2.1國外研究現(xiàn)狀立體停車技術(shù)已經(jīng)在國外發(fā)展了50多年。先后出現(xiàn)了兩層住宅家用停車裝置；二至四層可升降、位移平臺式停車設(shè)備；利用購物廣場和大型建筑物的地下空間；在市中心的商業(yè)和住宅區(qū)建造地下停車場。自20世紀70年代末以來，世界經(jīng)濟迅速發(fā)展，汽車普及，汽車存有量一直在增加，在某些人口眾多的國家、地區(qū)和一些以日本、美國、德國為代表的發(fā)達國家提出了機械停車制造技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。隨著制造業(yè)的引進和移植，韓國、香港、澳門和臺灣的停車場行業(yè)也進行了改進，有效的解決了停車難的問題，并開始通過出口技術(shù)和產(chǎn)品來推廣這一產(chǎn)業(yè)。當前，世界上的停車工業(yè)正在向多樣化發(fā)展，停車技術(shù)包括最先進的技術(shù)，如機械工程、微電子學(xué)、物理液壓、光電學(xué)、磁力控制和計算機技術(shù)等。機器上使用了新的材料和工藝。該裝置的結(jié)構(gòu)是定型的，安裝和拆卸方便。新工藝生產(chǎn)的鋼材不僅提高了設(shè)備的強度和硬度，而且提高了設(shè)備的重量、耐久性和美觀性。在控制領(lǐng)域，程控控制器和矢量電壓轉(zhuǎn)換器廣泛應(yīng)用于閉環(huán)速度控制技術(shù)，實現(xiàn)了快速、平滑、節(jié)能、最大限度降低振動和噪聲的操作?？刂品绞接?按鍵式、IC芯片卡類型、鍵盤操作類型、觸摸屏操作類型、遙控器遠程控制類型等。安全部件由各種光柵顯示器、光電管、機械類行程開關(guān)、光電傳感器轉(zhuǎn)換等組成。例如，光學(xué)定位車輛進出、自動識別車輛的重量和尺寸、保護和限制的車輛行駛速度、自動泊車、纜繩形變危險預(yù)警和補償、自動火災(zāi)感應(yīng)系統(tǒng)等。日本是最早在20世紀60年代初開發(fā)和使用機械停車場來優(yōu)化空間的國家之一。當時，日本大約有500萬輛汽車，其中大多數(shù)裝有垂直停車裝置。20世紀80年代以后，日本開始向亞洲出口產(chǎn)品和技術(shù)。韓國的自動停車技術(shù)起源于日本。20世紀70年代中期引入了自動停車，80年代引入了日本的技術(shù)。在當?shù)厣a(chǎn)和消化之后，供應(yīng)和使用在20世紀90年代開始。韓國近年來增長了近30%，這要歸功于政府對這些階段的高度重視，以及各種機械停車設(shè)備的開發(fā)和廣泛使用。韓國的停車場行業(yè)目前正在穩(wěn)步發(fā)展。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀據(jù)查閱，我國停車場的機械設(shè)備的發(fā)展分三個階段進行，第一個階段是自主研發(fā)階段。自20世紀80年代中期以來，我國就開始開發(fā)和使用機械停車裝置，1988年在北京建造了第一個升降橫移式停車裝置，但是此階段主要是由客戶的特定需求而定制的產(chǎn)品，技術(shù)相對而言不成熟且產(chǎn)品類型單一。第二階段是國外技術(shù)的引進階段。從20世紀90年代開始，海外停車設(shè)備制造商開始與國內(nèi)廠商合作成立合資企業(yè)，引進海外生產(chǎn)技術(shù)，產(chǎn)品范圍逐漸擴大:1991年，在北京建造了國內(nèi)第一個垂直循環(huán)式停車系統(tǒng)，于1997年在上海建成了首個垂直升級類停車設(shè)備，同年在天津建造了首個多層循環(huán)類停車設(shè)備，1998年在深圳建造了第一個窄小巷道類停車系統(tǒng)，2001年在大連建造了第一個可平面位移式停車系統(tǒng)。第三階段是消化技術(shù)和自主研發(fā)階段。從2003年開始，為了提高競爭力，公司開始將進口技術(shù)與國內(nèi)實際應(yīng)用結(jié)合起來，進行重組和創(chuàng)新，并走上獨立研發(fā)的道路。近年來，隨著我國“困難停車”問題的出現(xiàn)，停車設(shè)備行業(yè)發(fā)展迅速。2011年機械式泊車位數(shù)超過一百萬，2013年超過200萬，2015年超過300萬，2016年超過400萬。機械化的立體式車庫是在綜合性能,不僅包括建筑機械停車設(shè)備,而且規(guī)則向區(qū)域景觀、交通管制、功率、建筑結(jié)構(gòu)、建筑照明和通訊、環(huán)境監(jiān)測、通風和排水、消防安全和稅收管理。專業(yè)泊車位結(jié)構(gòu)的演變及其機械和技術(shù)特性。需要多學(xué)科、多專業(yè)復(fù)合型人才的積極參與領(lǐng)域的國外停車場停車的技術(shù)和成熟技術(shù)移植到我們的工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)、安全、經(jīng)濟、高效、節(jié)能、委員會、內(nèi)部和外部的市場的需求。我國立體停車場的初步研發(fā)工作始于20世紀80年代中期，20世紀90年代開始在北京、上海、廣州和深圳引進和生產(chǎn)停車設(shè)備。近年來，以日本等國為參照，制定了工業(yè)標準，數(shù)百家汽車工廠被開發(fā)出來，生產(chǎn)各種類型的汽車，其中一些已經(jīng)開始出口。自2004年起，質(zhì)量監(jiān)督總局已開始規(guī)范高校和科研機構(gòu)的三維車庫。新一代多層次車庫連通性三維移動平面驅(qū)動車庫設(shè)計，軟件最終組裝，采用人機交互，監(jiān)控報警，簡易、高安全性。通過UG軟件、陸波設(shè)計了一個四層立體車庫含有9個車位,通過更好的裝備,全面介紹了一個簡單的結(jié)構(gòu)和運行效益成本低廉,這使得城市停車難的問題得到有效解決。王海洲提出了一種立體移動車庫的PLC吊裝方案。優(yōu)化停車場的使用，改進操作系統(tǒng)，更新算法是很重要的。周建華從低能耗的角度分析了垂直三層車庫的運行情況。3D車庫有很多優(yōu)點，但是在現(xiàn)實生活中使用時，難免會出現(xiàn)設(shè)計缺陷和人為錯誤。為了解決車輛進入過程的復(fù)雜性和半自動3D車庫的高能耗問題，李久先生提出了一種多色聚焦3D車庫的塊控系統(tǒng)。從時間的角度來看，泊車位置在泊松分布中是最合適的，而泊車時間在正態(tài)分布中是最合適的。在這兩個約束條件下，可以大大提高聯(lián)網(wǎng)車輛的效率，降低能源消耗。隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在深度學(xué)習中的發(fā)展，近年來學(xué)習算法的研究越來越多。廖易侖采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行了優(yōu)化，大大提高了用戶的操作效率。從三維機械車庫的安全角度出發(fā)，理想提出了一種基于視神經(jīng)機械學(xué)習的人機控制算法。車庫發(fā)出的非法入侵警報可以識別。有效改善車庫安全，防止業(yè)主所有權(quán)損失。古金等人提出了一種適用于機械式立體車庫的云智能監(jiān)管系統(tǒng)，是以機械裝置、智能控制系統(tǒng)、機器學(xué)習的算法、編程語言,所以車主向量(SVM)、K鄰近和其他機器學(xué)習算法,通過安全狀況評估和確定的那些公司的資料上傳到云數(shù)據(jù)接口,為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全。1.3研究內(nèi)容及論文結(jié)構(gòu)1.3.1研究內(nèi)容筆者分別在幾個方面對立體車庫的操作步驟進行了優(yōu)化，選用了功耗低、成本低的SCT89C52單片機為核心硬件，設(shè)計了一個機械式立體車庫的存取車控制器系統(tǒng)。其采用IC式讀卡器對車主車輛進行信息識別，認證通過后，車主可使用顯示器進行后續(xù)操作進行存取車，然后單片機經(jīng)由CAN通信協(xié)議發(fā)送信號，驅(qū)動電機，從而實現(xiàn)車庫大門的開合，并播報提示詞和歡迎詞；采用光感應(yīng)器和超聲波雷達進行測距定位，判斷車體有無越界危險，最后由無線通訊將車輛信息上傳至上位機進行實時監(jiān)控?？梢栽谏衔粰C中進行停車計費、安全監(jiān)控實時報警等操作，讓本設(shè)計更加符合人性化需求，大大提升了實用性。本設(shè)計采用了垂直升降式立體機械車庫，其優(yōu)點主要體現(xiàn)在造價低廉、組裝方便且操作簡單，在用戶進行存取車操作的過程中耗時短，能夠滿足不同人群的用戶需求，在對城市中“停車難”的現(xiàn)象提供了解決方法，具有很高的應(yīng)用和普及價值。筆者的主要工作有以下幾點：1、查閱相關(guān)技術(shù)報告和相關(guān)書籍。然后學(xué)習芯片功能模塊的程序，編寫應(yīng)用程序。在以往技術(shù)報告的基礎(chǔ)上，從中找到適合的方式，進行實驗調(diào)試，不斷改進，使其適用于自己的立體車庫系統(tǒng)設(shè)計。通過查閱相關(guān)書籍來了解其方法和意義。2、采購必要的設(shè)備，以便根據(jù)需要設(shè)計立體車庫系統(tǒng)，編制和設(shè)計算法，并考慮到現(xiàn)有資源進行設(shè)計?？紤]到此次畢設(shè)對實踐要求較高，例如僅通過實驗仿真不能夠達到預(yù)期目標，故搭建出相應(yīng)的實物電路進行模擬實驗與實際會更為切合，也對整個實驗的認識更為深刻。3、按照系統(tǒng)要求需要完成電路的設(shè)計與程序的編寫調(diào)試。再結(jié)合搭建好的模型進行模擬。了解外部芯片的操作使用方法，創(chuàng)建和設(shè)計相對應(yīng)的電路圖。完成計算機立體車庫系統(tǒng)的編程設(shè)計和調(diào)試任務(wù)，組裝和處理控制。根據(jù)系統(tǒng)的要求完成電路圖的設(shè)計和所需功能的調(diào)試。1.3.2論文結(jié)構(gòu)本文主要以立體升降橫移式車庫理論為基礎(chǔ)，對立體車庫通道車輛控制裝置的總體設(shè)計以及軟硬件電路的設(shè)計進行了研究?？刂破鞯脑O(shè)計是為了提供一個安全的、用戶友好的環(huán)境，以取代低效的手動控制訪問模式，并提高立體車庫的自動化和智能化。主要創(chuàng)新如下:1.基于SCT89C52單片機的3D車庫控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，其中包括單片機控制模塊、報警模塊、信息傳輸模塊等。2.基于Keil的微芯片軟件的設(shè)計與實現(xiàn)可以讀取IC射頻卡上的信息，驅(qū)動電機啟動車庫門，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶愣ㄎ恢玫挠嬎銠C顯示器。在本文的研究過程中,首先分析并設(shè)計了單片機控制器系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)，微處理器控制程序和控制,和運動的總體框架和車庫,歐盟委員會最終決定委員會的結(jié)果。本文共分為六章，每一章描述如下。第一章首先概述了立體車庫研究的背景和意義，簡要介紹了研究概況，分析了研究在國內(nèi)外的影響，然后介紹了研究的具體結(jié)構(gòu)。第二章從宏觀的角度比較了不同類型的3D車庫的優(yōu)缺點，總結(jié)了不同控制器的操作流程。第三章是系統(tǒng)設(shè)計，包括操作系統(tǒng)硬件單元的設(shè)計，系統(tǒng)控制模塊的設(shè)置和各個模塊的選擇，以及系統(tǒng)總線和系統(tǒng)控制系統(tǒng)的設(shè)計。第四章設(shè)計了系統(tǒng)的單片機和上位機的軟件單元，并對這兩個單元進行了編程。第五章根據(jù)控制系統(tǒng)的運行要求進行仿真，并對仿真結(jié)果進行總結(jié)。最后指出了系統(tǒng)在性能和運行方面存在的不足，并對今后的研究進行了展望。第2章立體車庫的總體結(jié)構(gòu)立體車庫的總體設(shè)計是基于STC89C52單片機的存取車控制器系統(tǒng)的設(shè)計，主要通過射頻技術(shù)讀取用戶卡上的信息，通過CAN通信對發(fā)動機進行控制。它使用Modbus協(xié)議收集數(shù)據(jù)并在計算機上顯示。通過選擇立體車庫的類型和最適合的結(jié)構(gòu)進行實驗，進行了高速傳輸和良好穩(wěn)定性的仿真。2.1立體車庫的分類當下立體車庫的類型比較豐富，根據(jù)不同的分類標準，大致分成以下幾種主要產(chǎn)品類型，有升降橫移式、垂直循環(huán)式、平面移動式等，具體特征見表2-1。表2-1立體車庫的種類和特點車庫種類特點平面移動式建設(shè)所需占地面積大，比較適用于平坦的地面；車庫所需的建設(shè)成本高垂直循環(huán)式建設(shè)所需土地面積較??；對于機械要求程度較高，且效率較低升降橫移式應(yīng)用范圍最廣，對土地的建設(shè)要求居中，且使用操作簡單方便平面移動式、垂直循環(huán)式、升降橫移式外觀結(jié)構(gòu)圖如圖2-1-2-3所示。圖2-1平面移動式外觀結(jié)構(gòu)圖圖2-2垂直循環(huán)式外觀結(jié)構(gòu)圖圖2-3升降橫移式外觀結(jié)構(gòu)圖2.2立體車庫的選型現(xiàn)有市場上立體車庫的種類很多，由于時間有限，將所以種類的立體車庫都研究透徹很困難，所以本論文選取了三種較為典型的車庫類型進行分析，在其中選擇了一種車庫類型進行仿真和實驗研究。三種較為典型的車庫類型特點對比如下：(1)平面移動類型平面移動式立體庫一般用于用戶密集的地方。這類車庫要求高，布局復(fù)雜，經(jīng)濟成本高。與上述兩類不同，這類立交橋的動力器官在運輸工作中經(jīng)常使用大型機械。適合占用面積大，地形條件平坦的地段使用。(2)垂直循環(huán)類型這種立體車庫空間要求低，適合狹窄或小面積使用。就像廣場上的自動扶梯一樣，當汽車在倉庫或租用時，整個立體車庫都會移動。在啟動器上，顯示車庫和空車庫的順序。所有車庫都可以放在車庫中。然而，立體車庫的缺點是停車等待時間長，計算方法不允許減少等待時間。當多個用戶同時等待一個目標被發(fā)現(xiàn)時，等待時間的積累是限制其增長的主要因素之一。目前，它們在國內(nèi)市場上很少使用。(3)升降橫移類型其結(jié)構(gòu)類似于電梯，使車輛從三維水平車庫垂直上升到一定高度，然后水平移動到指定位置的車庫。立體車庫，車庫是靈活的，較低和較高的樓層可以移動到觀看位置之外，其他樓層也可以在內(nèi)部移動，并且在場地上非常靈活，無論是在地面上還是在地面下。需求成本不是很高，經(jīng)濟成本較低，目前在國內(nèi)市場廣泛應(yīng)用。本文選擇了最典型的升降橫移式立體車庫進行分析。立體車庫的選擇與當時的地理環(huán)境密切相關(guān)，允許適當?shù)淖兓蛣?chuàng)新。此外，考慮到規(guī)模、經(jīng)濟成本等因素，立體停車場雖然大，但使用方便，手續(xù)也不復(fù)雜，用戶不必等待太久。車庫在空間利用中也占有重要的地位。所有的車庫都有存在的理由，總的來說，最合適的車庫就是最好的。本文研究了一種通過升降實現(xiàn)橫向移動的立體車庫。2.3立體車庫的結(jié)構(gòu)立體車庫的機械結(jié)構(gòu)大致可分為以下幾個部分。車庫的主框架是最重要的，支撐著汽車的整個重量，保證了泊車過程的安全。從這些要求而言，主要材料為鋼材，下部為鋼筋混凝土，增強了強度和可靠性。載車板是車輛移動的平臺，體積過小會導(dǎo)致司機無法安全駕駛上去。但不要太大。否則會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響，浪費材料和空間。另外，材料本身容易滑動，所以表面選取了鍍鋅板材質(zhì)的材料，事故更少且成本更低。驅(qū)動系統(tǒng):立體車庫驅(qū)動系統(tǒng)主要是指提升裝置和水平位移裝置。停車時，車輛應(yīng)水平放置在指定位置，然后空轉(zhuǎn)。與齒輪傳動相比，鏈傳動具有定位準確、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、效率高等優(yōu)點。第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1設(shè)計方案選擇3.1.1控制器方案選擇在專業(yè)學(xué)習中，我們常用的控制器有兩種選擇，一種是單片機，一種是PLC。在控制器方案的選擇中，我們比較了一下PLC和單片機的優(yōu)點和缺點，來挑選一款作為本設(shè)計的主要核心控制。方案一：采用PLC控制，其主要特點如下：(1）PLC具有非常高的可靠性，在PLC的接口電路中，采用的是光電隔離，將工業(yè)現(xiàn)場的電路和和PLC內(nèi)部的電路隔離開，大大的增強了可靠性和安全性。PLC的模塊與模塊之間采取了屏蔽的功能和自我診斷的功能，模塊和模塊之間不會收到輻射的干擾，而且當軟件或者硬件出現(xiàn)問題時，主控制器會自動診斷出問題，會自動發(fā)生急停措施，防止損失和故障的發(fā)生。(2）PLC的輸入/輸出端端口非常的多，這也是為什么在各行各業(yè)PLC都能廣泛應(yīng)用的原因。在工業(yè)生產(chǎn)中，各種聯(lián)網(wǎng)定位模塊的連接都可以通過PLC的I/O接口進行連接。(3)PLC使用的編程語言為梯形圖狀，和C語言、Java語言等計算機語言不同，不需要那么多的代碼和程序運行，而僅僅通過梯形圖所往下延伸，與繼電器控制類似，所以一般工程現(xiàn)場的技術(shù)人員都能很快的學(xué)會理解，編程語言相對簡單。(4)PLC的安裝比較簡單，不需要為他單獨設(shè)計一個機房，直接將PLC設(shè)備搬到工業(yè)現(xiàn)場，通過接線將PLC與工業(yè)設(shè)備相連接，直接在現(xiàn)場運行即可。這樣的優(yōu)點使PLC不僅安裝起來非常簡單，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時技術(shù)人員也能更方便更快的尋找到問題所在，提高工作效率。(5)PLC的功能非常豐富，除了他最原始的邏輯控制和定時控制外，還可以進行步進控制，PID控制等，而且現(xiàn)在PLC根據(jù)特殊要求，也可以進行聯(lián)網(wǎng)，定位等模塊的設(shè)計。方案二：采用單片機控制,單片機概括如下:單片機在1969年問世，由于它僅有一片運算控制的處理芯片，故又被稱為單片微型計算機SCMC(SingleChipMicroComputer)。單片機內(nèi)部包含的核心元件是CPU，另外有可存儲自身運行所需數(shù)據(jù)和外部數(shù)據(jù)的存儲器RAM、ROM。包含中斷功能方便控制程序，提供定時器、計數(shù)器及多個與外部交互數(shù)據(jù)的I/O口，可以實現(xiàn)功能擴展。１、特點：單片機雖然體積小，組成結(jié)構(gòu)簡單，但是卻擁有強大的控制功能，可以通過提高的I/O端口方便的配合其他器件進行使用，并且運行電壓低，穩(wěn)定性強，控制能力強，可以適應(yīng)場景多。２、分類：單片機在被發(fā)明以后，就一直是計算機發(fā)展領(lǐng)域中的一個重要分支，并且也隨著現(xiàn)代的存儲，運算能力，芯片制作工藝不斷發(fā)展。按照單片機使用的總線類型可將其分為三大類；專用型和總線型／通用型／非總線型。３、發(fā)展歷程：單片機在1969年誕生后，經(jīng)過不斷地更新?lián)Q代發(fā)展，由最初的單片微型計算機到微控制器時期，其中以INTEL8031最具代表性。后來MCS-51系列單片機取代了8031單片機，并不斷的向微型化、智能化發(fā)展，51系列單片機因其眾多的優(yōu)點至今仍被普遍使用。3.1.2位移傳感器方案選擇位移傳感器的功能在本設(shè)計中是對進入車庫的車輛和車庫門之間的距離進行檢測，當距離達到設(shè)置閾值，車庫門自動打開。該傳感器是一種線性可靠器件,應(yīng)用在感應(yīng)金屬方面。傳感器的主要功能就是將非電量轉(zhuǎn)換為非標準信號的電量,通過變送器在轉(zhuǎn)變?yōu)?-20mA的標準電信號。測量形式根據(jù)測量量不同進行采集方式的劃分，由于模擬技術(shù)比較成熟,在我們?nèi)粘Ｉ钍褂幂^多的是模擬式的傳感器,數(shù)字式的傳感器在和上位機進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候省去AD模數(shù)轉(zhuǎn)換,可以簡化電路設(shè)計。以下我們就對常用的位移式傳感器進行介紹:(1) 磁致伸縮線性位移傳感器在石油、化工等行業(yè)中使用的比較多，它的主要功能是對制定目標進行測量和控制，控制群體主要為液體，這類傳感器應(yīng)用的工業(yè)領(lǐng)域比較廣泛，在高強度和高精度的超級惡劣環(huán)境下也能使用，并且對于它的功能沒有什么影響，所以這樣的優(yōu)點讓該傳感器在位移傳感器行業(yè)廣泛使用。該傳感器的工作原理為：首先根據(jù)提供一個初始脈沖，轉(zhuǎn)換為電流脈沖信號。該初始脈沖具備傳輸功能，在儲存?zhèn)}的電路中，導(dǎo)體的方向會產(chǎn)出一個旋轉(zhuǎn)磁場，通過此旋轉(zhuǎn)磁場與本身的磁場之間發(fā)生的碰撞進行采集，采集出另一個電流脈沖信號，再通過算法，將采集到的電流脈沖信號和初始信號的時間差計算出來，繼而計算位移量。(2) 電渦流傳感器:電渦流位移傳感器是一款非接觸式的傳感器，他的特性是趨近式，在物體不接觸到該傳感器但是接近于該傳感器時，傳感器就會發(fā)生感應(yīng)，由于它的抗干擾能力和靈敏度都非常的高，因此在高溫等惡劣的環(huán)境下也能進行工作，所以在一些工作環(huán)境比較惡劣的領(lǐng)悟，比如石化、航空航天等領(lǐng)域，都因為其耐高溫、精準的特點而廣泛使用。而且電渦流傳感器由一個探頭和一個前置放大電路組成，結(jié)構(gòu)非常簡單，因為也被各種大型企業(yè)所運用。經(jīng)過兩者的比較,由于前者更適用于液體，而后者更符合設(shè)計要求，所以本設(shè)計采用后者，趨近式且非接觸的電渦流傳感器,通過磁場的變化,產(chǎn)生電能,驅(qū)動電機自動打開閘門,讓汽車進入車庫中。3.1.3A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片方案選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片在我們?nèi)粘?yīng)用中還是比較多,經(jīng)常使用的有ADC0809,PCF8591等一些模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片,以下我們對模數(shù)芯片做出合適的選擇:方案一:PCF8591，一款功耗比較低，有獨立電源，不需要采用任何外接電路就可以進行串口通信。PCF8591主要性能指標:(1)獨立電源供電模塊;(2)工作范圍的電壓2.5V-6V之間;(3)低電流低功耗;(4)支持RS232串口通信;(5)3個硬件可編程地址;(6)采樣速率取決于I2C總線的速率;(7)4模擬輸入可以單端輸入也可以差分輸入;(8)內(nèi)置跟蹤保持電路;(9)8位逐次逼近型AD轉(zhuǎn)換器;(10)通過1路模擬輸出實現(xiàn)DAC增益。方案二:ADC0809，一款原理為逐次逼近型的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部有8通道多路開關(guān)，每次選通一路輸出,進行A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換。模擬量輸入的大小在0-5V之間,低功耗,價格便宜,應(yīng)用范圍較廣,伴隨著電子技術(shù)的發(fā)展,此款的ADC芯片逐漸被淘汰,但對于大學(xué)生做實驗以及畢業(yè)設(shè)計是非常有意義的。因為本課題主要是完成相應(yīng)的防火防盜的proteus仿真,對于性能要求并不是很高,并且從成本的角度來考慮,在設(shè)計電路的時候,很多時候我們還是更傾向于ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的,因此綜合兩者的比較,本設(shè)計選擇更為操作的ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。3.2系統(tǒng)方案設(shè)計本設(shè)計是立體車庫的設(shè)計，我們都知道，隨著私家車的車量數(shù)目逐漸增多，無論是城市還是農(nóng)村，車位都成了一個很大的問題。立體車庫可以省去大量的占地面積，所以對立體車庫的研究有很大的現(xiàn)實意義。本文系統(tǒng)方案的原理圖如下圖所示。圖3-1系統(tǒng)方案設(shè)計圖圖3-2系統(tǒng)硬件電路圖如圖所示，位移檢測模塊在該系統(tǒng)中的作用是檢測汽車到達車庫的距離，當距離達到了預(yù)先設(shè)定的閾值，車庫門就會自動打開。記憶儲存模塊是對來往車輛進行自動記錄，記錄哪些車輛進入了車庫，哪些車輛離開了車庫，車庫里還有哪些車。LED顯示模塊是顯示哪里的車位是空的，車庫里還有多少空余車位，方便用戶尋找。電機驅(qū)動模塊是保準車輛可以完整的進入車庫。系統(tǒng)的硬件電路圖如圖3-2所示。3.3單片機控制模塊3.3.1單片機發(fā)展概括五十年前，第一臺計算機誕生。僅僅半個世紀的時間，計算機水平已經(jīng)成為了檢驗科技水平的風向標，發(fā)展速度迅猛，步入二十一世紀以來，計算機越做越薄，體積慢慢變小，功能卻逐步增多，目前，一塊芯片就能實現(xiàn)大規(guī)模的工程，單片機技術(shù)也就在這樣的背景下得以出現(xiàn)。單片機在約四十年前誕生，所謂的單片機就是用集成電路技術(shù)設(shè)計一個計算機系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲，中心處理的功能。現(xiàn)在的單片機由于中斷和定時等功能的不斷完善，電路越來越強大。單片機可以控制復(fù)雜的電子線路，用軟件將現(xiàn)實中的實物自動化，智能化，高效的完成程序設(shè)計者所想要完成的任務(wù)。單片機可以在各行各業(yè)得到應(yīng)用，在儀器儀表上，由于單片機體積小，且精密度非常高，無論是在測量電壓，還是測量距離，測量溫度，測量壓力或者室內(nèi)外的空氣質(zhì)量，都可以使用單片機達到目的。在工業(yè)上，無論是報警系統(tǒng)還是智能控制，都可以用單片機實現(xiàn)，在家用電器上，更是在洗衣機，電視機的使用中密切存在，在工商，教育，軍工等行業(yè)也離不開單片機的設(shè)計。3.3.2STC89C52簡介本次設(shè)計的控制核心為STC89C51單片機。該單片機將內(nèi)部器件集成封裝后給外部提供有40個引腳，通過不同的引腳接線和高低電平使能可以實現(xiàn)單片機的不同功能。本設(shè)計中只需要存儲簡單的漢字字模碼，STC89C51再帶的4KB的ROM即可滿足存儲要求。51系列的單片機結(jié)構(gòu)和功能大致相同，只是不同型號功能有細微的區(qū)別，所涉及的功能部件都有擴展外部器件的I/O端口、內(nèi)外部中斷、數(shù)據(jù)處理核心單元ALU、計數(shù)器、定時器、存儲器ROM、RAM等，其內(nèi)部框圖如下圖3-3所示。圖3-389C52內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖其中的各個模塊分別為：（1）內(nèi)部存儲器：存儲器（Memory）分為只讀存儲器ROM和可讀可寫存儲器RAM，其中ROM用于存儲產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，RAM用于存儲運行的程序，此兩片存儲器的尋址是分開的。AT89C51中的ROM為4KB，有128位的RAM儲存可讀寫的數(shù)據(jù)。(2）定時器／計數(shù)器：89C51系列單片機中包含的T0，T1可以當作定時器或者計數(shù)器來使用，均為16位的。單片機可通過控制T0，T1對數(shù)據(jù)進行實時控制。（3）并行I/O口：89C51單片機中共有四個I/O口P0、P1、P2、P3，可以分為４個８位的輸入／輸出接口。它們不僅可單獨作為I/O端口使用，也可用作８位數(shù)據(jù)的并行連接口。（4）串行口：AT89C51提供了一個全雙工的串行口，對串行口進行控可以實現(xiàn)單片機和外部設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳遞，串行口也可作為單片機內(nèi)部的收發(fā)器和同步移位器來使用，可使用的功能比較多樣。（5）中斷控制系統(tǒng)：AT89C51有2個定時中斷源，1個串行口中斷源，2個外部觸發(fā)中斷，一共有5個中斷，其中二級中斷優(yōu)先級最高，中斷之間可實現(xiàn)中斷的嵌套。（6）時鐘電路：時鐘信號的產(chǎn)生分為外部振蕩產(chǎn)生和內(nèi)部振蕩產(chǎn)生兩種，一般的振蕩頻率為12MHZ左右。可在AT89C51上外接一晶振與自帶的時鐘電路進行振蕩，配合可調(diào)電容配合即可完成時鐘信號的生成。圖3-4AT89C51單片機PID封裝圖圖3-4所示為AT89C51通過DIP封裝后有兩排，共40個引腳，所有引腳分為如下四大類。(1)外部供電引腳（2根）GND（20引腳）：接地VCC(40引腳)：接＋5V電源輸入，(2)時鐘晶振（2根）XTAL2(20引腳)：單片機內(nèi)部振蕩輸出端XTAL1(19引腳)：單片機內(nèi)部振蕩輸入端。(3)控制引腳（4根）ALE/PROG(30引腳)：允許地址信號鎖存VPP/RST(9引腳)：復(fù)位信號引腳，當該引腳有2個機器周期的持續(xù)高電平時將單片機復(fù)位到初始狀態(tài)。PSEN(29引腳)：選通外部存儲器讀信號EA/VPP(31引腳)：程序存儲器（ROM）的選通信號，高電平時讀內(nèi)部程序指令，低電平時讀外部程序指令。(4)可編程輸入/輸出引腳（32根）AT89C51單片機內(nèi)部的P0、P1、P2、P3口是4個8位的外部擴展I/O口，每個口8根引腳，共有32根引腳。每一個I/O口都可以通過編程實現(xiàn)對外部設(shè)備數(shù)據(jù)接收或控制。P0、P1、P2、P3I的端子號及功能：P0口（32～39引腳）：端口號為P0.0～P0.7，8位標準雙向I/O傳輸口。P1口（1～8引腳）：端口號為P1.0～P1.7，8位標準雙向I/O傳輸口。P2口（21～28引腳）：端口號為P2.0～P2.7，8位標準雙向I/O傳輸口。P3口（10～17引腳）：端口號為P3.0～P3.7，8位標準雙向I/O傳輸口。3.4記憶儲存模塊記憶儲存模塊在本設(shè)計中的功能主要是對數(shù)據(jù)進行讀寫，以此來反饋哪里的車位已經(jīng)滿了，哪里還有車位可以使用。這些都需要通過信息儲存和信息確認的幫助，在這里我們所用的模塊是EEPROM，在工作電壓下，該模塊可以對數(shù)據(jù)進行讀寫，進而將數(shù)據(jù)存在EEPROM中，對數(shù)據(jù)的存儲和保護，我們使用的是24C02射頻卡。射頻卡如圖3-5所示，其管腳圖如圖3-6所示。圖3-524C02空卡圖3-624C02管腳圖24C02各引腳的功能如下：A0,A1,A2是芯片地址引腳。SCL引腳，串行時鐘輸入端。上升沿跳變把數(shù)據(jù)寫入EEPROM；下降沿跳變時把數(shù)據(jù)寫從EEPROM讀出來。SDA引腳，串行數(shù)據(jù)I/O端，用于輸入和輸出串行數(shù)據(jù)。WP引腳，寫保護端。這個端提供了硬件數(shù)據(jù)保護。即當把WP接地時，允許芯片執(zhí)行一般讀寫操作；當把WP接到Vcc時，則對芯片實施保護。存儲器AT24Cxx系列芯片的特點:(1)1.8~5V的標準電壓和低電壓輸入操作。(2)內(nèi)部由8個串行的EEPROM(256)組成。(3)使用IIC2路串行接口。(4)數(shù)據(jù)傳輸方向:雙向。(5)支持ISO/IEC7816-10同步協(xié)議。(6)8B頁面(AT24C01/02)寫入方式。(7)自定時寫入周期(最大10ms)。(8)多種封裝形式:提供芯片、模塊及標準封裝形式。24C02卡通過卡座與單片機進行連接，圖3-7為接觸式IC卡卡座。圖3-7接觸卡IC卡卡座3.5位移檢測模塊位置檢測模塊在本系統(tǒng)的功能是在汽車進庫時，閘門通過檢測模塊檢測到車輛的進去，自動進行打開，本設(shè)計采用的位移傳感器為電渦流位移傳感器。電渦流位移傳感器是一款非接觸式的傳感器，他的特性是趨近式，在物體不接觸到該傳感器但是接近于該傳感器時，傳感器就會發(fā)生感應(yīng)，由于它的抗干擾能力和靈敏度都非常的高，因此在高溫等惡劣的環(huán)境下也能進行工作，所以在一些工作環(huán)境比較惡劣的領(lǐng)悟，比如石化、航空航天等領(lǐng)域，都因為其耐高溫、精準的特點而廣泛使用。而且電渦流傳感器由一個探頭和一個前置放大電路組成，結(jié)構(gòu)非常簡單，因為也被各種大型企業(yè)所運用。3.6動力控制模塊為了讓立體車庫上下移動，系統(tǒng)需要設(shè)計一個傳動裝置，作為動力系統(tǒng)模塊，本設(shè)計為了對模擬立體車庫進行仿真，設(shè)計了一個直流電機模塊，用NPN三極管來驅(qū)動電機，用單片機的P2.4接口來控制高電平，讓電機進行正轉(zhuǎn)，用單片機P2.5接口控制單片機的低電平，使其反轉(zhuǎn)。電機在動力系統(tǒng)中擔任執(zhí)行器的角色，是整個系統(tǒng)中不可或缺的一個模塊。但在本系統(tǒng)中，我們所需要做的只是模擬車庫移動，所以采用單片機連接直流電機用三極管進行控制即可，但是在實際應(yīng)用中，需要起碼功率30kw朝上的電機，才能驅(qū)動整個立體車庫的移動，這樣大的電機，可能需要變頻器來進行控制，在這里對變頻器和大功率電機就不一一進行介紹了，本設(shè)計主要是對立體車庫進行模擬仿真，真正投入使用還需要更深入的研究。

第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1軟件開發(fā)語言選擇4.1.1軟件開發(fā)語言選擇本設(shè)計采用的開發(fā)語言為C語言，在單片機系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)中，C語言是很好的選擇，也是現(xiàn)在主流方向所認可的。它的特點就是面向過程，與匯編語言不同，匯編語言的指令比較適用于硬件系統(tǒng)，兼容性不強，設(shè)計效率低，對我們的設(shè)計有很大的限制作用。C語言在硬件系統(tǒng)里吸收了匯編語言的優(yōu)勢，還能彌補匯編語言在模塊化程序設(shè)計部分不足的地方，便于理清設(shè)計邏輯，提高設(shè)計的效率，并且C語言中含有豐富的庫函數(shù)，并且它的設(shè)計是每一個模塊分開進行的。便于后期的修改和拓展。因此在本系統(tǒng)中，我們選擇C語言為軟件開發(fā)語言。4.1.2軟件開發(fā)平臺介紹在嵌入式的開發(fā)系統(tǒng)中有很多軟件開發(fā)平臺，類似于ICC，Keil等。在全球IT界，Keil公司被廣泛認可，是很有代表性的單片機開發(fā)工具的設(shè)計公司。主要產(chǎn)品有Keil和RealViewMDK。它的開發(fā)方案和編譯以及仿真的運行都有一系列的解決方案，在51單片機和ARM微控制器中被廣泛使用。本設(shè)計中的軟件開發(fā)平臺就選用Keil5平臺進行設(shè)計。界面如圖4-1所示。圖4-1軟件開發(fā)平臺界面4.2主程序模塊設(shè)計本設(shè)計是基于單片機的立體車庫設(shè)計，主要實現(xiàn)的是車輛的自動尋車位的功能，車輛到達前車庫閘門能夠自動打開以及對來往車輛信息能夠?qū)崿F(xiàn)記憶功能，達到不在需要浪費時間去尋找車庫的功能。其主函數(shù)流程圖如圖4-2所示，系統(tǒng)的程序詳見附錄2。圖4-2主函數(shù)流程圖4.3記憶存儲模塊設(shè)計因為仿真軟件中沒有IC卡，所以我們采用按鍵來仿真，即按鍵一按下對應(yīng)的有一個LED燈會亮，用來模擬車庫被占用，其按鍵子函數(shù)流程圖如下:圖4-3記憶存儲模塊流程圖

4.4位移檢測模塊設(shè)計位移檢測模塊本設(shè)計采用位移傳感器進行實時檢測，并帶有報警設(shè)置,其流程圖如圖4-4所示：圖4-4位移檢測模塊流程圖

4.5LCD顯示模塊設(shè)計本設(shè)計采用LCD1602作為液晶顯示,作為實時距離顯示,其流程圖如下4-5所示:圖4-5LCD顯示模塊流程圖

第5章仿真與調(diào)試5.1Proteus軟件介紹Proteus軟件是由英國的LabCenterElectronices公司研發(fā)。從事單片機開發(fā)的工作者和學(xué)者們都對這個軟件不陌生,它具有完善的仿真系統(tǒng),分析電路,仿真過程中不會因為單片機的內(nèi)部和外部而進行區(qū)別對待，可以在計算機系統(tǒng)上操作。該軟件有以下幾點特點。(1)Preteus具有的元件庫超過三十個,大大小小的元件和仿真器件原幾乎都能被用戶找到,能給用戶提供完善的仿真體驗,也可以用來模擬元器件和數(shù)字的仿真。(2)該軟件可以和Keil軟件進行聯(lián)合調(diào)試,只要將Keil軟件中的程序燒入單片機系統(tǒng),就可以對仿真進行模擬運行。(3)該軟件不僅僅是一個仿真軟件,更是一個強大的原理圖繪畫元件,可以在元件庫中尋找各種元器件,進行接線和調(diào)試,可以將所要設(shè)計的系統(tǒng)原理圖在軟件的繪圖版面很好的展現(xiàn)出來。圖5-1為Proteus初始界面。圖5-1仿真軟件初始界面5.2Proteus仿真Proteus仿真實驗系統(tǒng)調(diào)試，系統(tǒng)調(diào)試過程中，取消了Proteus仿真電流和電傳感器，設(shè)計AD仿真電流代替電傳感器位移測量，通過LCD實時顯示，位移距離設(shè)置在5米范圍內(nèi)，車庫門自動語音導(dǎo)航設(shè)計。開門時LED燈亮，關(guān)門時LED燈滅。蜂鳴器起到通知的作用。仿真結(jié)果如圖5-2所示。圖5-2庫門自動打開圖鍵盤模塊通過24C2射頻卡插入到內(nèi)存模塊中。然后，通過按下模擬按鈕，車輛將按下卡并分配停車。同時，LED燈被點亮，停車位被占用。圖5-3:停車場通往車庫的通道。圖5-3車輛進庫圖當所有車位均被使用時，將禁止外來車輛繼續(xù)進入停車場，如圖5-4所示:圖5-4車位已滿圖當感應(yīng)器檢測到目標距離超過5米，將會控制門自動關(guān)閉。如果停車位全部被占用，門也會自動關(guān)閉，于此同時燈將被點亮，說明無多余的停車位。當汽車一離開停車位，車庫就多出一個空余車位。此時斷開相應(yīng)的按鍵，關(guān)閉對應(yīng)的LED燈，表示有空余車位可由外來車輛進行泊車。如圖5-5所示。

圖5-5車輛出庫圖以上模擬的仿真分別是車輛進門的仿真、專用車位自動關(guān)門仿真和車輛出庫的仿真。通過以上幾組仿真仿真，可以模擬出一個全自動車庫的立體車庫設(shè)計。

第6章總結(jié)本文針對的問題是當代社會所要面對的現(xiàn)實問題之一，停車困難，一位難求，立體車庫是一種機械架構(gòu)復(fù)雜的停車設(shè)備，本文所設(shè)計的立體車庫是對這種設(shè)備進行了模擬，以單片機為載體，針對這種機械設(shè)備設(shè)計了一款智能控制器。通過Keil軟件進行程序設(shè)計，通過Proteus進行仿真調(diào)試，最后達到了預(yù)期目標。具有一定的現(xiàn)實意義。本文第一章對國內(nèi)外立體車庫的研究現(xiàn)狀和研究背景進行了描述，并對全文所要研究的內(nèi)容進行了預(yù)期判斷和結(jié)構(gòu)搭建，并提出了研究的現(xiàn)實意義。第二章總體描述了立體車庫的分類選型，機械構(gòu)造，以及控制器的控制模塊和系統(tǒng)組成功能，研究了立體車庫如何通過控制強電來進行升降，如何通過弱電來對智能化的控制要求進行設(shè)計。第三章介紹了本設(shè)計的硬件電路。通過模塊化的形式，先對系統(tǒng)的微控制器模塊進行了選擇并闡述了原因，其次對系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和硬件電路圖進行了設(shè)計，然后對位移檢測模塊和記憶模塊等進行了分開介紹。第四章對系統(tǒng)的軟件進行了設(shè)計，通過總分的步驟，首先對軟件開發(fā)語言和平臺進行了選擇和原因描述，繼而對系統(tǒng)的總程序流程進行了設(shè)計，然后對各個模塊的程序流程進行了設(shè)計。第五章是仿真和調(diào)試，首先介紹了仿真平臺，然后從車庫門打開開始，到車輛的入庫，再到車輛已滿時的狀態(tài)顯示，再到車輛的出庫，四個步驟，進行了仿真模擬，最后的結(jié)果也達到了我們一開始預(yù)期的目標。本次設(shè)計由于學(xué)術(shù)能力的不足和實驗場景的缺乏，本設(shè)計還有很多不足的地方，也還有很多功能去等待開發(fā)，比如將數(shù)據(jù)上傳到云平臺或者手機客戶端，增加語音播報功能等。立體車庫的設(shè)計在未來還有很大前景，希望本次設(shè)計能為未來的研究人員提供一些理論上的幫助，至于不足之處，還望各位老師和各位閱讀者們指正。

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附錄附錄1附錄2#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintuintth=5;uchari;sbitkey1=P0^0;sbitkey2=P0^1;sbitkey3=P0^2;sbitkey4=P0^3;sbitchewei1=P0^4;sbitchewei2=P0^5;sbitchewei3=P0^6;sbitchewei4=P0^7;sbitsq=P3^7; sbitlcdrs=P3^0;sbitlcdrw=P3^1;sbitlcden=P3^2;sbitd2=P3^3;//開啟閃爍綠燈，車門打開sbitSTR=P3^4;//單片機P1.0接模塊STR引腳,啟動轉(zhuǎn)換信號sbitEOC=P3^5;//單片機P1.1接模塊EOC，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，高電平有效sbitOE=P3^6;//單片機P1.2接模塊OE,輸出允許信號，高電平有效uintposition;#defineadc0809_dataP1//ADC0809模塊的D0-D7分別接P3.0-P3.7/*地址選擇A接H0（地位）B接H0C接L1(高位)選擇通到IN3，當然也可以通過軟件設(shè)置地址REF+接VCCREF-接GND這樣AD=256*(VIN-(VREF-))/(VREF+)-(VREF-)(VREF+)=5V；（VREF-)=0V;AD=256*VIN/5所以IN3口的電壓VIN=AD*5/256;*/ucharAD_DATA[1];//保存IN0通道轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)uintaddata2;ucharcodet0[16]="thedisplacement";ucharcodet1[16]="is";ucharcodedisplacement[]="0123456789";voiddelay_ms(uchari){ucharj;while(i--) { for(j=125;j>0;j--); }}voidAD(){STR=0;//ADDR這樣如果不是通道0，可以在這邊加一條其他地址的程序delay_ms(10);STR=1;//啟動AD轉(zhuǎn)換delay_ms(10);STR=0;while(0==EOC);//等待轉(zhuǎn)換結(jié)束OE=1;AD_DATA[0]=adc0809_data;//讀取AD數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)范圍為0-255OE=0;}voiddelay(uintz) //延時{ uintx,y; for(x=100;x>1;x--) for(y=z;y>1;y--);}voidwrite_com(ucharcom) //寫命令{ lcdrs=0; P2=com; delay(5); lcden=1; delay(5); lcden=0;}voidwrite_date(uchardate) /