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                        以STM32為主控的智能立體車庫開發

                        添加時間:2018/07/16 來源:電子世界 作者:李昶亮 謝樂天
                        當今社會私家車已不再是奢侈品, 隨著私家車數目的劇增, 車輛無處停放已成為大中型城市最為突出的問題。普通的單層停車場不僅占地面積大而且操作不方便, 而現代化的智能立體車庫是一種多層的空間結構, 使車庫由平面結構轉換為空間結構, 大大提高土地資源的利用
                          以下為本篇論文正文:

                          摘要:在國民經濟快速發展的今天, 人均汽車占有率迅速上升, 停車難問題日漸凸顯。其根本原因是傳統單層的車庫導致土地使用效率低。針對此類問題, 本文設計了一種新型的以STM32為主控的智能立體車庫, 通過綜合控制人機交互界面模塊, 電源管理模塊、電機驅動模塊、語音提示模塊、FLASH數據存儲模塊、聲光報警模塊等來實現車輛的自動存取、計費、密碼校對與聲光報警等功能。同時為了提高土地的使用效率和存取車效率, 本文將智能立體車庫設計為多層圓形建筑, 將車輛垂直提升裝置設計在圓心附近, 使智能立體車庫具有車輛容納率高。整個智能立體車庫具有自動化程度高, 方便組裝拆卸等優點。通過實際模擬, 該智能立體車庫能夠準確的完成存取車操作以及我們預先設定的一系列功能, 工作穩定有序, 整體測試效果良好。

                          關鍵詞:垂直提升式; Cortex-M4; FLASH; 人機交互;

                          Abstract:With the rapid development of the national economy, the per capita car share has risen rapidly, and the parking problem has become increasingly prominent.The most essential reason is the low efficiency of land use in the traditional single-storey garage.Aiming at such problems, a new intelligent three-dimensional garage with STM32 as the main control was designed in this paper.This system realizes many functions, such as automatic vehicle storage and fetch, billing, verify the password and sound-light alarm and so on, through the comprehensive control of human-computer interaction interface module, power management module, motor drive module, voice prompt module, FLASH data storage module and sound-light alarm module, etc.Meanwhile, in order to improve the efficiency of land use and vehicle storage and fetch, many novel measures were taken in our design.A circular multi-storey building was designed as intelligent three-dimensional garage, and the vehicle vertical lifting device was installed at the center of the center to improve vehicle capacity.The intelligent three-dimensional garage has the advantages of high automation, easy assembly and disassembly.The good test results of actual simulation indicate that the intelligent 3d garage can complete the operations of vehicle storage and fetch accurately and a series of functions we set up in advance.

                          Keyword:Vertical lifting; Cortex-M4; FLASH; Human-computer interaction;

                          1、課題背景及意義

                          經濟的發展必將使人民的物質文化水平得到提高。當今社會私家車已不再是奢侈品, 隨著私家車數目的劇增, 車輛無處停放已成為大中型城市最為突出的問題。普通的單層停車場不僅占地面積大而且操作不方便, 而現代化的智能立體車庫是一種多層的空間結構, 使車庫由平面結構轉換為空間結構, 大大提高土地資源的利用率。本文所設計的智能立體車庫系統具有操作方便, 簡單可靠, 便于設計安裝, 人性化程度高等優點, 適合用于醫院, 大型商場, 金融中心等人口密集的場所。將傳統單層的停車位規劃成現代化智能化的立體車庫, 方便有效的解決停車難的問題, 給人們的出行帶來巨大的便利。

                          2、智能立體車庫模擬系統的工作原理

                          本文所設計的智能立體車庫選用STM32F407芯片為微控制單元 (MCU) , 通過控制電容觸摸屏模塊實現人機交互, 控制聲光報警模塊實現安防報警, 控制RTC時鐘模塊實現存車計時, 控制語音提示模塊實現語音提醒, 控制FLASH存儲模塊實現數據存儲, 控制A4988電機驅動模塊實現步進電機的驅動 (如圖1所示) , 進而實現車輛的自動存取及其附屬功能。

                        圖1 智能立體車庫模擬系統框架圖
                        圖1 智能立體車庫模擬系統框架圖

                          3、智能立體車庫模擬系統主要硬件模塊設計

                          3.1、主控芯片的選型

                          主控芯片的選型對智能立體車庫的控制系統是十分重要的, 本系統選用STM32F407為控制核心 (如圖2所示) , 采用Cortex?-M4架構, 利用MDK5進行編程開發。

                        圖2 STM32F407實物圖
                        圖2 STM32F407實物圖

                          3.2、電源管理模塊設計

                          本設計選用具有雙路輸出的開關電源 (如圖3所示) , 利用其輸出的穩定雙路電壓來保證操作系統及A4988電機驅動模塊的平穩運行。

                        圖3 雙路輸出開關電源實物圖
                        圖3 雙路輸出開關電源實物圖

                          3.3、機械傳送裝置設計

                          機械傳送裝置的主體是三個步進電機獨立控制的垂直提升裝置 (如圖4a所示) , 三個步進電機分別控制垂直提升裝置的轉向軸 (X軸) 、伸縮軸 (Y軸) 和垂直提升軸 (Z軸) 來完成指定車輛的存取操作, 為了使系統設計的更加合理化、人性化, 我們在此的基礎上, 加入了回轉臺裝置 (如圖4b所示) , 用于確保車輛取出時車頭朝外, 方便車主直接開出車庫。

                        圖4 垂直提升裝置 (a) 和回轉臺 (b)
                        圖4 垂直提升裝置 (a) 和回轉臺 (b)

                          3.4、電機及電機驅動設計

                          本設計選用42兩相步進電機 (如圖5a所示) 和A4988微型步進電機驅動器 (如圖5b所示) 來完成垂直提升裝置和回轉臺的指定操作。

                        圖5 42步進電機 (a) 和A4988步進電機驅動器 (b)
                        圖5 42步進電機 (a) 和A4988步進電機驅動器 (b)

                          3.5、人機交互界面設計

                          本系統選用4.3寸的GT9147電容屏傳感器作為人機交互的媒介 (如圖6所示) , 能夠顯示車庫位置余量, 存車費用, 取車密碼等關鍵信息。

                        圖6 電容屏實物圖
                        圖6 電容屏實物圖

                          3.6、隨機數發生器 (RNG) 模塊及數據存儲模塊 (FLASH) 設計

                          本設計中, 利用RNG隨機數發生器產生六位取車密碼, 并將此密碼與車輛的存車時間等相關信息存儲到數據存儲模塊 (FLASH) 中, 用于后續的取車密碼校對及存車計費等操作。

                          3.7、語音提示模塊設計

                          語音提示模塊用于提示用戶相關操作及播報系統相關進程, 本設計選用支持TF卡驅動和音頻格式硬解碼的YX5200-24SS語音芯片, YX5200-24SS語音提示模塊的連接圖如圖7所示。

                        圖7 YX5200-24SS語音提示模塊連接圖
                        圖7 YX5200-24SS語音提示模塊連接圖

                          3.8、聲光報警模塊設計

                          當用戶輸入密碼錯誤達三次以上時, 系統將開啟聲光報警, 防止有非法人員入侵車庫系統。聲光報警模塊硬件連接圖如圖8所示。

                        圖8 聲光報警模塊硬件連接圖
                        圖8 聲光報警模塊硬件連接圖

                          4、智能立體車庫模擬系統設計方案流程圖

                        圖9 智能立體車庫模擬系統設計方案流程圖
                        圖9 智能立體車庫模擬系統設計方案流程圖

                          智能立體車庫模擬系統的流程如圖9所示。首先進行初始化操作, 當按下校準鍵時進行校準操作, 當按下介紹鍵時進行語音介紹。然后進行觸摸屏檢測, 當按下存車鍵, 且檢測到此時車庫有車位時, 系統自動將車輛存入設定位置并生成一個六位的取車密碼, 同時將對應車輛相關信息存入FLASH模塊中, 如果此時車庫沒有車位, 系統將提示車位不足。當按下取車鍵時, 用戶需要輸入六位密碼, 驗證通過后系統將顯示本次停車的費用, 并將對應車輛取出。如果密碼連續輸錯3次, 將觸發聲光報警模塊。

                          5、車輛存取測試

                          5.1、存車操作測試

                          當用戶查看交互界面確認有空余車位, 按下存車鍵時, 語音提示將會播報“存車操作正在進行中......”。系統開始存車操作, 回轉臺旋轉180度將車輛掉頭, 伸縮軸Y軸將車載板插入車輛底盤, 小幅度提升Z軸確保車輛置于車載板上, 完成回轉臺取車操作;然后, 車輛和車載板在Y軸驅動下收回到原點, 并將X軸的旋轉到達設定角度, 將車載板沿Z軸大幅度提升至設定樓層, 完成傳送車輛操作;最后, 將車載板伸出至車位正上方, 沿Z軸小幅度下降放下車輛, 實現車輛存放操作。具體的操作過程如圖10所示。

                        圖10 回轉臺取車、傳送車輛、存放車輛
                        圖10 回轉臺取車、傳送車輛、存放車輛

                          5.2、取車操作測試

                          當用戶進行取車操作時, 首先輸入六位密碼按確認鍵 (E) , 密碼驗證成功后系統將自動計算存車時間和費用, 并顯示在觸摸屏上。密碼輸入錯誤3次, 將觸發聲光報警模塊。與存車的原理相似, 取車操作依次實現車輛的取出、傳送和放置, 具體的操作過程如圖11所示。

                        圖11 車輛取出、傳送車輛、回轉臺放車
                        圖11 車輛取出、傳送車輛、回轉臺放車

                          6、結論

                          本文設計的智能立體車庫以STM32芯片作為主控芯片, 通過綜合控制人機交互界面模塊, 電源管理模塊、電機驅動模塊、語音提示模塊、FLASH數據存儲模塊、聲光報警模塊來實現車輛的自動存取, 計費、密碼校對與聲光報警等功能。通過實際操作驗證該系統操作便捷, 安全可靠。隨著我國城市化的迅速發展, 車輛數目的迅速增多, 必然帶來對停車位的大量需求, 本文所設計的智能立體車庫必將憑借車輛容納率高, 占地面積少, 自動化程度高等優點成為未來智能車庫的發展方向。

                          參考文獻
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