摘要：在國民經(jīng)濟快速發(fā)展的今天, 人均汽車(chē)占有率迅速上升, 停車(chē)難問(wèn)題日漸凸顯。其根本原因是傳統單層的車(chē)庫導致土地使用效率低。針對此類(lèi)問(wèn)題, 本文設計了一種新型的以STM32為主控的智能立體車(chē)庫, 通過(guò)綜合控制人機交互界面模塊, 電源管理模塊、電機驅動(dòng)模塊、語(yǔ)音提示模塊、FLASH數據存儲模塊、聲光報警模塊等來(lái)實(shí)現車(chē)輛的自動(dòng)存取、計費、密碼校對與聲光報警等功能。同時(shí)為了提高土地的使用效率和存取車(chē)效率, 本文將智能立體車(chē)庫設計為多層圓形建筑, 將車(chē)輛垂直提升裝置設計在圓心附近, 使智能立體車(chē)庫具有車(chē)輛容納率高。整個(gè)智能立體車(chē)庫具有自動(dòng)化程度高, 方便組裝拆卸等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)實(shí)際模擬, 該智能立體車(chē)庫能夠準確的完成存取車(chē)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(guān)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(jīng)濟的發(fā)展必將使人民的物質(zhì)文化水平得到提高。當今社會(huì )私家車(chē)已不再是奢侈品, 隨著(zhù)私家車(chē)數目的劇增, 車(chē)輛無(wú)處停放已成為大中型城市最為突出的問(wèn)題。普通的單層停車(chē)場(chǎng)不僅占地面積大而且操作不方便, 而現代化的智能立體車(chē)庫是一種多層的空間結構, 使車(chē)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(chē)庫系統具有操作方便, 簡(jiǎn)單可靠, 便于設計安裝, 人性化程度高等優(yōu)點(diǎn), 適合用于醫院, 大型商場(chǎng), 金融中心等人口密集的場(chǎng)所。將傳統單層的停車(chē)位規劃成現代化智能化的立體車(chē)庫, 方便有效的解決停車(chē)難的問(wèn)題, 給人們的出行帶來(lái)巨大的便利。

　　2、智能立體車(chē)庫模擬系統的工作原理

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

圖1 智能立體車(chē)庫模擬系統框架圖

　　3、智能立體車(chē)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(chē)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(jìn)行編程開(kāi)發(fā)。

圖2 STM32F407實(shí)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(kāi)關(guān)電源 (如圖3所示) , 利用其輸出的穩定雙路電壓來(lái)保證操作系統及A4988電機驅動(dòng)模塊的平穩運行。

圖3 雙路輸出開(kāi)關(guān)電源實(shí)物圖

　　3.3、機械傳送裝置設計

　　機械傳送裝置的主體是三個(gè)步進(jìn)電機獨立控制的垂直提升裝置 (如圖4a所示) , 三個(gè)步進(jìn)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(lái)完成指定車(chē)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(chē)輛取出時(shí)車(chē)頭朝外, 方便車(chē)主直接開(kāi)出車(chē)庫。

圖4 垂直提升裝置 (a) 和回轉臺 (b)

　　3.4、電機及電機驅動(dòng)設計

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

圖5 42步進(jìn)電機 (a) 和A4988步進(jìn)電機驅動(dòng)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(chē)庫位置余量, 存車(chē)費用, 取車(chē)密碼等關(guān)鍵信息。

圖6 電容屏實(shí)物圖

　　3.6、隨機數發(fā)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(fā)生器產(chǎn)生六位取車(chē)密碼, 并將此密碼與車(chē)輛的存車(chē)時(shí)間等相關(guān)信息存儲到數據存儲模塊 (FLASH) 中, 用于后續的取車(chē)密碼校對及存車(chē)計費等操作。

　　3.7、語(yǔ)音提示模塊設計

　　語(yǔ)音提示模塊用于提示用戶(hù)相關(guān)操作及播報系統相關(guān)進(jìn)程, 本設計選用支持TF卡驅動(dòng)和音頻格式硬解碼的YX5200-24SS語(yǔ)音芯片, YX5200-24SS語(yǔ)音提示模塊的連接圖如圖7所示。

圖7 YX5200-24SS語(yǔ)音提示模塊連接圖

　　3.8、聲光報警模塊設計

　　當用戶(hù)輸入密碼錯誤達三次以上時(shí), 系統將開(kāi)啟聲光報警, 防止有非法人員入侵車(chē)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

　　4、智能立體車(chē)庫模擬系統設計方案流程圖

圖9 智能立體車(chē)庫模擬系統設計方案流程圖

　　智能立體車(chē)庫模擬系統的流程如圖9所示。首先進(jìn)行初始化操作, 當按下校準鍵時(shí)進(jìn)行校準操作, 當按下介紹鍵時(shí)進(jìn)行語(yǔ)音介紹。然后進(jìn)行觸摸屏檢測, 當按下存車(chē)鍵, 且檢測到此時(shí)車(chē)庫有車(chē)位時(shí), 系統自動(dòng)將車(chē)輛存入設定位置并生成一個(gè)六位的取車(chē)密碼, 同時(shí)將對應車(chē)輛相關(guān)信息存入FLASH模塊中, 如果此時(shí)車(chē)庫沒(méi)有車(chē)位, 系統將提示車(chē)位不足。當按下取車(chē)鍵時(shí), 用戶(hù)需要輸入六位密碼, 驗證通過(guò)后系統將顯示本次停車(chē)的費用, 并將對應車(chē)輛取出。如果密碼連續輸錯3次, 將觸發(fā)聲光報警模塊。

　　5、車(chē)輛存取測試

　　5.1、存車(chē)操作測試

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

圖10 回轉臺取車(chē)、傳送車(chē)輛、存放車(chē)輛

　　5.2、取車(chē)操作測試

　　當用戶(hù)進(jìn)行取車(chē)操作時(shí), 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(dòng)計算存車(chē)時(shí)間和費用, 并顯示在觸摸屏上。密碼輸入錯誤3次, 將觸發(fā)聲光報警模塊。與存車(chē)的原理相似, 取車(chē)操作依次實(shí)現車(chē)輛的取出、傳送和放置, 具體的操作過(guò)程如圖11所示。

圖11 車(chē)輛取出、傳送車(chē)輛、回轉臺放車(chē)

　　6、結論

　　本文設計的智能立體車(chē)庫以STM32芯片作為主控芯片, 通過(guò)綜合控制人機交互界面模塊, 電源管理模塊、電機驅動(dòng)模塊、語(yǔ)音提示模塊、FLASH數據存儲模塊、聲光報警模塊來(lái)實(shí)現車(chē)輛的自動(dòng)存取, 計費、密碼校對與聲光報警等功能。通過(guò)實(shí)際操作驗證該系統操作便捷, 安全可靠。隨著(zhù)我國城市化的迅速發(fā)展, 車(chē)輛數目的迅速增多, 必然帶來(lái)對停車(chē)位的大量需求, 本文所設計的智能立體車(chē)庫必將憑借車(chē)輛容納率高, 占地面積少, 自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)成為未來(lái)智能車(chē)庫的發(fā)展方向。

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