【正文】 控制層 接受應用層發(fā)來的服務請求，從軟件上為物理層產(chǎn)生控制信號。其中客戶的賬戶計費、充值、查詢系統(tǒng)為重點，對賬戶信息采用數(shù)組的方式來實現(xiàn)存儲，涵蓋了賬戶的停車時間、停車費用、余額以及登陸密碼等信息。其中停車時間和費用是對用戶停車時間的累計及根據(jù)價格水平計算出的金額。 控制層提供了有口令保護的管理員賬戶后臺入口，可以實現(xiàn)對價格水平的調(diào)整，對整個停車場的宏觀調(diào)度，以及對用戶的賬戶充值等服務，貼近現(xiàn)實，實際應用性強。 （ 3）物理層（驅(qū)動層） 軟件的 底層 與硬件電路相連接，主要實現(xiàn)采集上層的服務信息，對硬件產(chǎn)生響應的驅(qū)動信號，實現(xiàn)由軟件到硬件的信息轉(zhuǎn)化。 采用 51 單片機 作 為下位機，對硬件進行信息的串并行轉(zhuǎn)換，并實現(xiàn)了底層點陣顯示器的動態(tài)掃描，大大減少了線路數(shù)量，增加了可靠傳輸距離。編寫的 PLC上位機物理層程序?qū)?PLC 處理后的上層信息，轉(zhuǎn)化為電平信號，經(jīng)過底層光電耦 4 合器實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換和物理隔離，發(fā)送給單片機處理，驅(qū)動硬件顯示，實現(xiàn)完整功能。 停車場智能引導系統(tǒng)的軟件設計 該部分對以 ControlLogix5561 為核心的可編程邏輯控制器進行程序設計，在 RSLogix5000 的開發(fā)環(huán)境 下 ， 使用 PLC 梯形圖 編程語言， 實現(xiàn)了所有功能的邏輯編程和對硬件的控制。 引導部分 引導部分主要分為停車引導和取車引導兩個部分。其流程如下： 引導部分的流程圖如圖 ： 引 導 部 分找 到 目 標 車 位找 到 目 標 車 位 所 在區(qū) 域 并 確 定 前 程 引導 方 向比 較 目 標 車 位 和 路口 的 坐 標 ， 確 定 后程 引 導 方 向引 導 按 鍵 被 按下 ？清 零 目 標 車 位 和 路口 顯 示 器 指 示 方 向否按 鍵 去 抖 動是圖（ ） 5 停車場坐標模型 的 建立 首先我們 將 整個停車場建立 成 一個直角坐標系， 確定 每個車位在此坐標系內(nèi)的坐標。 每個車位在物理上實際上是一個長方形，但從引導問題的實質(zhì)出發(fā)， 我們將 每個車位 抽象成一個點。如下圖 所示車位，因為汽車只 能從上方進出，所以 該 長方形車位上邊沿是汽車進出的關鍵，我們?nèi)∩线呇氐闹悬c作為代表該車位的特征點，取該點的坐標作為車位的坐標。 （ 圖 ） 然后對每個車位的特征點坐標和停車場入口的坐標 進行計算，得到入口處到每個車位坐標點 的距離，根據(jù)距離按照升序?qū)γ總€車位進行了編號。即車號越小距離入口處越近。停車場一層編號情況如圖 ： 6 （圖 ） 由于每一個道路交叉口處要進行方向引導，我們對每個交叉口也進行了坐標化處理，因為每個交叉口是一個 4x4 的正方形，我們將交叉口的中心點作為特征點對其坐標賦值。這種合理的 坐標確立和編號方式給后來的引導程序的設計帶來了很大的方便。 目標車位的確定 我們在建立車位坐標的時候，對車位按距離入口處的遠近進行了編號，這樣我們只需對車位按編號進行掃描即可找到目標車位。其流程如下 圖 7 車 位 計 數(shù) 器 為 0該 車 位 有 車 ？是車 位 計 數(shù) 器 加 1是 最 后 一 個 車位 ？將 該 車 位 坐 標 值 賦予 目 標 車 位否結(jié) 束 掃 描是否 （圖 ） 取車引導部分針對用戶的汽車已經(jīng)停在停車場內(nèi)的情況。用戶在停車的時候程序中已經(jīng)存儲了用戶的汽車所在的車位的編號，所以無需對車位進掃描。過程如下：首先用戶輸入自己的車號（可以通過刷卡實現(xiàn)），然后程序找到數(shù)據(jù)中存儲的用戶汽車所在 的車位的編號，最后將這個車位的坐標賦值給目標車位。 引導路徑的生成 引導過程是在已知目標車位的基礎上確定每個交叉口處指示方向的過程，分為兩個步驟： （ 1） 按照區(qū)域引導 我們將停車場內(nèi)的車位分成了幾個區(qū)域，分區(qū)域的原則是 同 一個區(qū)域在引導過程中前半部分路徑是相同的，后半部分路徑和目標車位在一條直線上（水平直線或豎直直線，不包括斜線）。 引導過程要確定目標車位所在的區(qū)域，這通過目標車位的坐標可以實現(xiàn)，由 8 分區(qū)域的原則可知，確定了目標區(qū)域，引導路徑的前半部分便確定了。 （ 2） 按照坐標引導 完成了按區(qū)域引導后 ，引導路徑的后半部分就同目標車位在一條直線上了，若同在水平直線上，則可比較目標車位和交叉口的橫坐標來確定交叉口指示方向。若同在豎直直線上，則可以判斷縱坐標來確定方向。 坐標引導源程序： 最后將路徑對應的交叉口顯示器信息發(fā)送給底層硬件，則實現(xiàn)了路徑的引導。 車位信息掃描 實時準確地 對停車場內(nèi)的所有車位進行掃描，確定被占有的車位數(shù)和空閑的車位數(shù) 是車輛引導系統(tǒng)和信息查詢系統(tǒng)的基礎。其設計 流程如下 圖 ： 9 啟 動 車 位 掃 描 定 時器定 時 時 間 到 ？車 位 掃 描 索 引 清 零車 位 計 數(shù) 器 清 零空 閑 車 位 計 數(shù) 器 清 零是該 車 位 停 有 車輛車 位 計 數(shù) 器 加 1是空 閑 車 位 計 數(shù) 器 加 1否掃 描 索 引 加 1否是 否 最 后 一 個車 位否是 （圖 ） 主要 PLC 梯形圖 程序如下： 10 人機界面程序 人機界面由 RsViewStudio 軟件制作，通過 PLC 內(nèi)的程序與硬件進行連接，可以在人機界面內(nèi)對 PLC 梯形圖程序中的標志位進行操作，從而實現(xiàn)對程序功能的操作。 此外 可以很容易的將人機界面程序移植到 Rockwell 公司的工業(yè)觸摸屏上，方便的實現(xiàn)由開發(fā)到實用的過程。 主界面 （圖 ） 主界面包含了停車場最基本的信息的顯示和主要功能的入口。 1.“刷卡”按鍵：由于設備的限制，我們采取了模擬刷卡，點擊按鈕則會出現(xiàn)下面的界面： 11 （圖 ） 然后用戶可以輸入車號 ，按回車鍵后，程序?qū)⒂脩糨斎氲能囂枌?PLC 程序中的當前車號變量賦值，為以后的操作作準備。 2.“進入”、“查詢”、“管理員入口”按鍵：采用 GoToDisplayButton，即點擊之后，程序會跳到相應的界面，便于用戶進行更詳細的功能操作。 ：采用了醒目的顏色，對用戶最關心的停車場內(nèi)是否有剩余車位的情況進行展示。對應了 PLC 程序中的車位計數(shù)器的計數(shù)值，每隔 500ms對車位進行一次刷新計數(shù)，可以實時的顯示當前剩余車位的情況。 ：同樣對應 PLC 程序中的車位計數(shù)器的計數(shù)值，柱形圖總的高度對應了停車場內(nèi)總共 177 個車位，填充的綠色部分顯示了當前空閑車位的情況，用更加直觀的方式展示。實時刷新。 12 引導界面 （圖 ） 每一個車位采用了兩狀態(tài)的按鈕表示 ,對應了 PLC 程序中的車位標志位，當標志位為 1，即有車時，按鈕顯示紅色，無車時顯示灰色。每個車位可以根據(jù)實際車位中的傳感器情況來反映停車場的停車情況，一目了然。 另外，車位按鈕支持對虛擬車位的模擬，點擊某個車位，可以從程序中更改車位標志位的情況，模擬該車位空閑或者有車的情況。 每一個道路交叉口顯示器用多狀態(tài)的指示器來表示，總 共有五個狀態(tài)，對應了上、下、左、右、停五種指示情況。連接了 PLC 程序中存儲交叉口點陣顯示器狀態(tài)的數(shù)組。 “停車引導”和“取車引導”按鈕：對應了 PLC 程序中啟動引導流程的標志位，按下將啟動 PLC 程序中相應的流程，從而刷新交叉口顯示器數(shù)據(jù)，實現(xiàn)引導功能。 13 查詢界面 （圖 ） 我們將用戶的各種數(shù)據(jù)存入一個數(shù)組中，改數(shù)組的不同位包含了用戶的車號、查詢密碼、停車次數(shù)、停車費用、賬戶余額等信息。用戶輸入車號（或刷卡），然后在查詢界面處輸入查詢密碼，點擊“查詢”按鍵，程序?qū)τ脩糨斎氲拿艽a（保存在密碼緩存中 ）和數(shù)組中存 儲的相應車號的密碼做比較，若密碼一致則對應輸出用戶數(shù)組中存儲的 一系列信息，否則請求用戶重新輸入密碼。 14 管理員入口 （圖 ） 管理員部分首先要求輸入管理員口令，按下“確認口令”按鍵后，程序首先對用戶輸入的口令與程序內(nèi)存儲的正確的口令做比較，口令一致則開啟管理員的所有功能，否則不能使用管理員功能。 充值部分：輸入充值車號和充值金額，然后按下“確認充值”按鍵，程序會找到用戶數(shù)組內(nèi)當前車號對應的用戶，對數(shù)組中表示賬戶余額的位增加相應的充值金額。 模擬部分：主要對車位進行循環(huán)賦值，停 車場一層對應的車號是 0 到 117號，二層車號 118 到 176 號，若模擬全滿，則對相應范圍內(nèi)的車位全部置為 1即可。若清空則置 0 即可。 15 停車場趨勢界面 圖（ ） 該界面形象直觀地顯示了停車場車位的使用情況。同時，還可以查看一定時間段內(nèi)停車場車流量情況，方便運營商對停車場運行情況進行詳盡的了解，利于做出相關服務調(diào)整。 單片機程序 道路交叉口點陣指示器程序 此部分程序?qū)崿F(xiàn)接收從 PLC 控制器中發(fā)送來的信號并將該信號轉(zhuǎn)化成為點陣顯示器的驅(qū)動信號的作用 （詳細程序見附 件 1 51 單片 機程序 ） 。路口采用紅色8x8 點陣顯示器。驅(qū)動流程如下： 16 開 始初 始 化掃 描 停 止 控 制 位 對 應 的 單片 機 I O 口掃 描 方 向 控 制 位 對 應 的 單片 機 I O 口找 到 各 點 陣 方 向 對 應 的 字模 數(shù) 據(jù) 并 存 入 緩 存將 字 模 數(shù) 據(jù) 按 位 送 入7 4 H C 5 9 5 數(shù) 據(jù) 端 直 至 送 入 一個 字 節(jié)控 制 7 4 H C 1 3 8 掃 描 一 列字 模 數(shù) 據(jù) 右 移 8 位是 否 到 達 字 模 結(jié) 尾否是打 開 7 4 H C 5 9 5 地 址 鎖 存刷 新 數(shù) 據(jù) （圖 ） 17 出入口 16x16 點陣 程序 設計 此部分程序與路口點陣部分類似，只是將列掃描部分用兩片 74HC138 譯碼器進行 16 列逐次掃描，每列數(shù)據(jù)通過兩片 74HC595 級聯(lián)，每次送入兩個字節(jié)數(shù)據(jù)顯示。通過程序控制，實現(xiàn)了跳變顯示、向左滾動、向上滾動、層次飛入飛出等效果。 詳情見附件 4。 硬件實現(xiàn)方案 本設計中硬件實現(xiàn)方案的總體框圖如圖 圖 控制系統(tǒng)的組成 本項 目 創(chuàng)造性地將羅克韋爾公司的 PLC 和 AT89S52 單片機 有機結(jié)合起來 ， 盡兩者所長， 使系統(tǒng)各部模塊化 ，從而方便了系統(tǒng)的 安裝、檢修 與維護。一方面提高了我們設計的實際適應性 ， 另一方面 減少了實際應用成本。 電路 模塊 指示牌，是我們整個設計過程的核心導引設施。距離指示牌一定距離的紅外傳感器檢測到車輛時，指示牌就會滾動顯示車輛的編號和車輛的行駛方向，引導司機準確快速的到達最優(yōu)的空閑車位。設計模型中使用 8*8LED 點陣作為指示牌。為了節(jié)約單片機有限的 I/O 口，和保證每個 LED 的亮度，我們使用 8 位輸出鎖存 18 移位寄存器 74LS59 38 譯碼器 74LS138 和三極管來驅(qū)動 8*8LED 點陣。 紅外傳感器安裝在每個車位下方，當車輛進入空閑車位時，紅外傳感器就會檢測到遮擋物，將該車位被利用的信號轉(zhuǎn)遞給單片機。但在實際應用過程中安裝在車位上方的超聲波傳感器更為適用。 光耦部分：該部分成功將單片機與 PLC 結(jié)合起來。將 24V 電壓轉(zhuǎn)換成單片機適用電壓 5V。同時可避免高電平對單片機電路的沖擊，提高單片機系統(tǒng)的壽命和穩(wěn)定性。 （詳見 附 件 3 硬件設計方案） 停車場模型設計與制作 為了使設計更加接近現(xiàn)實生活狀況， 為軟件設計提供模擬現(xiàn)場，促進 方案優(yōu)化 ， 我們 搭建了大型停車場局部模型。模型的搭建超出了我們的預期難度，在選材 、 購買 、 制作 、 美化 等 方方面面 耗費了大量精力 。 停車場智能引導系統(tǒng)針對的就是大型停車場找空車位難和管理難的問題，所以模型的設計不能從傳統(tǒng)的角度去簡化。 最終停車場 設計 成 Γ 形 ， 兩層錯分式結(jié)構(gòu) 。 停車場平面設計如圖 ： （停車場模型平面設計圖 ） 圖 中紅色小點表示安裝在車位下的紅外對管，綠色方塊表示安裝在交叉入口的 8*8LED 指示點陣。 19 第一層共設計有 117 個車位， 8 個三向及四向路口。第二層設計有 59 個車位三個三向及四向路 口。車位分布呈分區(qū)狀，在內(nèi)部形成幾個獨立的車位島。正門設計在第一層正下方中的位置，設計為進出雙車道。第二層入口位于第一層有方正中位置，上樓斜坡長 35cm。 設計的 意義 停車場內(nèi)停車難、取車難問題是普遍存在的，并且通過實地調(diào)查我們發(fā)現(xiàn)，該問題的嚴重程度將越來越突出。此外，通過相關咨詢和調(diào)研報告查閱發(fā)現(xiàn)，用戶普遍希望停車場管理商能夠引入相關技術設備來解決這一問題。在調(diào)查中，我們還發(fā)現(xiàn)，停車場服務水平的高低會對車主選擇消費場所產(chǎn)生影響。這便督促相關運營商 重 新審視停車場內(nèi)停車難取車難問題的必要性與現(xiàn)實意 義。本設計的出現(xiàn)正是對應了現(xiàn)今和未來市場的需求。 不足 與今后研究方向 同時我們的設計仍存在一些不足。例如：車倆的引導進出頻繁度這一因素雖然考慮到，但是沒有切實的解決；車輛引導的智能化程 度不高，限于對交通管理方面知識的欠缺，引導的細節(jié)沒有充分考