【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 C卡插入卡座，司機(jī)將車開至車庫(kù)入口位置的托架后關(guān)好車門退出車庫(kù)，將卡取走，完成存車。取車時(shí)，按動(dòng)取車鍵申請(qǐng)取車，然后將IC卡插入卡座，單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，選定車位號(hào)，然后控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，在控制系統(tǒng)控制下將待取車輛按最短路徑運(yùn)至出口，司機(jī)進(jìn)入存車托架將車開出，完成取車。第三章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本章根據(jù)立體車庫(kù)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，并對(duì)硬件的每一部分做詳細(xì)的介紹，以便為軟件設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。本章內(nèi)容主要包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)的選擇、IC卡接口電路設(shè)計(jì)、車庫(kù)動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)檢測(cè)部分設(shè)計(jì)和顯示部分設(shè)計(jì)等。 單片機(jī)控制電路 單片機(jī)的選擇本系統(tǒng)的控制核心為單片機(jī)，選擇一個(gè)合適的單片機(jī)作為控制器對(duì)于立體車庫(kù)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)十分重要。本設(shè)計(jì)采用的設(shè)計(jì)方案是小型的垂直循環(huán)式立體車庫(kù)，設(shè)備的體積比較小。本車庫(kù)系統(tǒng)屬于單體控制系統(tǒng)，設(shè)備集中，使用一塊單片機(jī)就能完成控制任務(wù)。所以選擇目前常用的AT89S51單片機(jī)。AT89S51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的AT89系列單片機(jī)中的一種8位機(jī)，是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。此外，AT89S51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。本課題之所以選用ATMEL89系列單片機(jī)是因?yàn)樵撓盗袉纹瑱C(jī)的最大特點(diǎn)就是在片內(nèi)含有Flash存儲(chǔ)器，因此在系統(tǒng)的開發(fā)過(guò)程中可以十分容易地進(jìn)行程序的修改，同時(shí)在系統(tǒng)工作的過(guò)程中，能有效的保存一些數(shù)據(jù)信息，即使外界電源損壞也不影響信息的保存。AT89S51具有4KB的Flash存儲(chǔ)器，在車庫(kù)中，處理器負(fù)責(zé)車庫(kù)調(diào)度、信號(hào)處理并把該車庫(kù)的狀態(tài)信息傳送給上位機(jī)中，程序體積不超過(guò)4Kb，可以把程序都存放在其中，省略了外部程序寄存器，節(jié)省了費(fèi)用，簡(jiǎn)化了程序。 單片機(jī)振蕩電路單片機(jī)雖然與內(nèi)部振蕩電路，但要形成時(shí)鐘，必須外接附加電路。AT89S51單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有兩種：內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。當(dāng)使用片內(nèi)振蕩電路時(shí)，XTALXTAL2與晶體振蕩器及電容C晶振、電容CC2及片內(nèi)與非門構(gòu)成了電容三點(diǎn)式振蕩器，振蕩信號(hào)頻率與晶振頻率及電容CC2的容量有關(guān)，但主要由晶振頻率決定，范圍在0~33MHz之間，電容CC2取值范圍在5~30pF之間。本系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，C1和C2用來(lái)穩(wěn)定時(shí)鐘頻率，振蕩晶體頻率為12MHz。 單片機(jī)復(fù)位電路當(dāng)AT89S51系列單片機(jī)的復(fù)位引腳RST出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。，復(fù)位電路采用的是上電和手動(dòng)復(fù)位組合方式。按下復(fù)位按鈕時(shí)，電容通過(guò)R4放電，當(dāng)電容C放電結(jié)束后，RST引腳由R4和R5的分壓比決定。由于R5R4，因此RST引腳為高電平，CPU進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。松開復(fù)位按鈕后，電容充電，RST引腳電位下降，使CPU脫離復(fù)位狀態(tài)。R4的作用在于限制復(fù)位按鈕按下瞬間電容的放電電流，避免產(chǎn)生火花，以保護(hù)按鈕的觸點(diǎn)。 單片機(jī)控制電路的連接控制系統(tǒng)各部分都與單片機(jī)直接相連，從而完成對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)控制，單片機(jī)的連接電路見附錄A。8個(gè)光電開關(guān)檢測(cè)到的開關(guān)量發(fā)送到單片機(jī)的P0口，以顯示當(dāng)前的空位數(shù)。，用來(lái)存取數(shù)據(jù)。，用來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。而到位檢測(cè)的光電開關(guān)接入單片機(jī)的外中斷，用來(lái)經(jīng)過(guò)內(nèi)部計(jì)算，記錄車位移動(dòng)的數(shù)目。 系統(tǒng)檢測(cè)部分設(shè)計(jì)作為一個(gè)大型的系統(tǒng)，檢測(cè)裝置是不能或缺的。在立體車庫(kù)中，車位的檢測(cè)都是通過(guò)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，本設(shè)計(jì)也不例外。 空車位檢測(cè)在系統(tǒng)的車位檢測(cè)設(shè)計(jì)中，應(yīng)用的是8個(gè)光電開關(guān)，通過(guò)光電開關(guān)來(lái)檢測(cè)車位是否為空。光電開關(guān)分為反射式、對(duì)射式和鏡面反射式三種類型。對(duì)射式檢測(cè)距離遠(yuǎn)，可檢測(cè)半透明物體的密度（透光度）。反射式的工作距離被限定在光束的交點(diǎn)附近，以避免背景影響。鏡面反射式的反射距離較遠(yuǎn)，適宜作遠(yuǎn)距離檢測(cè)，也可檢測(cè)透明或半透明物體。由于在車位的檢測(cè)中，由于車位的長(zhǎng)度達(dá)到3—5米，所以采用對(duì)射式光電開關(guān)來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。同時(shí)不需要測(cè)量物體的密度或其他性質(zhì)，只需要檢測(cè)停車位上是否有車，所以功能最簡(jiǎn)單的光電開關(guān)就可以實(shí)現(xiàn)，在費(fèi)用上降到最低。功能簡(jiǎn)單的光電開關(guān)傳輸?shù)氖情_關(guān)量，向單片機(jī)傳輸?shù)男盘?hào)為高電平或低電平，當(dāng)車位上有車存放時(shí)，光電開關(guān)的接收端不能接受來(lái)自發(fā)射端的信號(hào)，三極管不能導(dǎo)通，所以單片機(jī)接收到的是高電平。同理，當(dāng)車位為空時(shí)，三極管導(dǎo)通，單片機(jī)的端口置低電平。由此可以檢測(cè)出車位上是否有車。由于車庫(kù)有8個(gè)車位，所以需要8個(gè)光電開關(guān)來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。 到位檢測(cè)所謂到位檢測(cè)就是判斷車位是不是到達(dá)了預(yù)定位置。因?yàn)橄到y(tǒng)只能控制電機(jī)的啟動(dòng)、停止與轉(zhuǎn)向，而不能設(shè)定其轉(zhuǎn)過(guò)多少角度，所以要加一個(gè)檢測(cè)裝置，當(dāng)車位到達(dá)目的位置后，把檢測(cè)信息傳給單片機(jī)，然后單片機(jī)使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。到位檢測(cè)的裝置和空車位檢測(cè)裝置一樣，只需要一個(gè)光電開關(guān)就可以實(shí)現(xiàn)。將光電開關(guān)的發(fā)射端固定在最后一個(gè)傳動(dòng)輪的圓盤上，選擇合適的傳動(dòng)裝置，使最后一個(gè)傳動(dòng)輪與鏈條保持這樣的關(guān)系：傳動(dòng)輪每轉(zhuǎn)過(guò)一圈，對(duì)應(yīng)的車位就移動(dòng)一個(gè)位置。光電開關(guān)每變化一次，單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)單元加1，根據(jù)累加值就可以檢測(cè)出旋轉(zhuǎn)了幾個(gè)車位，當(dāng)達(dá)到所要旋轉(zhuǎn)的車位數(shù)時(shí)，單片機(jī)控制電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。 IC卡接口電路設(shè)計(jì)在立體車庫(kù)平時(shí)的應(yīng)用中，在車主存儲(chǔ)過(guò)程中需要存儲(chǔ)用戶的一些信息，在取車時(shí)候需要出示個(gè)人憑證，這是立體車庫(kù)正常使用的基本要求。因此要存儲(chǔ)這些信息，這就需要EEPROM。與EPROM不同，EEPROM在工作電壓下就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀和寫，這樣，就可以在把一些必要信息存放到里面。在設(shè)計(jì)中，選擇了24C02卡（），非常適合于各類儀器儀表和控制裝置的參數(shù)保存。 24C02空卡 24C02管腳圖24C02各引腳的功能如下：A0,A1,A2引腳，是芯片地址引腳。SCL引腳，串行時(shí)鐘輸入端。在時(shí)鐘的正跳沿即上升沿時(shí)把數(shù)據(jù)寫入EEPROM；在時(shí)鐘的負(fù)跳沿即下降沿時(shí)把數(shù)據(jù)寫從EEPROM讀出來(lái)。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(hù)端。這個(gè)端提供了硬件數(shù)據(jù)保護(hù)。當(dāng)把WP接地時(shí)，允許芯片執(zhí)行一般讀寫操作；當(dāng)把WP接到Vcc時(shí)，則對(duì)芯片實(shí)施保護(hù)。AT24Cxx系列存儲(chǔ)器卡芯片特點(diǎn)：(1) 低電壓/標(biāo)準(zhǔn)電壓操作：～5 V。(2) 內(nèi)部組成：2568(AT24C02)，的串行EEPROM。(3) 2線串行接口。(4) 雙向數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。(5) 支持ISO/IEC 781610同步協(xié)議。(6) 8 B頁(yè)面(AT24C01/02)寫入方式。(7) 自定時(shí)寫入周期（最大10 ms）。(8) 高可靠性：使用壽命為100 000次寫/擦除，數(shù)據(jù)保留期為100年。(9) 多種封裝形式：提供芯片、模塊及標(biāo)準(zhǔn)封裝形式。24C02卡通過(guò)卡座與單片機(jī)進(jìn)行連接，（接觸式IC卡卡座）， 接觸式IC卡卡座卡座上與IC卡的觸點(diǎn)為8個(gè)，對(duì)應(yīng)為24C02的8各引腳?？ㄗ线€有2個(gè)觸電是用來(lái)識(shí)別卡座內(nèi)是否有卡插入。、，為上電控制端。SCL、SDA及SW2均通過(guò)10kΩ的上拉電阻接+5V。當(dāng)有卡插入時(shí)，SW1與SW2斷開，，三極管導(dǎo)通，給24C02供電，否則斷電。I2C(InterIntegrated Circuit)總線是PHILIPS公司推出的芯片間串行傳輸總線，2根線(SDA，SCL)即可實(shí)現(xiàn)完善的全雙工同步數(shù)據(jù)傳輸，能夠十分方便地構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)和外圍器件擴(kuò)展系統(tǒng)。I2C器件是把I2C的協(xié)議植入器件的I/O接口，使用時(shí)器件直接掛在I2C總線上，I2C器件無(wú)需片選信號(hào)，是否選中是由主器件發(fā)出的I2C從地址決定的，而I2C器件的從地址是由I2C總線委員會(huì)實(shí)行統(tǒng)一發(fā)配的，在器件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。數(shù)據(jù)傳送速率最高可達(dá) 400KB/S。I2C總線系統(tǒng)通常用于控制而無(wú)需高速傳送數(shù)據(jù)的應(yīng)用場(chǎng)合。僅需兩根線一根串行數(shù)據(jù)線SDA和一根串行時(shí)鐘線SCL；與總線相連的每個(gè)器件都對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的地址，采用軟件尋址方式，每個(gè)器件在整個(gè)通信過(guò)程中都是單一的主控器/從控器身份，主控器可用做主控發(fā)送器或主控接收器；所有接到I2C總線上的設(shè)備的串行數(shù)據(jù)都接到總線的SDA線，各設(shè)備的時(shí)鐘線SCL接到總線的SCL。目前，51系列的單片機(jī)應(yīng)用很廣，但是它們都沒有I2C總線接口，限制了在這些系統(tǒng)中使用具有I2C總線接口的器件。但通過(guò)對(duì)I2C總線時(shí)序的分析知道可以用51單片機(jī)的兩根I/O線來(lái)實(shí)現(xiàn)I2C總線的功能。不使用單片機(jī)的I2C接口，直接通過(guò)I/O線編程來(lái)實(shí)現(xiàn)I2C總線的功能，即為I2C總線的虛擬技術(shù)。I2C總線規(guī)定SCL線和SDA線是各設(shè)備對(duì)應(yīng)輸出狀態(tài)相“與”的結(jié)果，任何設(shè)備都可以用輸出低電平的方法延長(zhǎng)SCL低電平時(shí)間，迫使高速設(shè)備進(jìn)入等待狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)不同速度設(shè)備間的時(shí)鐘同步。因此，即使時(shí)鐘脈沖的高、低電平時(shí)間長(zhǎng)短不一，也能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳送，可以用軟件控制I/O口做I2C接口。 動(dòng)力控制電路設(shè)計(jì)在系統(tǒng)中，電機(jī)的作用是帶動(dòng)傳動(dòng)裝置，然后使車庫(kù)進(jìn)行移動(dòng)。電機(jī)是系統(tǒng)中重要執(zhí)行部件，所有控制的目的都是為了車庫(kù)的自動(dòng)運(yùn)行，因此動(dòng)力控制電路的設(shè)計(jì)也是很重要的。CPU的控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過(guò)兩個(gè)NPN三極管Q1和Q2實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向。，Q1導(dǎo)通，繼電器K1接通電流，并吸合其開關(guān)，電機(jī)正向接通電路，使電機(jī)正轉(zhuǎn)；，Q2導(dǎo)通，繼電器K2接通電流，吸合其開關(guān)，電機(jī)反向接通電路，使電機(jī)反轉(zhuǎn)。D1和D2是泄流二極管，以保護(hù)三極管免受高壓沖擊。在電路中，J1和J2和電源相接，其中1腳都接電源的正極，2腳接電源的負(fù)極。 車庫(kù)的動(dòng)力控制電路在本設(shè)計(jì)中，電機(jī)按模型來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用的是小功率的直流電機(jī)，控制方法比較簡(jiǎn)單，可以控制電機(jī)的啟動(dòng)和停止，也可以控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。電機(jī)的額定電壓根據(jù)電機(jī)而定，而不是固定的。雖然電機(jī)采用模型，但是可以實(shí)現(xiàn)實(shí)際工程中的主要功能，控制方法還是比較合理的。在實(shí)際的工程項(xiàng)目中，由于立體車庫(kù)系統(tǒng)龐大，電機(jī)采用20kw以上的大功率的交流電機(jī)，這樣才能滿足系統(tǒng)要求。大功率的交流電機(jī)一般是用變頻器來(lái)進(jìn)行控制的，在這里就不做介紹了。 LED顯示電路設(shè)計(jì) LED數(shù)碼管簡(jiǎn)介根據(jù)LED數(shù)碼管內(nèi)各筆段LED發(fā)光二極管的連接方式，可以將LED數(shù)碼管分為共陰極和共陽(yáng)極兩大類。在共陽(yáng)極LED數(shù)碼管中，所有筆段的LED發(fā)光二極管的正極連在一起，而在共陰極LED數(shù)碼管中，所有筆段的LED發(fā)光二極管的負(fù)極連在一起。下圖為共陰極（a），共陽(yáng)極（b），數(shù)碼管封裝圖（c）：共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極（COM）的數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極（COM）的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。 驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)芯片采用7