鄒其洪　李傳琦　李宗倫

摘 要:設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)型機(jī)動(dòng)車停車場(chǎng)控制管理系統(tǒng)是以單片機(jī)為執(zhí)行核心,以計(jì)算機(jī)軟件為管理核心,提出一種監(jiān)控自動(dòng)化、信息管理自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)解決方案。通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和RS 485工業(yè)總線的應(yīng)用,車場(chǎng)規(guī)?？梢詿o(wú)限制擴(kuò)展。在門禁控制機(jī)中加入信息存儲(chǔ)電路,有效地避免了通信堵塞現(xiàn)象,同時(shí)信息存電路又可作為臨時(shí)的上位機(jī)熱備份機(jī),即使上位機(jī)短時(shí)間失效停機(jī),系統(tǒng)的監(jiān)控運(yùn)作依然正常。這樣的小冗余度設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了上下位機(jī)互補(bǔ)、軟硬件互補(bǔ)的運(yùn)行,保證了系統(tǒng)穩(wěn)定無(wú)差錯(cuò)運(yùn)行。

關(guān)鍵詞:計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò);RS 485;備份機(jī);數(shù)據(jù)采集

中圖分類號(hào):TP273+.5;TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):1004-373X(2009)10-065-04

Design and Application of Network Vehiclepark Control System Hardware Circuit

ZOU Qihong1,LI Chuanqi2,LI Zonglun3

(1.College of Electrical Engineering,Nanhua University,Hengyang,421001,China;

2.College of Computer,Nanhua University,Hengyang,421001,China;

3.Environment-biological Vocational and Technical College,Hengyang,421001,China)

Abstract:The designed networking motor vehicle park system takes single chip computer as execution core,software as monitor core.It supplies the solution for automatic monitoring and information manage network.Using computer network technology and RS 485 industrial bus,the scale of park can be extended without limit.In the access control machine adds information storage circuit effectively avoid the phenomenon of communication jam,and the database of up-level computer is backuped by collecting information from down-level computer controlling doors,thus ensuring the stability of system operation without error.Such design with minimum redundancy achieves the upper and lower machine complement each other,complementary software and hardware to run,ensuring the stability of the system error-free run.

Keywords:network;RS 485;backup machine;data acquisition

網(wǎng)絡(luò)型機(jī)動(dòng)車停車場(chǎng)控制管理系統(tǒng)充分利用了現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的高度分散性,無(wú)論是擴(kuò)充系統(tǒng)的規(guī)模,還是使用者使用的便利性都得到了最大的發(fā)揮。通過(guò)已經(jīng)相當(dāng)成熟的RS 485工業(yè)總線對(duì)底層設(shè)備進(jìn)行連接,具有可靠性高,開(kāi)發(fā)成本低的特點(diǎn)。通過(guò)對(duì)傳感器數(shù)據(jù)采集,讓使用者從車輛進(jìn)入車場(chǎng)到停放車位都是在一個(gè)簡(jiǎn)單、安全、高效的環(huán)境下進(jìn)行的。使用者對(duì)于停車場(chǎng)完全是自助式使用,管理方對(duì)停車場(chǎng)的管理也是在計(jì)算機(jī)自動(dòng)執(zhí)行之中進(jìn)行監(jiān)控[1]。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)分為網(wǎng)絡(luò)、上位機(jī)、下位機(jī)三大模塊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示[2]。

網(wǎng)絡(luò)模塊 網(wǎng)絡(luò)模塊指的是各管理機(jī)或者服務(wù)器主機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)適配器,網(wǎng)絡(luò)連線組網(wǎng),用戶通過(guò)網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行預(yù)定停車位和網(wǎng)絡(luò)付款[3]。通過(guò)計(jì)算機(jī)管理可以建成大規(guī)模的停車場(chǎng)管理系統(tǒng),適宜現(xiàn)代化大型物業(yè)公司對(duì)多個(gè)地域分布的停車場(chǎng)進(jìn)行集中統(tǒng)一管理;RS 485串行通信總線用于加掛停車場(chǎng)的執(zhí)行單元,如監(jiān)控主機(jī)、門禁控制機(jī)、收費(fèi)機(jī)、身份識(shí)別設(shè)備等低速設(shè)備,并與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。

上位機(jī)模塊 指各分布停車場(chǎng)的管理計(jì)算機(jī)或者擴(kuò)大規(guī)模后的服務(wù)器。通過(guò)管理軟件管理停車場(chǎng)車位數(shù)據(jù)庫(kù),接收用戶的網(wǎng)絡(luò)預(yù)訂和管理員的管理[4],通過(guò)RS 232通信接口經(jīng)信號(hào)電平轉(zhuǎn)換為RS 485通信電平后與下位機(jī)進(jìn)行通信,控制停車場(chǎng)的各個(gè)執(zhí)行單元,上位機(jī)與閉路圖像監(jiān)視單元連接用于監(jiān)視停車場(chǎng)的實(shí)時(shí)安全動(dòng)態(tài)。

下位機(jī)模塊 車位監(jiān)控單元由兩片單片機(jī)構(gòu)成的監(jiān)控主控制機(jī)和熱備份機(jī)組成;通過(guò)光電耦合模塊控制由光電傳感器構(gòu)成的車位監(jiān)控電路對(duì)車位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控;因采用總線技術(shù),所以停車場(chǎng)車位的數(shù)量可以依據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展,出入門禁控制單元包括由單片機(jī)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、存儲(chǔ)器、LCD顯示器、鍵盤、控制輸出電路組成的控制機(jī);既可作為門禁的開(kāi)啟與關(guān)閉控制,又可作為上位機(jī)短時(shí)間故障的熱備份機(jī)運(yùn)作。出入庫(kù)身份識(shí)別單元包括無(wú)線射頻識(shí)別和紅外線條碼識(shí)別,用于識(shí)別用戶的身份信息?？偩€上連接著自動(dòng)收費(fèi)單元,與目前的自動(dòng)售貨機(jī)類似[5]。

2 下位門禁控制機(jī)電路設(shè)計(jì)

下位機(jī)門禁管理模塊是出入車場(chǎng)的最先和最末環(huán)節(jié),只有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理,使用人性化的系統(tǒng)才會(huì)受到歡迎。該模塊采用模塊化設(shè)計(jì),由電源電路、控制機(jī)主機(jī)、門禁時(shí)鐘電路、車位信息存儲(chǔ)電路、門禁通信電路、門禁執(zhí)行控制電路、門禁信息輸入電路、門禁信息輸出電路等組成,其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

2.1 門禁控制機(jī)主電路

控制機(jī)控制芯片采用美國(guó)Atmel公司生產(chǎn)的低功耗、高性能CMOS 8位單片機(jī)AT89S51,片內(nèi)含4 KB的指令系統(tǒng),不僅應(yīng)用于許多高性價(jià)比的電路中,也可靈活用于各種控制領(lǐng)域,所以其控制核心選用AT89S51芯片?？刂茩C(jī)主電路工作原理如圖3所示[6]。

控制主機(jī)的外部時(shí)鐘,系統(tǒng)使用串口通信,將通信的波特率定為9 600 b/s,選用11.059 2 MHz的石英晶振,再連接兩個(gè)20~30 pF之間的微調(diào)電容,即構(gòu)成時(shí)鐘源。單片機(jī)有效復(fù)位電路采用的是單片機(jī)上電復(fù)位和單片機(jī)手動(dòng)電平復(fù)位兩種方法,通過(guò)查詢AT89S51資料得知,其復(fù)位時(shí)間為RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平而使單片機(jī)復(fù)位。選用11.059 2 MHz的晶振可以確定其機(jī)器周期小于1 μs,因此選用電容容量為22 μF,電阻為1 kΩ的上電復(fù)位電路,使用手動(dòng)電平復(fù)位選用200 Ω的電阻。在P0口使用阻值為10 kΩ的排阻作上拉電阻。液晶LCD顯示器用P0口;輸入鍵盤使用P1口;P2口一部分給液晶顯示器輸出的控制腳使用,剩余的用作連接門禁控制電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)或報(bào)警信號(hào)驅(qū)動(dòng)端;P3口一部分用于時(shí)鐘和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片的I2C引腳通過(guò)電阻上拉,一部分連接TTL-RS 485電路用于通信,一部分用于中斷,多余的用于輸出控制使用[7]。

由于門禁控制機(jī)部分連接有時(shí)鐘電路和信息儲(chǔ)存電路,因此該電路的另外一個(gè)重要用途就是用于作為上位機(jī)(PC機(jī))短時(shí)間故障恢復(fù)時(shí)提供臨時(shí)的應(yīng)急控制用的熱備份機(jī)(熱備機(jī))。

2.2 門禁控制機(jī)信息儲(chǔ)存電路

如果設(shè)備運(yùn)行于停車高峰時(shí)間,可能使系統(tǒng)出現(xiàn)所有下位設(shè)備同時(shí)訪問(wèn)上位機(jī)的情形,這樣會(huì)造成系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信堵塞而引起系統(tǒng)監(jiān)控失靈等現(xiàn)象。因此門禁控制機(jī)中加入信息存儲(chǔ)電路,可以有效緩沖通信壓力,避免通信堵塞現(xiàn)象。同時(shí)信息存儲(chǔ)部分又可作為臨時(shí)的上位機(jī)和熱備份機(jī),即使上位機(jī)短時(shí)間失效停機(jī),系統(tǒng)的監(jiān)控運(yùn)作依然正常。這樣的小冗余度設(shè)計(jì)可使上下位機(jī)互補(bǔ)運(yùn)行,軟硬件互補(bǔ)運(yùn)行。

門禁系統(tǒng)分為前/后門禁模塊。前/后門禁模塊電路的設(shè)計(jì)相同,但是用途和程序不同,系統(tǒng)存儲(chǔ)的信息也不同。前門禁主要是存儲(chǔ)車位信息和使用情況,后門禁存儲(chǔ)車位密碼、停車時(shí)間、金額等信息。綜合信息的存儲(chǔ)密度使用AT24C08A或者AT24C16A為存儲(chǔ)單元。設(shè)計(jì)中地址線可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整,該設(shè)計(jì)是將地址線接地。寫允許接地有效。

2.3 門禁控制機(jī)信息顯示電路

門禁控制機(jī)的信息輸出可以通過(guò)兩種途徑,控制機(jī)顯示輸出和上位機(jī)主屏幕輸出。控制機(jī)輸出可作為上位機(jī)故障的備份顯示屏,供臨時(shí)使用,設(shè)計(jì)中使用LCD液晶顯示模塊進(jìn)行輸出。一般的液晶顯示模塊都有8個(gè)數(shù)據(jù)傳輸引腳和5~8個(gè)控制引腳,剩余的就是液晶背景電源和顯示屏亮度調(diào)節(jié)引腳,只需要進(jìn)行連接就可以[8]。該設(shè)計(jì)中采用RT12032點(diǎn)陣液晶顯示。

2.4 門禁控制機(jī)信息輸入設(shè)備電路

出入門禁信息的輸入使用的是門禁識(shí)別系統(tǒng),如無(wú)線射頻識(shí)別模塊、紅外線條碼識(shí)別模塊。但是,也可以輸入密碼形式,這樣既可以提供多于一套的驗(yàn)證系統(tǒng),又可以靈活使用。信息輸入設(shè)備使用4×4矩陣掃描型鍵盤,12個(gè)按鍵作為輸入數(shù)字,確認(rèn)和重新輸入使用,4個(gè)按鍵與控制機(jī)中斷連接作功能鍵使用。譬如存車、取車、報(bào)警、故障等,并使用二極管隔離,以防止干擾。

2.5 門禁控制機(jī)通信接口電平轉(zhuǎn)換電路

設(shè)計(jì)中涉及RS 485工業(yè)總線的單元都要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換,主要指TTL-RS 485電平轉(zhuǎn)換和RS 232-RS 485電平轉(zhuǎn)換。其中,RS232-RS 485電平轉(zhuǎn)換分成RS 232-TTL[9],TTL-RS 485兩個(gè)轉(zhuǎn)換部分。

應(yīng)用MAX232設(shè)計(jì)RS 232-TTL電平的轉(zhuǎn)換電路,電路中的電源使用了串口取電技術(shù)[10],電路中用發(fā)光二極管作為電源和通信指示燈。

TTL-RS 485電平轉(zhuǎn)換電路采用具有符合RS 485通信電平標(biāo)準(zhǔn)的MAX 485系列集成電路進(jìn)行設(shè)計(jì),其電路如圖4所示。

當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),數(shù)據(jù)流流入TXD端口,經(jīng)MAX 485進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后,通過(guò)J6輸出RS 485高或低的差分電平信號(hào);當(dāng)接收數(shù)據(jù)時(shí),RS 485高或低的差分電平信號(hào)通過(guò)J6進(jìn)入MAX 485進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后,通過(guò)RXD端口流出TTL電平信號(hào)[11]。只要程序能保證不同時(shí)進(jìn)行接收和發(fā)送的操作,即保證是半雙工傳送數(shù)據(jù),程序不必用指令控制DE/RE進(jìn)行接收和發(fā)送的轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換由硬件電路本身完成。

2.6 門禁控制機(jī)執(zhí)行電路設(shè)計(jì)

用門禁控制機(jī)的I/O口控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)電平。門禁控制機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收門禁控制信號(hào),驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)作,控制門禁開(kāi)啟與關(guān)閉和控制車輛進(jìn)出門禁。用MOSFET連接成H型橋路驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)動(dòng)作,在MOSFET兩端并聯(lián)二極管作為序流二極管,以有效保護(hù)MOSFET,延長(zhǎng)器件壽命。

3 下位機(jī)車位監(jiān)控控制機(jī)電路設(shè)計(jì)

下位機(jī)車位監(jiān)控模塊是構(gòu)成閉環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的反饋環(huán)節(jié),它的設(shè)計(jì)好壞直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定,是停車場(chǎng)管理系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。該部分也采用了模塊化設(shè)計(jì),具體可以分為監(jiān)控電源電路、監(jiān)控控制機(jī)主電路、監(jiān)控耦合電路、車位監(jiān)控與顯示電路、控制機(jī)通信電路等結(jié)構(gòu),其原理框圖如圖5所示。

監(jiān)控控制機(jī)通信接口電平轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)與門禁控制機(jī)通信接口電平轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)相同。車位實(shí)時(shí)監(jiān)控與顯示電路的電源應(yīng)獨(dú)立設(shè)計(jì),避免遭受外界信號(hào)的干擾。

車位監(jiān)控控制機(jī)電路同樣使用AT89S51單片機(jī)作為控制器,但是每64個(gè)車位使用兩片單片機(jī)構(gòu)成主機(jī)與熱備份機(jī)結(jié)構(gòu)。用單片機(jī)的P0,P2端口構(gòu)成8×8矩陣掃描電路,監(jiān)控64個(gè)車位。P1端口作為停車場(chǎng)狀態(tài)監(jiān)控的輸入端口,單片機(jī)串口(P3.0,P3.1)與MAX 485連接,進(jìn)行TTL電平與RS 485電平的轉(zhuǎn)換。

當(dāng)主機(jī)工作時(shí),熱備份機(jī)進(jìn)入休眠狀態(tài)。監(jiān)控顯示電路的功能是車位號(hào)顯示和反饋車位信息,由傳感器、七段數(shù)碼管等元件構(gòu)成。

由于光電傳感器受到灰塵、安裝環(huán)境的影響,而且考慮大批量制造成本高等問(wèn)題。所以在系統(tǒng)中選用了單刀雙擲開(kāi)關(guān)作為檢測(cè)傳感器,機(jī)械監(jiān)測(cè)方式具有工作穩(wěn)定壽命長(zhǎng)久,可以埋地,受外界環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)。將微動(dòng)開(kāi)關(guān)放于圓筒內(nèi),發(fā)光二極管放于方槽內(nèi)上面用玻璃遮蓋,用于指示停車狀況,將單刀雙擲開(kāi)關(guān)鋪設(shè)于汽車前輪胎的位置,通過(guò)車輛的重力進(jìn)行開(kāi)關(guān)切換。

監(jiān)控顯示電路與監(jiān)控控制機(jī)通過(guò)信號(hào)耦合電路連接,信號(hào)耦合電路使用光電耦合器(型號(hào):PLP521),能夠很好地隔離外界干擾,保證控制電路的車位信息識(shí)別準(zhǔn)確、穩(wěn)定工作。車位監(jiān)控電路的結(jié)構(gòu)框圖如圖6所示。

圖6中對(duì)車位監(jiān)控模塊的控制電路電源與監(jiān)控顯示電路電源進(jìn)行分開(kāi)設(shè)計(jì),以防止遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸時(shí)外界的干擾信號(hào),這也是使用光耦合器件進(jìn)行電路隔離的目的。監(jiān)控顯示電路應(yīng)使用具有大電流輸出能力的5 V電源,以保證每個(gè)車位的顯示亮度足夠。

4 系統(tǒng)測(cè)試

車輛出/入門禁存放過(guò)程計(jì)算機(jī)虛擬演示如圖7所示。車輛進(jìn)入門禁后通過(guò)入口門禁身份校驗(yàn),包括紅外條碼掃描、無(wú)線射頻卡識(shí)別、觸摸屏軟鍵盤或者單片機(jī)硬鍵盤進(jìn)行身份識(shí)別后進(jìn)入車位,車輛到位后監(jiān)控顯示電路動(dòng)作,并切換信號(hào)。車輛出庫(kù)時(shí)停車位指示電路再次動(dòng)作,再出門禁控制機(jī)將通過(guò)與入口門禁相同的方式進(jìn)行身份識(shí)別后繳費(fèi)放行車輛,整個(gè)工作過(guò)程的每步動(dòng)作將在系統(tǒng)全程監(jiān)控下進(jìn)行,數(shù)據(jù)庫(kù)停車場(chǎng)事件表格實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)。

5 結(jié) 語(yǔ)

停車場(chǎng)車位管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個(gè)以單片機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的閉環(huán)型管理控制系統(tǒng),能夠?qū)囄粍?dòng)態(tài)、車場(chǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行全面監(jiān)控。使系統(tǒng)控制簡(jiǎn)單,工作穩(wěn)定可靠,數(shù)據(jù)差錯(cuò)率低,控制范圍廣,是一個(gè)采用模塊化設(shè)計(jì)、有自檢自恢復(fù)能力、有多種信息輸入類型、多種顯示輸出類型的系統(tǒng)。同時(shí)系統(tǒng)使用模塊化設(shè)計(jì),易于擴(kuò)展規(guī)模,系統(tǒng)預(yù)留了充足的接口空間,可與現(xiàn)在公安部門安全系統(tǒng)對(duì)接,實(shí)現(xiàn)公共安全資源的充分利用。用戶可以隨到隨停,可以網(wǎng)絡(luò)預(yù)定,結(jié)算方式多樣,系統(tǒng)的人性化程度高,不僅能夠分時(shí)段收費(fèi),而且可以設(shè)置免費(fèi)停車時(shí)間等功能。

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