劉鐵勇 赫劉勤

（河南工業(yè)大學(xué)，鄭州 450001）

基于LPC1788立體車庫控制器設(shè)計

劉鐵勇 赫劉勤

（河南工業(yè)大學(xué)，鄭州 450001）

智能化立體車庫是解決現(xiàn)代城市交通堵塞和停車難問題的重要途徑之一。本文以升降橫移立體車庫為主要研究對象，介紹了一種基于恩智浦Cortex-M3內(nèi)核的LPC1788，利用emWin技術(shù)開發(fā)的7寸觸摸屏的立體車庫主控制器，通過CAN-bus總線與各車位控制單元通信，實現(xiàn)對升降橫移類立體車庫人機(jī)交互界面的控制，同時能夠通過SD卡和USB接口下載、更新程序，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

LPC1788；立體車庫；控制器

近年來，我國汽車工業(yè)不斷發(fā)展，汽車價格逐漸下降，而我國城鎮(zhèn)人口數(shù)量的巨增和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，導(dǎo)致城市汽車保有量急劇增長。由于機(jī)動車90%以上的時間處于停泊狀態(tài)，城市中心、住宅小區(qū)、停車場內(nèi)停車難已成為現(xiàn)實問題。立體車庫因占地面積少，采取多層結(jié)構(gòu)存放，能較好地解決停車難的局面。盡管20世紀(jì)90年代末立體車庫在我國的應(yīng)用尚處于起步階段，但隨著市場上對大規(guī)模存車庫需求的出現(xiàn)，進(jìn)入2000年后，機(jī)械立體車庫開始快步進(jìn)入房地產(chǎn)配套市場，在國內(nèi)升降橫移類立體停車設(shè)備占據(jù)了80%以上的市場份額。

本設(shè)計使用微控制器（MCU）通過 CAN-bus總線實現(xiàn)對升降橫移立體車庫的實現(xiàn)，解決立體車庫中檢測、控制、引導(dǎo)、安全等關(guān)鍵問題，實現(xiàn)車位移動最優(yōu)控制、停車場資源實時管理，提高車庫存取車效率，降低能耗。使人、車、路之間的相互作用關(guān)系以新的方式呈現(xiàn)，實現(xiàn)實時、準(zhǔn)確、高效、安全、節(jié)能的目標(biāo)。與現(xiàn)有的立體車庫的產(chǎn)品中的PLC控制器比較，微控制器在顯示、故障處理、接口、可靠性和先進(jìn)性等方面占有很大優(yōu)勢，具體見表1。

1 智能立體車庫系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

圖1為地下兩層地上3層的升降橫移類的立體車庫，該類型的車庫主要通過使用行程開關(guān)實現(xiàn)對車盤位置的確定，根據(jù)每個車盤可能存在的狀態(tài)確定車位信息，其中每個車盤將自己的行程開關(guān)的狀態(tài)通過CAN-bus總線將狀態(tài)發(fā)送到主控器，主控制器通過邏輯算法的推算實現(xiàn)對車盤位置的確認(rèn)，使用CAN-bus總線通信控制個車盤的升降橫移電機(jī)實現(xiàn)對車盤的移動，將目標(biāo)車盤移動到地面層，實現(xiàn)自動取車的目的。

圖1地下車盤只具有升降功能，地面層的車盤只具有橫移功能，地上中間層具有升降和橫移功能，頂層只具有升降功能，根據(jù)每個車盤的功能。車盤具有行程開關(guān)，確定狀態(tài)。其中橫移分為左到位和右到位，升降分為上到位和下到位，同時每個車盤具有極限保護(hù)、電機(jī)繼電器粘連保護(hù)、電機(jī)相序保護(hù)、熱保護(hù)、超長光電的人機(jī)保護(hù)等，具有很高的安全性。

表1 制器系統(tǒng)與PLC控制系統(tǒng)的比較

圖1 升降橫移類車庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計

本設(shè)計采用LPC1788控制器，使用RS-232串口和CAN-bus作為數(shù)據(jù)采集的通道，進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換。如圖2所示，使用控制器的LCD接口擴(kuò)展7寸液晶屏作為人機(jī)交互的顯示界面，通過控制器的EMC擴(kuò)展SDRAM作為液晶屏的數(shù)據(jù)緩存區(qū)。通過觸摸屏實現(xiàn)人機(jī)交互的輸入設(shè)備。在數(shù)據(jù)存儲方面，本設(shè)計使用 SPI-Flash實現(xiàn)數(shù)據(jù)的備份實現(xiàn)數(shù)據(jù)的掉電功能，同時系統(tǒng)支持SD卡和U盤的在線升級功能。

2.2 各模塊設(shè)計與分析

控制器系統(tǒng)電路設(shè)計包括時鐘電路、復(fù)位電路、JTAG接口電路和ISP接口電路。系統(tǒng)采用有源晶振提供控制器LPC1788的工作時鐘，振蕩頻率為12MHz，輸入到MCU的XTAL1引腳，可通過內(nèi)部PLL調(diào)整到較高的頻率（CPU最高操作時鐘為120MHz）。復(fù)位電路使用CAT811STBI可以監(jiān)控電源電壓，在使用按鍵的阻容復(fù)位的端口接入ESD防止手動復(fù)位的靜電?？刂破髟谑褂脮r，容易出現(xiàn)對內(nèi)存的非法操作出現(xiàn)程序跑飛或鎖死，需要使用ISP進(jìn)行數(shù)據(jù)擦出，并加外部上拉電阻。

圖2 硬件設(shè)計框圖

圖3 輸入電源的處理

電源電路設(shè)計使用24V供電，且液晶、USB、串口需要5V供電，控制器及其他接口電路為3.3V供電，如圖3所示。由于供電設(shè)備不固定，供電設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性不清楚，所以該電路包含具有過流、過壓、反相等保護(hù)，同時還具有濾除電源中高頻干擾和引入電源的共模干擾的前級處理和后續(xù)的降壓處理。為了防止模擬地和數(shù)字地的相互干擾，使用磁珠進(jìn)行隔離處理，并在控制器的VBAT的輸入管腳使用ESD器件消除電池的影響，使系統(tǒng)能夠更加穩(wěn)定的運(yùn)行。

控制器LPC1788具有SDIO接口，可以方便快速的實現(xiàn)數(shù)據(jù)的寫入及讀寫功能，如圖4所示。SD卡數(shù)據(jù)接口中接入ESD器件PESD5V0L6UAS防止靜電對芯片的傷害和干擾，同時 SD卡座外殼要接大地保護(hù)，以便能夠快速的泄放靜電。

圖4 SD卡接口電路

LPC1788支持USB主機(jī)接口和USB2.0協(xié)議，使用USBHost接口電路，可以方便快速開發(fā)U盤的數(shù)據(jù)拷貝及程序升級功能。由于USB功率較大，本設(shè)計使用具有較寬的供電電壓和較快的轉(zhuǎn)換速度的SP2526芯片作電源轉(zhuǎn)換開關(guān)為USB供電。為了防止USB拔插時靜電將I/O口燒毀，ESD選用5V的PESD5V2S2UT。

觸摸屏電路設(shè)計的輸入設(shè)備選擇使用四線的觸摸屏，主要實現(xiàn)對系統(tǒng)的輸入控制，如圖5所示。濾除部分抖動在線路中接入電容濾波，該濾波電容也觸摸屏的內(nèi)阻（幾十千歐左右）形成了低通濾波器。觸摸屏芯片TSC2046的AD轉(zhuǎn)化頻率決定了頻帶的寬度，同時需要再加入ESD器件來吸收靜電。

圖5 觸摸屏電路

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 系統(tǒng)軟件分層設(shè)計

本章主要涉及整個軟件框架以及細(xì)節(jié)的設(shè)計，本系統(tǒng)軟件主要分為3個層次：MCU底層、中間層、上層應(yīng)用程序?qū)?；圖6為系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，其中MCU底層主要包含底層接口程序，主要有LCD底層接口程序、SDRAM接口程序、串口底層程序，CAN-bus底層程序，USB-host底層程序等，中間層主要包含F(xiàn)ATfs、μC/OS-II、emWin軟件包，中間層的主要是一些移植程序，通過中間層程序移植，使上層應(yīng)用程序與 MCU底層接口之間的耦合降低，方便系統(tǒng)移植。上層應(yīng)用程序可以進(jìn)行應(yīng)用程序的編寫，這部分的編寫可以做到基本脫離底層。

圖6 系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)

應(yīng)用程序主要分為前后臺任務(wù)、桌面任務(wù)。后臺任務(wù)主要指程序一直處于運(yùn)行狀態(tài)的任務(wù)，桌面任務(wù)指的是在系統(tǒng)選擇使用觸發(fā)前臺的選擇使用，前臺任務(wù)是決定了當(dāng)前顯示界面運(yùn)行的任務(wù)。

3.2 升降橫移車庫算法實現(xiàn)

圖7為升降橫移類車位信息，通過移動地面層和地上一層的空位車盤實現(xiàn)出車操作，為了統(tǒng)一設(shè)計將不通層的車進(jìn)行了統(tǒng)一的編號，命名規(guī)則主要是使用四位，第一位為1代表地上、2地下一層、3代表地下二層；第二位為區(qū)分地上車位使用，1代表地上一層、2代表地上二層、3代表地上三層；第三位做備用為使用，目前無作用；第四位代表當(dāng)前的列數(shù)，最多支持9列。

在車盤的動態(tài)顯示過程中，使用emWin中的按鈕API函數(shù)實現(xiàn)對車盤的顯示，同時支持觸屏取車操作，當(dāng)在觸摸屏中按下指定的車時，使用升降橫移算法實現(xiàn)移動該車盤到地面層，在顯示實現(xiàn)算法上使用按鈕進(jìn)行動態(tài)顯示，主要將車位號轉(zhuǎn)換為按鈕的對應(yīng)的ID，根據(jù)移動不同按鈕實現(xiàn)動態(tài)顯示，如圖8所示。

圖7 升降橫移類車庫示意圖

圖8 操作界面

通過觸摸屏獲取要取車的ID，確認(rèn)該車所在的位置，判斷空位，實現(xiàn)取車。其基本流程如圖9所示。

圖9 取車流程圖

4 結(jié)論

本研究采用LPC1788為控制器，升降橫移立體車庫為研究對象，設(shè)計了一種智能立體車庫系統(tǒng)。研究結(jié)果表明，該系統(tǒng)完全能實現(xiàn)自助存取車功能，并且具有操作簡單、安全性高、功能強(qiáng)、易擴(kuò)展等優(yōu)點，最主要的是節(jié)省了大量用于建設(shè)車庫的土地。與傳統(tǒng)PLC控制器相比較，本設(shè)計從根本上解決了成本高，可移植性差，拓展性差等問題，美觀、簡潔的人機(jī)交互界面使操作更為簡單方便。車位控制器以常見的電子元器件組成，便于制作以及后續(xù)針對特定需求的功能改進(jìn)。

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Design of the Controller based on LPC1788 for Stereo-garage

Liu Tieyong He Liuqin
（Henan University of Technology，Zhengzhou 450001）

Intelligent three-dimensional garage is one of the important ways which are to solve the problems of the modern urban traffic congestion and parking.Based on the lifting and transferring stereo-garage，this paper introduces a kind of based on LPC1788 of NXP Cortex-M3 kernel，using emWin technology development seven inches touch screen stereo-garage main controller.The study has been achieved the control of 3D garage class human-computer interaction interface through the CAN bus control unit communication with various parking lots，at the same time users can download，update program，implement the data interaction through the SD card and USB interface.

LPC1788； stereo-garage； controller

劉鐵勇（1971-），男，助理實驗師，主要從事車輛的驅(qū)動和動力控制方面的科研和教學(xué)工作，致力于新能源汽車如混合動力和純電動汽車的研究。