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        立式全自動單車停放系統(tǒng)

        2019-04-02 09:59:18王世偉李淑娟文世鵬
        長春工業(yè)大學學報 2019年1期
        關鍵詞:界面用戶系統(tǒng)

        王世偉, 李淑娟, 張 龍, 伍 龍, 文世鵬, 張 雨

        (淮南師范學院 機械與電氣工程學院, 安徽 淮南 232038)

        0 引 言

        共享單車一經推出,就以其方便快捷、便宜實惠的優(yōu)勢迅速占領了各大城市,得到了人們的廣泛認可,成為人們日常出行的必備工具。基于此良好的背景和廣闊的市場,各地涌現出了大量的共享單車公司,毫無限制的將共享單車投放到了城市之中,使得投放嚴重超量,供過于求,由此引發(fā)了嚴重的亂停亂放、單車損壞得不到及時維修、浪費場地資源等問題,為城市管理帶來了很大的難題[1-2],各大城市也出臺了共享單車停放管理的相關政策,但是效果不明顯,共享單車的巨大優(yōu)勢的確給人們的出行帶來了很大的方便,不可能被禁止?,F有各大城市中應用最多的是卡位式單車停放裝置,不僅占用了大量的場地資源,而且停放數量不多,場地利用率很低。

        國內外諸多學者對單車停放裝置展開了大量的研究,得到了很多成果[3-8],但所設計的停車裝置均存在場地資源浪費、停車效率不高、無法實現損壞報警的缺陷,因此,急需設計一種既不占用場地資源,又能夠提高場地利用率,將單車有序排放并具有損壞報警功能的單車停放系統(tǒng)。

        1 機械機構設計

        1.1 總體結構設計

        基于城市中太陽能路燈存儲電量過多,無法得到充分利用且燈桿周圍空間資源浪費的現狀,為充分利用燈柱周圍空間資源,所設計單車停放系統(tǒng)以太陽能路燈為依托,將停車系統(tǒng)寄附在燈柱上,其整體機械結構如圖1所示。

        1.懸掛停放裝置; 2.懸掛牽引裝置; 3.太陽能路燈。

        其工作原理為:存車時,懸掛牽引裝置在路燈底部,將自行車掛在牽引裝置上后,電機驅動懸掛牽引裝置上升至有空位的停車層,進而該層懸掛停放裝置將空車位旋轉至懸掛牽引部位,將單車鎖緊停放,使單車以環(huán)形布局懸掛于停車層;取車時,指定車位的懸掛停放層將所取單車旋轉至懸掛牽引部位,懸掛牽引裝置將單車托住,利用電機驅動下降,將單車取出,實現單車的全自動存取功能。

        1.2 懸掛牽引裝置

        為實現存取車時單車能在電機的牽引下進行移動,設計了懸掛牽引裝置,其機械結構如圖2所示。

        該懸掛牽引裝置的工作原理為:存車時,步進電機控制牽引龍頭下降至路燈底部,將單車卡緊并牽引升至相應停車層;取車時,步進電機控制牽引龍頭移動至相應停車層,卡緊單車后,將其降至路燈底部。

        1.牽引龍頭; 2.伸縮桿; 3.步進電機; 4.導輪; 5.導軌。

        1.3 懸掛停放裝置

        為使單車以環(huán)形布局依附路燈燈柱并懸掛于停車層,設計的懸掛停放裝置如圖3所示。

        1.懸掛龍頭; 2.回轉支承下支座; 3.回轉支承下支座; 4.步進電機。

        其工作原理為:存車時,當牽引裝置將單車牽引至該停車層的同時,懸掛停放裝置自動旋轉,將該層空車位旋轉至存車位,將單車鎖緊存放;取車時,根據控制指令,將停車層對應位置的單車旋轉至取車位,由懸掛牽引裝置將單車取下。

        2 控制系統(tǒng)設計

        2.1 軟件設計

        所設計系統(tǒng)主要為了實現單車的智能存取和損壞報警功能,根據所要實現的功能及人性化的人機交互理念,設計的存車流程如圖4所示。

        圖4 存車程序流程圖

        取車流程如圖5所示。

        圖5 取車程序流程圖

        2.2 電路設計

        根據所設計存車、取車流程構建的單車停放系統(tǒng)硬件電路如圖6所示。

        圖6 總體硬件電路結構

        主控制器采用STM32F103R6單片機;在牽引龍頭部位安裝FSR402型薄膜壓力傳感器,用以感知單車是否掛于懸掛牽引裝置;在用戶終端使用LCD作為人機交互界面,同時設置有存車按鍵(是/確定)、取車按鍵(否/取消)和工程調試按鍵,用以實現存車、取車操作以及企業(yè)工程調修功能。

        3 仿真分析

        為了驗證所設計控制系統(tǒng)的控制效果,基于所設計的硬件電路,編程對存車操作和取車操作進行了仿真分析。

        3.1 存車操作

        當用戶進行存車操作時,系統(tǒng)界面顯示如圖7所示。

        圖7 存車操作時系統(tǒng)人機交互界面

        具體操作過程如下:

        1)當點擊“存車”按鍵后,系統(tǒng)界面顯示見圖7(a),提示用戶選擇用戶類型是“共享單車”或“私人單車”;

        2)如果用戶選擇 “私人單車”,系統(tǒng)將直接執(zhí)行圖7(c);如果用戶選擇“共享單車”時,系統(tǒng)界面顯示見圖7(b),提示用戶確認車輛是否需要維修,如果選擇“是”,系統(tǒng)自動將信息發(fā)送至維修部門,維修部門將及時安排工作人員對該單車進行維修,如果選擇“否”,系統(tǒng)將執(zhí)行圖7(c);

        3)系統(tǒng)在確認操作后會進入存車確認界面(見圖7(c)),與此同時,懸掛牽引裝置下降至路燈底部,提示用戶將單車放至存車龍頭位置,并進行確認,懸掛牽引裝置所安裝的壓力傳感器,將單車已放置完成的信號發(fā)送給控制系統(tǒng),系統(tǒng)會自動將單車牽引至停車層,停放至空車位;

        4)如果用戶誤操作,未將單車放置好便點擊 “確認”按鍵,系統(tǒng)便接收不到壓力傳感器傳遞的放置完成信息,會顯示提示界面(見圖7(d)),報警并提示用戶檢查確認;

        5)當系統(tǒng)接收到壓力傳感器傳遞的放置完成信息時,自動完成存車,如果是“共享單車”用戶,系統(tǒng)會顯示存車成功界面(見圖7(e));如果是“私人單車”用戶,系統(tǒng)將顯示成功界面(見圖7(f)),并隨機生成存車碼,供用戶取車使用。

        如果所有界面在20 s內無相關操作,系統(tǒng)將復位至初始界面。另外,在軟件界面中,“存車”按鍵也具有“是”和“確定”功能;“取車”按鍵具有“否”和“取消”功能。

        3.2 取車操作

        當用戶進行取車操作時,系統(tǒng)界面顯示如圖8所示。

        圖8 取車操作時系統(tǒng)人機交互界面

        具體操作過程如下:

        1)當點擊“取車”按鍵后,系統(tǒng)界面顯示見圖8(a),提示用戶選擇用戶類型是“共享單車”或“私人單車”;

        2)當用戶選擇“共享單車”時,系統(tǒng)界面顯示見圖8(b),停車裝置會隨機將停車層完好無損的共享單車取下,并提示用戶進行取車確認;當用戶選擇“私人單車”時,系統(tǒng)提示用戶輸入存車時生成的代碼,代碼正確后,系統(tǒng)自動將單車取下,并提示用戶進行取車確認,系統(tǒng)界面見圖8(c);

        3)如果用戶誤操作,未將單車取下便點擊了“確認”按鍵,系統(tǒng)便接收不到壓力傳感器傳遞的取車成功信息,會顯示提示界面(見圖8(d)),報警并提示用戶檢查確認;

        4)在取車確認操作后,系統(tǒng)會顯示“共享單車”取車成功界面(見圖8(e))和“私人單車”取車成功界面(見圖8(f))。

        如果所有界面在20 s內無相關操作,系統(tǒng)復位至初始界面。另外,在軟件界面中,“存車”按鍵也具有“是”和“確定”功能;“取車”按鍵具有“否”和“取消”功能。

        通過以上編程仿真,很好地實現了存車、取車、損壞報警以及工程調試的功能。

        4 樣機驗證

        根據所設計機械結構和控制系統(tǒng)方案,以仿真結果為依據,設計了立式全自動單車停放系統(tǒng)樣機,如圖9所示。

        圖9 立式全自動單車停放系統(tǒng)樣機

        搭建實際控制電路,并編程控制很好地實現了單車的立式存放和取用。

        5 結 語

        為了實現城市內共享單車和私人單車的有序存放,節(jié)省場地空間,提高空間利用率,設計了基于太陽能路燈的立式全自動單車停放機構及其控制系統(tǒng)。

        1)設計了單車懸掛牽引裝置和單車懸掛停放裝置,實現了單車的可靠牽引和存放;

        2)設計了控制系統(tǒng)結構和程序流程,搭建了仿真電路,編程仿真實現了友好的人機交互界面及既定的系統(tǒng)功能;

        3)基于仿真結果設計制作了立式全自動單車停放系統(tǒng)樣機,很好地實現了單車的存放、取用和損壞報警功能,有利于解決現代城市單車亂停亂放、損壞得不到及時維修和場地利用率低等突出問題。

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