陳祥秋 耿明宏 陳鑫

摘 要：近些年來，共享單車、共享電單車逐漸風靡。針對校園、社區(qū)、工業(yè)園區(qū)等用車頻繁的地區(qū)容易出現(xiàn)共享單車、電單車亂停亂放和難以維護的問題，開發(fā)了一種立體光伏自行車、電單車車庫平臺。本文將從該立體車庫的App開發(fā)使用和平臺搭建做設計與研究，突出立體車庫的客戶端使用和后臺控制的可行性，來解決該立體車庫的使用和控制。

關鍵詞：立體自行車庫;互聯(lián)網;App功能設計;PLC控制設計

1. 引言

近些年來，共享單車因其隨用隨取和停車方便的理念便利了公眾的出行，解決了城市最后一公里的問題，受到了廣泛的歡迎[1]。但正因其便利性也產生了以無序停放為代表的問題，尤其是在小區(qū)門口和校園內，矛盾現(xiàn)象非常突出。同樣，近些年來共享電動車也逐漸風靡起來，亂停亂放和電動車充電給共享單車維護工作者們帶來不小麻煩。因此，結合兩大難點，為有效解決此類問題，一種基于互聯(lián)網的立體光伏共享單車、電單車車庫應運而生。本文通過介紹該車庫的平臺設計與研究，為該平臺進一步改進提供理論基礎和設計方案。

2.立體光伏共享單車車庫的介紹

2.1立體光伏車庫的結構設計

立體車庫以鋁合金結構框架為主體，采用槽輪機構，通過電機實現(xiàn)對多個單車箱體的旋轉，節(jié)約空間，運行簡單實用。且在車庫背面增添了一個電氣控制柜，內有PLC控制器，它采用一種可編程的存儲器，它采用一種可編程的存儲器，在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，通過數字式或模擬式的輸入輸出來控制該立體車庫的轉動，實現(xiàn)存車箱體的切換[2]。存車箱體采用模塊化設計，可實現(xiàn)對車輛的批量回收與維護。

2.2立體光伏自行車庫的平臺介紹

為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，我們首先對此App和使用平臺的實現(xiàn)進行系統(tǒng)建模。該系統(tǒng)是由用戶客戶端、本地服務器、本地控制器（PLC）和執(zhí)行器組成。整個與預期功能的實現(xiàn)涉及很多領域的開發(fā)，首先是執(zhí)行器部分的自動控制設計，該部分增加了維護人員人工操作，防止因為服務器故障或網絡原因導致無法進行操作。其次就是該系統(tǒng)的App搭建和服務器的搭建，該部分主要為用戶端提供服務，使用戶可通過操作簡單的手機App將數據傳輸至服務器，再由服務器配置IP地址訪問到PLC進行操作（如圖一）

2.3立體光伏自行車車庫的App設計基本功能介紹

為完善立體自行車車庫的使用，設計一款基于互聯(lián)網的用戶端操作App，使得用戶能通過掃描立體車庫上的二維碼實現(xiàn)對車輛的存取，并且能在App中的地圖上找到有空車位的立體自行車庫。該App設有客戶登錄頁面，客戶登陸后可實現(xiàn)對立體自行車庫的操作和使用（如圖二）。

操作流程：用戶通過短信或賬號密碼登錄App后登錄到軟件中，再通過地圖上的立體自行車庫點或直接掃描立體自行車庫立柱上的二維碼，掃描后到達最后一個界面，選擇一件存車或一鍵取車。操作結束

用戶通過操作App，App將數據通過TCP/IP協(xié)議傳輸至服務器，統(tǒng)一由服務器處理。用戶完成操作后由服務器回傳數據至用戶。絕大部分操作無須用戶操作，極大的方便車主，同樣安全性也能得到極大地提高。

工業(yè)4.0的浪潮下，各行各業(yè)都在思考著如何進行信息化及智能化。隨著本地通信控制的局限性，遠程控制聯(lián)網通信，采用有線和無線的方式慢慢地進入主流。以太網口通信和無線網絡通信慢慢地在PLC遠程控制取代了原有的本地串口或總線方式控制。

立體光伏自行車車庫的執(zhí)行端需要有一個穩(wěn)定的控制器進行控制，并且控制器是支持串口和網口的設備，該立體自行車庫采用支持網口的PLC控制器進行控制，且需要一臺PLC遠程控制模塊。PLC遠程控制模塊傳輸要求非常穩(wěn)定，持續(xù)工作丟包率為0，可以7×24小時長時間工作。

PLC端通信方式采用RS485接口上接一個串口轉遠程控制模塊，該模塊可支持4G遠程控制、Wi-Fi遠程控制、手機熱點遠程控制、以太網遠程控制、還支持USB遠程下載程序。該模塊連接到服務器或公網IP，服務器直接向設備端發(fā)送modbus指令控制PLC端口，初步實現(xiàn)了對PLC的遠程控制，實現(xiàn)對立體車庫的轉換操作[3]（如圖三）。

解決好PLC與服務器的通訊后，用戶即可通過手機App操作將信號傳輸至服務器后，再由服務器編譯后配置到相應的立體自行車庫的PLC中，由PLC控制立體車庫的轉動和圍欄的打開，使得用戶可以在存車廂里還車或取車。

同樣，為保證用戶的安全，立體自行車庫本地PLC還配備的有多組紅外傳感器和距離傳感器，當有人侵入立體車庫時，控制器將停止轉動，以防傷人。本地傳感器控制的優(yōu)先級要大于任何控制。

3.總結

針對目前共享自行車數量的增長，有序停車問題迫在眉睫。目前市場上的立體自行車庫較少，且功能簡單，并未實現(xiàn)與現(xiàn)階段互聯(lián)網結合，且形式單一停車麻煩。通過一種與互聯(lián)網和工業(yè)4.0結合的一種立體自行車庫可實現(xiàn)對現(xiàn)階段共享單車、電單車突出的矛盾得到基本的解決。本文主要通過介紹用戶端App和立體車庫的控制，研究了這種方案的可信性。但由于該系統(tǒng)基于互聯(lián)網，可能存在信號或網絡問題影響客戶的使用，考慮到使用了一種多輸入類型的遠程控制模塊，在網絡條件不好的地方可采用網線接入，但無形中也增加了成本。

參考文獻：

[1]宋永飛，吳彬.共享單車與城市管理的耦合與發(fā)展分析[J].生產力研究，2018（01）：93-96+161.

[2]童占榮.機械停車庫控制系統(tǒng)設計探討[J].建筑機械，2007（19）：79-82.

[3]劉宇程.多層垂直提升式立體車庫及控制系統(tǒng)設計[J].電子世界，2019（14）：114-117.

作者簡介：

1.陳祥秋，湖北隨州人，本科，武漢商學院機器人工程專業(yè);主要研究方向：非標自動化控制設計。

2.耿明宏，湖北黃石人，本科，武漢商學院機器人工程專業(yè);主要研究方向：非標自動化機械設計。

[通訊作者] 陳鑫（1988-），男，湖北武漢人，碩士，武漢商學院教師，工程師;主要研究方向：工業(yè)機器人系統(tǒng)仿真，視覺識別。

[項目支持]：武漢商學院2020年大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃（項目編號：202011654069 ）——校內多用途光伏立體共享單車/電單車庫

（武漢商學院機電工程學院 ?湖北 ?武漢 ?430056）