基于AGV的立體車庫控制管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

姚　健，陳家俊，王　琪

(江蘇科技大學 機電與動力工程學院，江蘇　蘇州　215000)

0　引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，汽車保有量飛速增長，停車位以及其他基礎設備的需求也日益增加[1]?，F(xiàn)有研究表明：在眾多停車設備中，使用AGV搬運器的立體車庫具有更加高效、快捷、方便的存取車體驗[2-3]。為此，本文提出了以AGV搬運器為基礎的立體車庫控制管理系統(tǒng)，并制作了實物模型。實驗表明：該設計方案不僅可以有效地實現(xiàn)車輛的準停，還可以實現(xiàn)整個立體車庫的高效、自動控制。

1　立體車庫控制管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

該立體車庫的結構設計采用目前較為先進的帶升降機構的多層停車設備[4-5]，其結構示意圖如圖1所示。立體車庫控制管理系統(tǒng)采用總分式結構，總控制系統(tǒng)為用戶的操作面板，即人機交互界面；分系統(tǒng)主要包括電梯控制系統(tǒng)、停車對位控制系統(tǒng)和智能搬運控制系統(tǒng)?？偪刂葡到y(tǒng)綜合各分系統(tǒng)匯總的數(shù)據(jù)，按照用戶的操作需求下達相應的執(zhí)行指令。控制系統(tǒng)主要功能模塊如圖2所示。

圖1　立體車庫結構示意圖

1.1　停車對位系統(tǒng)設計

停車對位系統(tǒng)用于保證車輛停于準確的車位，通過4個超聲波模塊實現(xiàn)，超聲波模塊型號為HC-SR04，主要包含超聲波發(fā)送接收和控制電路。在車位前方、左側(或右側)的合適位置上各放置兩個超聲波模塊，用于限制車輛的左右、前后位置，當4個傳感器模塊都檢測到適當距離內(nèi)有障礙物時，代表該車準停；當4個傳感器有一個沒有檢測到適當距離內(nèi)有障礙物或者障礙物離得太近時，控制面板發(fā)出相應的LED燈光，表示車未準停，同時暫停存車程序，并啟動自適應調(diào)節(jié)模塊來進一步矯正，直至實現(xiàn)準停。停車對位系統(tǒng)電路圖如圖3所示，超聲波控制電路圖如圖4所示。

圖2　控制系統(tǒng)主要功能模塊

圖3　停車對位系統(tǒng)電路圖

1.2　升降電梯系統(tǒng)設計

車庫的升降機構用于將車輛送到指定樓層，結構類似于電梯[6-7]。升降機構主要由轎廂、拖動電機、配重塊等組成，如圖5所示。電梯的拖動電機選用鼠籠式異步電機，升降電梯系統(tǒng)內(nèi)部裝有多種傳感器，用于監(jiān)測電梯的運行狀態(tài)和安全保障。每一層裝有紅外檢測模塊，用于監(jiān)測電梯的運行狀況。在電梯內(nèi)部裝有加速度傳感器，用于檢測電梯是否異常運行。在拖動電機端，裝有功率傳感器和溫度傳感器，監(jiān)測電機的運行狀態(tài)，防止出現(xiàn)電機過載和老化。

1.3　智能搬運系統(tǒng)設計

車輛的搬運過程主要由AGV搬運器實現(xiàn)，采用排隊論中的順序原則進行AGV調(diào)度，即先收到的任務先處理，后收到的任務后處理，依次執(zhí)行[8-9]。假設車庫為4層，每層設置10個車位，各層車位布局如圖6所示。現(xiàn)有汽車20輛，分每層隨機選取5個車位放置車輛，按順序原則進行智能搬運調(diào)度。車位依次編號為1到10，每個車位的車位狀態(tài)用0和1來表示，0

表示車位上沒有車，1表示車位上有車，車庫初始車位狀態(tài)如表1所示。立體車庫每層的高度為2.5 m，每個車位的大小為2.5 m×5 m，樓層寬度為14.5 m×13 m，電梯的運行速度v=1.5 m/s、加速度a=1 m/s2?？蛰d情況下，AGV搬運器的加速度a1=1 m/s2，勻速運動速度v1=1.5 m/s；載車情況下，AGV搬運器加速度a2=0.5 m/s2，勻速運動的速度取v2=0.8 m/s。計算得出的每個任務(存車或取車)的使用時間如表2所示。

圖4　超聲波控制電路圖

圖5電梯升降機構示意圖圖6車庫各層車位布置

表1　車庫初始車位狀態(tài)

1.4　人機交互界面設計與整體系統(tǒng)實現(xiàn)

控制系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)通訊采用ZigBee無線通訊技術[10]，結合藍牙通訊模塊實現(xiàn)，采用的主要硬件有Arduino Nano電路板、MFRC522射頻卡檢測模塊、LCD顯示屏和獨立式按鍵檢測模塊。

表2　每個任務(存車或取車)的使用時間

人機交互界面通過串口實現(xiàn)與停車對位系統(tǒng)的通訊，當接收到停車對位系統(tǒng)發(fā)送的停車完成信號時，LCD顯示信息，提示用戶進行下一步操作，允許用戶刷卡存車，用戶將射頻卡放到射頻卡檢測模塊上方，射頻卡檢測模塊讀取射頻卡內(nèi)部存儲的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺匦酒?，主控芯片將這些數(shù)據(jù)顯示在LCD顯示屏上，用戶可以根據(jù)信息提示進行下一步操作，選擇存取車。人機交互界面電路圖如圖7所示，控制面板實物圖如圖8所示。

搭建整體控制模型(如圖9所示)并進行實物模擬實驗，實現(xiàn)了上述完整控制過程，完成了對轎車的精確準停。

2　結語

本文針對以AGV搬運器為基礎的立體車庫的特點設計了控制管理系統(tǒng)，并同時進行了實物模型制作與實驗驗證。實驗表明：該設計方案可以有效地控制汽車的準停，實現(xiàn)汽車的安全、自動、準確存取。

圖7　人機交互界面電路圖

圖8控制面板實物圖圖9整體控制過程實物模型

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