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摘要：智能立體停車庫是未來城市基礎建設中的重要構成部分，本文基于ARM嵌入式控制系統，對智能立體停車庫控制系統的軟硬件設計進行了論述，闡述了智能立體停車庫控制系統的實現策略，僅供參考。
關鍵詞：ARM控制系統；Linux；智能立體停車庫；硬件設計；軟件設計
伴隨汽車制造工業水平的提升以及國民生活水平的提高，我國私家車的保有量呈逐年上升的發展趨勢。公安部交通管理局和公安部網站相繼統計數據，2018年全國新注冊登記機動車3172萬輛，機動車保有量已達3.27億輛，其中汽車2.4億輛，小型載客汽車首次突破2億輛；機動車駕駛人達4.09億人，其中汽車駕駛人3.69億人。私家車保有量持續上升帶來的是公共停車設施建設問題以及城市交通管理問題，在城市化建設不斷推進的大背景下，雖然各地也相繼投入大量的人力財力物力來興建基礎設施，但是仍舊無法跟上私家車保有量持續上漲的發展腳步，現如今停車設施建設和汽車增長已經成為了許多城市面對的首要問題。相較于傳統的停車設施，立體車庫充分利用垂直空間，能夠實現土地空間資源利用最大化，有效解決“停車難”“管車難”等現實問題，同時伴隨著控制技術以及智能技術的不斷發展，立體化車庫近年來也相繼實現了智能化控制及自動化控制。
1智能立體停車庫控制系統的設計
1.1硬件設計
1.1.1上位機控制系統硬件電路
上位機控制系統硬件電路可大致分為兩個部分，其中一部分為ARM控制器以及外部通信模塊，上位機控制系統硬件電路的核心部分為ARM控制部分，ARM可采用核心加底板的設計模式，其中采用SAMSUNGS3C6410主處理器，FET6410A核心板采用板對板連接器底板為典型的功能拓展電路，FET6410A核心板通過引出的腳線實現和底板的相互連接，實現對所有控制相關硬件的協同管理，底板提供通信接口連接通信模塊，實現對信息的收發處理。通信模塊選用內核為Cortex-M3的STM32F103C8T6，該開發板支持JTAG/SWD接口調試下載，支持IAP，涵蓋RFID支持模塊以及GPRS無線通信模塊，能夠實現對IC卡號的智能化讀取，同時發送各種立體車庫告警信息。主要控制模塊和通信模塊獨立設計，系統穩定性較高，且軟件也可分離設計，開發難度相對較低[1-2]。
1.1.2ARM車庫控制器電路設計
ARM車庫控制器電路核心板和上位機控制系統硬件電路核心板相同。底板電路的電源模塊直接決定了控制器體系的穩定性、可靠性，在系統中各個模塊所需要的供電電壓主要表現為3.3V、5V，主要供電模塊為LCD接口、核心板。車庫智能控制的外接元器件數量相對較少，所以電源模塊設計可考慮采用簡化的電源模塊方案，如LM2596系列穩壓器，在一定的輸出負載條件下以及一定的輸入負載條件下，能夠合理的控制輸出電壓誤差以及振蕩頻率誤差，電源系統供電表現出較高的穩定性[3]。本文提出的ARM車庫控制系統采用串行通信方式，該通信方式是嵌入式系統開發、應用常見的通信模式之一，除了常規通信功能外，該通信方式還可提供程序下載等功能，具體表現為RS485、RS232[4]。RS485通信模塊為RSM3485CHT，RSM3485CHT元器件集成了電氣隔離等保護功能，且元器件體積較小，在嵌入式控制系統中應用可發揮良好的應用效果；RS232模塊選用的芯片為MAX3232，MAX3232芯片的主要作用是實現TTL信號、電平信號轉化，MAX3232本身需要0.1uF×4小尺寸電容，利用小尺寸電容所特有的低壓實現器輸出級發送[5]。
1.1.3外部通信電路設計
通信硬件主要實現GSM網絡信息收發以及IC卡識別，要求具備突出的可靠性。同時，考慮到車庫控制系統需要在一個干擾較為復雜的環境中運作，所以需要選擇性能較為突出的控制芯片，因此考慮采用STM32F103主控芯片，該芯片基于ARMv7體系架構，功耗低、成本低，芯片的內核為Cortex-M3，最大工作頻率為72MHz，芯片帶有SRAM儲存器，功能豐富，片內外設豐富。STM32F103主控芯片具有良好的工作性能、較高的穩定性，可根據控制需求實現有效拓展。本文所提出的控制系統通過RFID技術感應，為實現對不同車輛卡號信息的快速讀取，RFID技術需表現出較高的穩定性，且通信距離、效率、功耗均需符合要求，綜合考慮，選用EM4095芯片作為RFID技術通信收發芯片，RFID技術可實現和天線的直接連接，可獲得和天線相對應的頻率，且內部應用高效、靈活。RFID技術的通信功能實現依托“線圈天線”，在設計過程中綜合考慮到信號需求來確定天線的電阻、匝數、電感、頻率[6-7]。選擇SIM900A作為無線通信模塊核心，SIM900A支持DCS1800MHz、EGSM900MHz兩個工作頻段，同時支持四種不同的編碼格式，模塊的設計相對比較緊湊，且體積較小，能夠滿足立體車庫智能控制的空間尺寸需求。SIM900A運作基于TCP/IP協議，可通過AT指令來保證數據傳輸的穩定性。
1.2軟件設計
立體車庫控制系統軟件最主要的控制功能為讀取用戶信息、車庫設備信息，同時提供人機交互界面，用戶能夠通過觸摸屏來實現智能控制，PLC為底層設備控制器，上位機的控制指令驅動PLC來實現立體車庫的自動化控制。軟件基于“Linux”系統，主要是將系統中的內核嵌入到硬件平臺中，提供Linux的基本功能以及內容，考慮到硬件性能的限制以及硬件平臺儲存空間的限制，所以需要剪切部分Linux的功能，系統的剪切以及軟件的編譯均在PC端實現，具體操作步驟：構建軟件編譯環境→將系統不需要的功能進行剪切→經過編譯后的程序、系統內核功能等整合至硬件平臺。ARM車庫控制程序需要滿足多個方面的功能，而軟件的編譯在實現這些功能的同時，還要提供一個可靠、穩定的操作系統、人機交互界面。這里提出使用QtDesigner來對人機交互界面進行設計。
2智能立體停車庫控制系統實現策略
2.1車庫存取策略
立體車庫能夠使用高性能電機或者改善機械結構來調整車庫載車盤的移動情況，減少載車盤在移動過程中消耗的時間，達到提高車輛存取效果的目的。建議采取交叉存取策略，主要是針對立體車庫可能存在同時多臺車需要存取的情況，且用戶的存取行為不一致，可依托于FCFS規則來判斷存取的優先級，順應車流變化來合理調整車輛的存取。既往研究證明，車庫存取利用FCFS規則能夠提高20%的存取效率，但是FCFS規則的使用存在一定的限制。比如，車輛的存入位置若是為并行狀態，受制于立體車庫的空間，就會出現FCFS規則無法執行的情況。
2.2優化存取規則
人們存取車輛的頻率是有規律可循的，立體車庫在不同的使用場景下，車輛的存取存在一定的差異。以一般的居民小區為例，取車的高峰時間段為AM7:00-AM8:00（周一到周五），存車的高峰時間段為PM6:00-PM8:00（周一到周五）；以一般的商業大廈為例，在相同的時間段，車輛的存入、取出往往是相反的。因此，在不同的場景條件下，人們的取車需求、存車需求存在一定的差異，所以在邏輯算法方面就可采用差異化的算法，以提高在不同時間段的車輛存取效率，真正實現智能化控制。
3結束語
綜上所述，ARM嵌入式系統是一種典型的智能化、自動化控制系統，能夠有效滿足立體車庫車輛存取的各種需求。上述內容仍舊存在一定的局限性，尤其是在車輛檢測方面、邏輯算法方面還有待進一步完善，且在智能手機高度普及的年代，廣大從業者還應該積極探索智能手機應用和立體停車庫的整合，以實現對車位使用情況的實時監測以及車位預定等等功能。
參考文獻：
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作者:樊衛亞 單位:天津職業技術師范大學
