毕业设计(论文)-小区车库管理系统[管理资料]

毕业设计（论文）
（说明书）
题目：小区车库管理系统
姓名：
编号： 90701389
平顶山工业职业技术学院
2010 年 5 月 20 日
平顶山工业职业技术学院
毕业设计（论文）任务书
姓名
专业电子设备与运行管理
任务下达日期 2010 年 3 月 1 日
设计（论文）开始日期 2010 年 3 月 6 日
设计（论文）完成日期 2010 年 5 月 20 日设计（论文）题目：小区车库管理系统
A·编制设计
B·设计专题（毕业论文）
指导教师
系（部）主任
2010 年 6 月 2 日
平顶山工业职业技术学院
毕业设计（论文）答辩委员会记录
自动化系电子设备与运行管理专业，学生于年月日
进行了毕业设计（论文）答辩。

设计题目：小区车库管理系统
专题（论文）题目：小区车库管理系统
指导老师：
答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生毕业设计（论文）成绩为。

答辩委员会人，出席人答辩委员会主任（签字）：
答辩委员会副主任（签字）：
答辩委员会委员：，，
，，，
平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语
第页
毕业设计（论文）及答辩评语：
目录
目录 (1)
概述 (2)
第一章车库的设计方案及要求 (3)
(3)
(4)
(4)
第二章PLC的发展史 (4)
PLC的起源及发展 (5)
PLC的特点 (5)
PLC的基本构成 (6)
(7)
(7)
(7)
PLC的选型 (7)
(8)
PLC的应用领域 (9)
第三章光电传感器 (10)
(10)
(11)
(12)
第四章自动门的控制及车辆的计数 (14)
(14)
电动机的正反转原理 (14)
(15)
(15)
PLC 计数与数码管显示 (16)
(17)
(17)
段码指令 (18)
(18)
（Integer To BCD） (19)
(20)
(21)
致谢 (25)
参考文献 (26)
概述
随着我国经济的高速发展，私家车的数量越来越多。

据权威部门统计，截至2006年底，我国私人拥有的各类汽车首次超过2000万辆。

根据国家统计局发布的权威数字，截至2005年底，我国民用汽车保有量为3160万辆，其中私人汽车保有量为1852万辆，％。

私人汽车中，载货汽车452万辆，载客汽车1384万辆。

2006年，我国销售了700多万辆各类汽车，粗略估计，超过60％为私人购买。

减去2006年报废的100多万辆汽车，加上新增的400多万辆，专家估计截至2006年底，我国私人汽车保有量接近2200万辆。

2006年，我国成为仅次于美国的全球第二大新车市场。

业内人士认为，目前我国汽车保有量每千人不到30辆，与世界平均每千人120辆相差甚远，我国汽车市场发展潜力巨大，特别是私人汽车消费，在未来20年将持续高速增长。

而汽车的停放也成为我们现在需要急需解决的问题。

房地产开发商在开发住宅小区时，大都建造了车库。

在许多大中城市，车库或地面停车场成为开发住宅小区必须具备的公共服务设施之一。

市场的需求推动了车库建设的发展，随着沿海地区农村城镇化进程的加快以及西部大开发的进行，除了现有大城市尚有部分发展余地外，今后中小城市的车库将有着较大的应用空间。

除了大型公共建筑的车库外，车库将更多地进入新建的住宅小区、学校、企业。

近几年，我国的停车场管理技术不断完善，计算机技术、通信技术、网络技术的发展又促进了停车场管理系统功能的强大。

但是，现时某些小区小型停车场如要运用大量高新技术就会出现资金不足、维护管理不完善的问题，有时考虑也不够全面，所以目前就要解决车辆管理成本高、服务效率低等问题。

而建造地下小区车库解决了这些种种的困难，一方面地下小区车库解决了因地面面积不足而无法建造车库的难题，令一方面地下小区车库管理系统也同样能够满足小区车库的要求。

本次设计采用了光电传感器与PLC计数显示的原理，充分发挥了PLC强大的功能，满足了小区车库的各种要求。

第一章车库的设计方案及要求
此次设计的地下小区车库是一个能够容纳30辆车的小区地下车库，车库分进门和出门两个门，分别通过光电传感器和PLC来控制车门的自动开关。

当车驶向车门时，通过光电传感器的感应把信号传输到PLC中，然后通过PLC控制电动机的转动控制自动门的开关。

车库内分A区、B区、C区三个区，在各个区的进口和出口分别装有光电传感器，通过与PLC的连接来计车辆的个数并通过显示器显示出来。

该设计采用的是西门子S7-200系列的PLC。

该系列的PLC适合于各种行业、各种场合检测监测及控制
的自动化。

1．车辆能够自由出入车库，没有碰头堵车现象
2．车库能够自动开门关门及计车辆的个数
3．显示每个区的车辆的个数，方便车主寻找空车位
图1-1 车库的平面图
如图所示，该车库分进口和出口，方便车辆的自由出入。

在车库内分A区、B区、C区三个区每个区可以停10辆汽车。

当车辆驶向车库门时，通过安装在车库门口的开门光电传感器时，传感器输出一个信号，通过与PLC的连接，使车库门能够自动开启，车辆进入车库内。

当车辆进入车库通过关门传感器时，关门传感器输出信号使车库门关闭。

进入车库内后，车主可以同过显示器来识别哪个区还有空位，这样可以方便的使车主能够寻找到空位。

在每个区的进口处和出口处，分别安装一对光电传感器来计车辆的个数。

例如，当车辆进入A区时，进门的光电传感器输出信号，使PLC内部计数器加一，通过数码管显示出来。

同理，当车辆驶出A区时，通过A区的出门传感器输出信号，PLC内部计数器减一，并在A区的显示器上显示出来。

当车辆行驶到出库的出门口时，同样通过出门传感器输出信号来控制车库门的开关。

需要说明的是，车库门口的传感器只用来控制车门的开关，而每个区的传感器则用来计算车辆的个数。

第二章PLC的发展史
PLC的起源及发展
PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。

在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

”
目前，PLC在小型化、大型化、大容量、强功能等方面有了质的飞跃，使早期的PLC从最初的逻辑控制、顺序控制，发展成为具有逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算、数据处理、联网通信及PID回路调节等功能的现代PLC。

但是，它仍然沿用着顺序扫描、程控等基本模式及CPU+通信+I/O的基本结构。

PLC之所以有生命力，在于它更加适合工业现场和市场的要求：高可靠性、强抗各种干扰的能力、编程安装使用简便、低价格长寿命。

它的输入输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件或需要更多的接口，这样节省了用户时间和成本。

PLC的下端(输入端)为继电器、晶体管和晶闸管等控制部件，而上端一般是面向用户的微型计算机。

人们在应用它时，可以不必进行计算机方面的专门培训，就能对可编程控制器进行操作及编程。

PLC的特点
，抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。

PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。

从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。

此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。

在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。

，功能完善，适用性强
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。

可以用于各种规模的工业控制场合。

除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。

近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。

加上PLC通信能力的增强及人机界面技
术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

，深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。

它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。

梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。

为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

、建造工作量小，维护方便，容易改造
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。

更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。

这很适合多品种、小批量的生产场合。

，重量轻，能耗低
以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。

由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

PLC的基本构成
从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。

固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。

模块式PLC 包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。

图2-1 PLC结构图
CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC 的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。

进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。

PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。

I/O模块集成了PLC 的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。

输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。

I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。

常用的I/O分类如下：
开关量：按电压水平分，有220V AC、110V AC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。

模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。

除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。

PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。

同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。

电源输入类型有：交流电源（220V AC或110V AC），直流电源（常用的为24VDC）。

PLC的选型
S7-200系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224 、CPU226型号。

CPU221有4个输入口6个输出口，共10个数字量I/O点，无I/O扩展能力，非常适合于小点数控制的微型控制设备；CPU 222本机集成8 输入/6 输出共14 个数字量I/O 点。

可连接2 个扩展模块，最大扩展至78 路数字量I/O 点或10 路模拟量I/O点。

6K字节程序和数据存储空间，是具有扩展能力的适应性更广泛的全功能控制器；CPU224本机集成14输入/10输出共24个数字量I/O 点。

可连接7 个扩展模块，最大扩展至168 路数字量I/O点或35 路模拟量I/O点。

16K 字节程序和数据存储空间。

I/O 端子排可很容易地整体拆卸。

是具有较强控制能力的控制器；CPU226本机集成24 输入/16 输出共40个数
字量I/O点。

可连接7 个扩展模块，最大扩展至248 路数字量I/O 点或35 路模拟量I/O 点。

26K 字节程序和数据存储空间。

I/O 端子排可很容易地整体拆卸。

用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。

可完全适应于一些4 复杂的中小型控制系统。

本次设计使用的是CPU224，因为本次设计用到的输入输出口比较多，而CPU224型号可连接7 个扩展模块，所以利用它的这点优势可以扩展输入输出口。

PLC采用顺序扫描不断循环的工作方式，这个过程可分为输入采样、顺序执行、输出刷新三个阶段整个过程扫描并执行一次所需的时间称为扫描周期。

图2-2 PLC 工作原理框图
PLC的功能：
；
：包括顺序控制、逻辑控制、定时、计数等；
：包括基本数学运算、比较、对字节的运算、PID运算、滤波等；
：具有A/D、D/A转换功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节，具有温度、
运动等测量接口；
、联网功能：现代PLC大多数都采用了通信、网络技术，有RS232或RS485接口，可进行远程I/O控制，多台PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文文件转移、监视和诊断。

在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成"集中管理、分散控制"的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。

通常所说的SCADA系统，现场端和远程端也可以采用PLC作现场机；
：提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。

允许操作者和PC系统与其应用程序相互作用，以便作决策和调整，实现工业计算机的分散和集中操作与监视系统；
、调试等，并且大部分支持在线编程；
PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。

同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。

电源输入类型有：交流电源（220V AC或110V AC），直流电源（常用的为24VDC）。

PLC的应用领域
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。

这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。

如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。

为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。

PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。

从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。

如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。

世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。

作为工业控制计算机，PLC
能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。

PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。

大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。

PID处理一般是运行专用的PID子程序。

过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。

这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。

数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。

随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。

新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

PLC控制系统的设计基本原则。

，力求使控制系统简单、经济、使用和维护方便。

第三章光电传感器
光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。

它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。

光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它能够把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号。

光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。

光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,在检测和控制中应用非常广泛。

光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。

它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。

光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等
特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。

近年来，新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。

由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的，按检测方式分类可分为：
对射型光电传感器分为投光器与受光器，而且投光器与受光器分居两侧，如果检测物体进入投光器和受光器之间遮蔽了光线，进入受光器的光量将减少。

掌握这种减少后便可进行检测。

图3-1对射型光电传感器
图3-2槽型光电传感器
槽型光电传感器是一种把一个光的发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的传感器。

发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。

但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作。

输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。

槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一
般只有几厘米。

但是它的动作的稳定度高，即使检测物体的通过线路变化，检测位置也不变。

检测物体的光泽、颜色、倾斜等的影响也很少。

反光板型光电传感器把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为反光板反射式(或反射镜反射式)光电开关。

正常情况下，发光器发出的光被反光板反射回来被收光器收到；一旦光路被检测物挡住，收光器收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号。

在这个设计中主要应用了对射型光电传感器，下面介绍一下对射型光电传感器的安装。

图3-3各类传感器
对射型光电传感器分发射和接收两部分，由于光的发散性，发射部分发射出去的光束并不是一条直线，而是呈发散状的，在距离发射部分较远处可能光斑就变得比较大。

因此，对射式光电传感器安装，尤其是多个传感器同时安装且距离较近时，要注意传感器的安装方式，以防止传感器之间的互相干扰。

在介绍对射式光电传感器安装注意之前，先介绍一下要用到的对射式光电传感器的光形图，光形图是对于判断光电传感器在某个应用中能否正常工作的一个重要工具。

光形图表示出不同的检测距离处，传感器最大的检测范围。

当灵敏度调低时，检测范围会缩小；灵敏度调高时，检测范围会扩大。

在光形图中横坐标是接收器距离发射器的距离，纵坐标是发射器发出的光斑的大小。

由图3-4的光形图可以看出，，在发射器轴心线两侧200mm范围内，接收器均可动作，只不过越靠近边缘处，动作可靠性越低。

图3-4
所以我们可以对调传感器的接收和发射部分，即在接收器和发射器安装的两侧，不同传感器的发射和接收部分间隔排列，也可以防止传感器间的互相干扰，如图3-5所示：
图3-5
以上这种发射器和接收器间隔安装的形式有时也会出问题，那就是，当同一侧的发射器和接收器安装距离较近时（50mm），由于检测物反射的影响也会造成不同传感器间的干扰。

如图2中，当1#和2#传感器间均有被检测物时，1#传感器的被检测物反射的1#发射器的光线有可能传到2#的接收器，导致2#传感器没有输出（检测不到物体）；同样道理，2#传感器的被检测物反射的2#发射器的光线有可能传到1#的接收器，导致1#传感器也检测不到物体。

为了避免此种情况发生，可以把最外面的发射器和接收器倾斜安装一个角度，如图4所示，把1#和3#传感器的发射器和接收器分别向外倾斜一个角度，这样2#传感器的接收器就不会接收到1#和3#发射器被检测物反射回来的光了，从而有效避免了三个传感器之间的干扰。

如图3所示：
图3-6
第四章自动门的控制及车辆的计数
自动门的控制是利用电动机的正反转原理，通过与光电传感器与PLC的配合使用，实现车库门的自动开关。

当用车开过来时，通过光电传感器的感应，PLC的动作和电动机的正反转使车库门自动开关。

电动机的正反转原理
图4-1电动机正反转原理图
当隔离开关QS闭合后，按下启动开关SB2时，接触器KM1线圈带电，KM1常开触点闭合，实现自锁，电动机正转电路接通，电动机开始正转；当按下停止按钮SB1时，电路切断电动机停止转动。

再次按下启动按钮SB3时，接触器KM2线圈带电，常开触点闭合实现自锁，电动机反转电路接通，电动机开始反转。

在这个设计中利用了限位开关实现了电动机的停止，达到了限位的效果。

行程开关又称限位开关（SQ），用于控制机械设备的行程及限位保护。

在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。

因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。

行程开关广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。

在电梯的控制电路中，还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位，轿厢的上、下限位保护。

在该次设计中用到了行程开关的两个常闭触点，当车库门打开或关闭的时候，当门触碰到行程开关的触点时，行程开关动作切断电路以此来实现车库门的限位，防止车库门因经常开关发生碰撞而损坏。

图4-2 限位开关结构原理图。