共享单车立体车库控制系统的制作方法

本发明涉及车库，特别是一种共享单车立体车库控制系统。

背景技术：

目前市场上共享单车的广泛使用，造成共享单车乱停乱放、占地面积大、影响交通秩序等问题，传统的自行车库多为地上车棚,地上车棚占用面积大、车停放数量较少，并且需要人手动停车。而圆塔式立体车库具有占地面积小，存车数量多的特点，通过提高单位面积内的停车数量，来减小交通压力，同时，本车库使用以plc为控制器，伺服电机和卷扬机为执行器，实现共享单车的自动存取功能，省时省力，并且，本车库采用图像识别技术，可自动识别单车品牌，方便取用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种共享单车立体车库控制系统，该控制系统主要以plc为控制器，伺服电机和卷扬机为执行器，实现共享单车的自动存取功能，在该控制系统中安装了视觉模块，能够通过不同的颜色区别不同的共享单车品牌。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的共享单车立体车库控制系统，包括控制器和执行器，控制器为plc，执行器为伺服电机和卷扬机，通过控制多个伺服电机协同运动，在最短的时间完成单车的存取，存取过程中：通过图像识别算法识别自行车颜色，进而确定自行车品牌，并且通过自适应控制策略，使多个电机通过最短的时间完成相应的动作。

所述的图像识别算法是：图像识别技术使用haar分类器进行图像特征采集，haar分类器采用adaboost多层筛选式级联器,通过提取目标的多种特征来生成分类方法来进行识别,主要包括haar-like特征提取、积分图、adaboost算法和级联器几个方面组成；haar-like特征是基于灰度化的图像特征,积分图的存在能大大提升提取图像特征的效率,adaboost算法通过加权平均获取强分类器,级联器将强分类器进行级联,通过一系列判断进行图像的识别。

所述图像特征包括单车颜色特征、文字结构特征和统计特征。

所述通过一系列判断进行图像的识别方法是用pixy模块的摄像头采集单车图片，pixy模块对t版进行分析，可得到单车颜色特征，然后对图片进行聚类、分割、去噪等处理，使用hear-like方法得到结构特征，另一方面对单车图片进行灰度化处理，并进行灰度积分，得到统计特征，使用hear分类器对特征量进行分类，判断单车品牌。

本发明通过摄像头拍摄的照片，采用图像识别技术识别单车颜色来分辨单车品牌。

所述摄像头采用pixy模块的摄像头，装在车库入口处。

所述的自适应控制策略是：取车时，根据plc中的存车信息，确定单车位置，然后通过包括升降、旋转、推拉一系列过程到达停车位。

本发明采用自适应控制策略过程中，由于单车环形停放，不同位置的旋转角度不同，该控制系统可根据单车停放的位置，自适应调节转动方向及角度，达到最短时间到达停车位的效果。

本发明提供的上述的共享单车立体车库控制系统，其完成存取车的主要机械动作过程是：

(1)夹紧动作，主要由步进电机完成，由步进电机控制的机械手夹紧单车的部分前轮胎；

(2)推拉动作，主要由伺服电机完成，将单车拉到载车板上以及将单车推到取车位；

(3)旋转动作，主要由伺服电机完成，将载车板旋转到指定的车位；

(4)提升动作，主要由卷扬机完成，将载车板提升到指定的层数。

本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：

1.本控制系统主要以plc为控制器，伺服电机和卷扬机为执行器，实现共享单车的自动存取功能。

2.共享单车立体车库具有占地面积小，存车数量多、存取单车快捷方便等优点。在25平方的空地可停放100辆以上的单车。

3.采用自适应控制策略，各个电机协同运动，在15s左右就可以完成自行车的存取。

4.本控制系统中安装了视觉模块，采用图像识别技术，能够通过识别单车颜色来识别不同的共享单车品牌。

附图说明

图1为本发明(共享单车立体车库控制系统)的共享单车立体车库机械结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为升降平台、旋转平台、推拉平台总成结构主视图。

图4为升降平台、旋转平台、推拉平台总成结构左视图。。

图5为本发明的控制系统总体流程图。

图中：1.外围支架总成，2.旋转平台，3.升降平台，4.推拉平台，5.取车位1，6.取车位2，7.存车位1，8.存车位2.

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。

本发明提供的共享单车立体车库控制系统，是在共享单车圆柱形立体车库机械结构的基础之上设计开发的，该控制系统主要以plc为控制器，伺服电机和卷扬机为执行器，实现共享单车的自动存取功能，在该控制系统中安装了视觉模块，能够通过不同的颜色区别不同的共享单车品牌。

所述plc作为整个自动立体车库的控制器，包括以电信号相连的电源模块、数字拓展模块、cpu模块，其中：电源模块采用pm1207电源模块，用于为整个车库控制系统提供电源；数字拓展模块采用sm1223模块，用于拓展plc接口；cpu模块采用西门子s7-1214c，用于控制整套系统运行以及存储车库停车信息。

所述触摸屏采用威伦通12寸触摸屏，装在车库一层，用于显示当前车库中车位信息并且用户可通过触摸屏选择想要取出的单车品牌。触摸屏使用easybuildpro软件。

所述伺服系统有两套，一套装在车库中心立柱上，用于旋转动作，使机械手可以准确将自行车送往对应的停车位；一套装在车库升降平台导轨处，用于推拉动作，控制机械手完成自行车的存取。每套伺服系统包括伺服电机、伺服驱动器，其中：伺服电机采用台达ecma-c21020伺服电机；伺服驱动器采用台达asda-b2伺服驱动器。

所述卷扬机装在车库中心立柱上方，机械手成功抓取自行车后控制升降平台的升降。

所述变频器采用台达vfd015m21a，装在卷扬机上，用于实现卷扬机的变速，在距离目标高度较远时速度较快，接近目标高度时使卷扬机减速。

所述步进电机采用57步进电机，装在车库推拉平台机械手上，用于夹紧动作。

所述颜色分析模块，通过pixy视觉模块与arduino单片机相连，并且通过分析不同的颜色来辨别单车种类。该颜色分析模块包括pixy视觉模块、arduino单片机、继电器，其中：pixy视觉模块通过摄像头识别自行车，并且通过颜色分析算法辨别出现在摄像头中物体的颜色，通过串口将颜色数据发送到arduino单片机上。arduino单片机通过杜邦线与pixy视觉模块相连，其提取颜色数据中所占比例较多的颜色，该颜色即为所识别单车的颜色，然后通过控制不同继电器的开关，将开关量传输到plc。继电器通过杜邦线与ardunio单片机相连，当视觉模块识别出单车品牌后，则相应的继电器闭合，plc可知单车品牌。

所述光电开关采用e3f-ds30p1光电开关，该光电开关具有以下的功能：(1)用作检测器件，安装在立体车库的四个存取车位处，检测四个存取车位是否有车；(2)用作行程开关，安装在立体车库的每一层的高度处，保证提升动作精度。

本发明共享单车立体车库控制系统通过图像识别算法识别自行车颜色，进而确定自行车品牌。所述图像识别算法如下：

图像识别技术使用haar分类器进行图像特征采集，haar分类器采用adaboost多层筛选式级联器,是一种基于haar-like特征的一种分类方法,通过提取目标的多种特征来生成分类方法,然后通过这种方法来进行识别,是一种比较好的检测方法,主要由haar-like特征、积分图、adaboost算法和级联器等几个方面组成。haar-like特征是基于灰度化的图像特征,积分图的存在能大大提升提取图像特征的效率,adaboost算法通过加权平均获取强分类器,级联器将强分类器进行级联,通过一系列判断进行图像的识别。

本发明共享单车立体车库控制系统通过自适应控制策略，使多个电机通过最短的时间完成相应的动作。

所述自适应控制策略具体是：取车时，根据plc中的存车信息，确定单车位置，然后通过升降、旋转、推拉等一系列过程到达停车位，由于单车环形停放，不同位置的旋转角度不同，该控制系统可根据单车停放的位置，自适应调节转动方向及角度，达到最短时间到达停车位的效果。

所述共享单车圆柱形立体车库机械结构为现有技术，如图1-图4所示，由外围支架总成1、旋转平台2、升降平台3和推拉平台4构成。

本发明提供的共享单车立体车库控制系统，其完成存取车的主要机械动作过程如下：

1、夹紧动作，主要由步进电机完成，由步进电机控制的机械手夹紧单车的部分前轮胎；

2、推拉动作，主要由伺服电机完成，将单车拉到载车板上以及将单车推到取车位；

3.旋转动作，主要由伺服电机完成，将载车板旋转到指定的车位；

4.提升动作，主要由卷扬机完成，将载车板提升到指定的层数。

本发明提供的共享单车立体车库控制系统，参见图5，其工作过程如下：

1.初始操作：

点击回原点控制按钮，将旋转电机、推拉电机、卷扬机、夹紧电机回到原点位置。

2.存车动作：

将共享单车放在存车位1或者存车位2，控制系统中的光电开关检测到存车位置有车，搜索车库中最近的有空车位的车位信息，将车位信息转换成脉冲信号，驱动电机运动。若存车位1有车，旋转电机首先旋转15度，推拉电机将载车板推出，机械抓手夹紧单车前轮胎，推拉电机退回载车板，这时等待视觉模块识别单车的种类，之后卷扬机将载车板提升到指定高度，旋转电机旋转一定角度，推拉电机将载车板推出，夹紧电机松开，单车被送到指定车位。若存车位2无车，动作顺序与前面一致。

3.取车动作：

取车位1和取车位2分别对应取出一种单车品牌：品牌1和品牌2。控制系统通过光电开关判断立体车库的取车位1和取车位2是否有单车，若取车位1无单车，系统自动顺序搜索车库中品牌1的单车位置信息，并将位置信息转换成驱动电机运动的脉冲信号，卷扬机提升到指定的位置高度，旋转电机运动，推拉电机推出载车板，夹紧电机夹紧品牌1单车的前轮胎，推拉电机拖动单车退回载车板，卷扬机下降到达第一层，旋转电机转动45度，推拉电机将载车板推出，机械抓手松开单车前轮胎，将单车送到取车位1，推拉电机退回载车板。若取车位2无单车，动作顺序与前面一致。

本发明提供的共享单车立体车库控制系统，其软件有：

1、单车信息的存储：所有的单车信息以结构体数组的形式存储在plc掉电保持存储器中，首先建立一个单车的属性结构体(structbike)，bike类型中存储单车的位置信息、种类信息、有无信息，然后建立在掉电保持存储器中建立一个bike类型的数组，数组长度为整个立体车库中能够存储的单车数量；

2、主程序：在主程序中依次循环扫描四个存取车位，存车位1->存车位2->取车位1->取车位2；首先判断存车位1是否有车，若有车将执行电机控制程序执行存车动作，执行完存车动作后继续进行下一下扫描，若无车将继续进行下一次扫描，依次进行。

3、单车位置搜索程序：存车搜索判断单车数组中位置有无信息，取车搜索首先判断单车数组中位置有无信息，然后匹配与取出单车种类相匹配的车型。

4、电机控制程序：该部分是将搜索到的单车位置信息转换成电机的脉冲信号，然后驱动电机运动。