s7200多层车库控制系统的设计
本课题最终成功设计了一款智能型多层车库系统，对所有的预期功能指标全部进行了实现，这款系统的设计内容包含了硬件系统和软件系统两个方面，多层车库系统的整体框架以S7-200可编程控制器作为核心部分，并使用了等一些功能模块，实现了一种可以实现6个车位循环使用并且分为上下两层的立体架构，每层可以分布三个移动式停车位，所有的预期功能指标都得到了实现，整个系统的设计内容主要分为硬件和软件两个层面。在软件系统的设计方面，本立体车库控制系统以V4.0 STEP 7 MicroWIN SP9软件作为开发环境。本课题最终通过验证环节对这款多层车库系统的工作状态进行了测试，通过多项输入参数的配置，本系统都表现出了预期应得的结果，数据表明该设计成果适合推广，能够有效的降低市面上相关产品的成本。
目录
引言 1
（一）智能车库的发展背景 1
（二）可编程控制器内部结构 1
（三）可编程控制器的功能特点 2
一、 方案设计及元器件选择 4
（一）立体车库系统的方案设计 4
（二）S7200可编程控制器简介 5
（三）有源蜂鸣器简介 6
（四）28BYJ步进电机简介 6
（五）步进电机驱动器简介 7
二、 系统硬件设计 8
（一）控制系统结构设计 8
（二）可编程控制器IO管脚配置 8
（三）车位拖动电路设计 9
（四）报警电路设计 10
三、软件驱动流程设计 10
（一）系统初始化状态 12
（二）选取车号、托盘移动及复位 12
（三）防坠挂钩、升降通道及车辆存取 13
（四）系统安全监测 16
总结 19
参考文献 20
致 谢 21
附录 程序 22
引言
（一）智能车库的发展背景
我们经常说的多层车库系统指的是一种通过可编程控制器等控制器的强大控制作用而实现的智能系统 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
，它的实现是微处理器生产技术飞速发展后的一个产物，目前市面上大多数厂商研发的微型处理器都在朝着微型化、高速化和智能化方向发展，这为许多种类型微型系统的发展提供了方向，同时也使得多层车库系统的发展越来越快速、性能越来越高。
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图01 立体车库
多层车库系统的核心部分是其内部的控制器，它在系统中的作用主要是用来对片外的功能模块提供驱动，使得每个芯片或者传感器能够表现出正常功能，在多层车库系统的发展背景中，最早的系统大多数采用了模拟电路架构，微处理器控制的概念较少，那时的数字电路以及控制系统的思想还没有得到普及，多层车库系统只能够通过大量的模拟电路来实现，因此最终的表现形态较为单一，智能化元素较少。而当微处理器技术得到普及之后，智能化的多层车库控制系统得到实现，人们可以将心中所想通过梯形图语言等程序代码进行转换并烧录到微处理器芯片中，使得微处理器按照人们的预想控制进行工作，最终将表现出非常智能的表现，如图01所示。本文就将在多层车库系统的发展基础上，提出了可以通过可编程控制器来作为主控核心，结合目前市面上大多数多层车库系统产品所表现出的常见功能以及优缺点，本课题将实现这些产品的优点并且避开常见缺点，实现一款能够实现的高性能多层车库系统。
（二）可编程控制器内部结构
可编程控制器的程序代码执行方式采用顺序执行，即按照从上到下、从左到右的顺序一条一条执行程序代码中的指令，可编程控制器在工作期间的整个工作过程可以分为多个相同的周期，每个周期中可编程控制器所要完成的工作分为三个阶段，分别是输入采样阶段、程序执行阶段以及输出刷新阶段，可编程控制器正是通过对这三个阶段的循环执行来完成控制任务的。
程序执行阶段的主要任务是对用户编写的程序代码进行执行并且根据输入采样阶段采集到的数据信号，执行相应的程序功能，系统的工作状态处于这个阶段时输入输出接口将被锁定，信号状态无法改变，只有这个阶段执行完成后才可以，与单片机等微处理器的程序执行方式相同的是，可编程控制器也是按照串行方式工作，系统将按照从上到下、从左到右的顺序进行程序指令的执行。
输入采样阶段是可编程控制器工作周期中的第一个阶段，在这个阶段所要完成的的工作主要是对输入管脚所连接的设备进行数据读取，通过输入管脚进行输入后，数据将被保存在IO管脚的存储区，采集的数据类型主要由程序来进行控制，主要有数字开关信号和模拟电压信号两种，这个阶段完成后将为后续的程序工作提供运算数据，在硬件电路方面输入IO管脚和内部的主控器之间有一个开关连接性质的结构，当处于输入采样阶段时该开关导通，使得数据能够直接进入内部主控部分，而该阶段结束后开关将被断开，并且IO管脚的数据将被锁存，电平状态无法被改变，只有等到下一个周期的输入采样阶段再次来临时才可以。
输出刷新阶段是可编程控制器工作周期的最后一个阶段，在程序执行完毕后，输出数据将被产生，随后通过主控器的控制作用，将待输出的数据传送到输出接口上，随后将该数据进行输出，对机器外部的驱动设备进行驱动控制，按照程序设计的方式进行工作。
（三）可编程控制器的功能特点
可编程控制器之所以能够在国内外一些重要的工业场合被委以重任，如铁道、冶金、航空航天等，与它强大的稳定性特点有着紧密关系，可编程控制器的设计人员在对其内部控制电路的研发方面费足了功夫，在软硬件等多个方面进行着手使得可编程控制器能够应对一切干扰因素而保持稳定工作，不过这也带来了高成本的问题，目前市面上的可编程控制器成本普遍是单片机等微处理器的几十倍，但这能够换回开发人员的信赖，使其能够在一些重要场合发挥巨大功效。
可编程控制器的高稳定性主要从它的硬件电路和软件程序的工作方式两个方面说起，可编程控制器内部主控电路板的设计采用了整块PCB板进行线路布局，通过合理的空间划分将中央处理器、电源处理模块、输入输出接口以及卡槽等重要部分进行集成，线路之间的空间间隔充分考虑到了信号的相互串扰和耦合等影响，并且各个功能模块之间通过一定的屏蔽措施进行保护，使得外部的干扰信号几乎无法对内部工作电路产生影响。另一方面当今的可编程控制器研发技术受到大规模集成电路技术所带来的便利，使得内部硬件电路全部由集成芯片构成，在单面积上集成数百万颗半导体器件，通过简单的电路配置即可实现复杂的控制功能。可编程控制器为了降低内部各个功能模块之间的相互影响，通常采用光耦器件或者电磁器件进行数据交互，通过信号形式的转变使得过载、短路等会严重损坏电路元器件的现象不会发生，并且在系统工作期间，各个模块之间的数据交互通常通过自锁等保护机制实现对数据的保护，使得外界干扰不会对数据进行扰动。可编程控制器在软件方面对稳定性同样起到了重要作用，相比于单片机等微处理器对程序的执行方式来说，虽然都是串行执行，但是可编程控制器采用的是周期扫描形式，即它的工作过程分为多个周期，每个周期一开始首先对输入输出管脚的电平信号进行采集，采集完毕后将其送入中央处理器进行使用，与此同时将输入输出管脚进行锁定，此时管脚数据无法改变，只有到下一个周期来临时管脚数据才可再次变化，这种程序代码执行方式保证了系统在工作期间受影响的概率大大降低。
目录
引言 1
（一）智能车库的发展背景 1
（二）可编程控制器内部结构 1
（三）可编程控制器的功能特点 2
一、 方案设计及元器件选择 4
（一）立体车库系统的方案设计 4
（二）S7200可编程控制器简介 5
（三）有源蜂鸣器简介 6
（四）28BYJ步进电机简介 6
（五）步进电机驱动器简介 7
二、 系统硬件设计 8
（一）控制系统结构设计 8
（二）可编程控制器IO管脚配置 8
（三）车位拖动电路设计 9
（四）报警电路设计 10
三、软件驱动流程设计 10
（一）系统初始化状态 12
（二）选取车号、托盘移动及复位 12
（三）防坠挂钩、升降通道及车辆存取 13
（四）系统安全监测 16
总结 19
参考文献 20
致 谢 21
附录 程序 22
引言
（一）智能车库的发展背景
我们经常说的多层车库系统指的是一种通过可编程控制器等控制器的强大控制作用而实现的智能系统 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
，它的实现是微处理器生产技术飞速发展后的一个产物，目前市面上大多数厂商研发的微型处理器都在朝着微型化、高速化和智能化方向发展，这为许多种类型微型系统的发展提供了方向，同时也使得多层车库系统的发展越来越快速、性能越来越高。
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图01 立体车库
多层车库系统的核心部分是其内部的控制器，它在系统中的作用主要是用来对片外的功能模块提供驱动，使得每个芯片或者传感器能够表现出正常功能，在多层车库系统的发展背景中，最早的系统大多数采用了模拟电路架构，微处理器控制的概念较少，那时的数字电路以及控制系统的思想还没有得到普及，多层车库系统只能够通过大量的模拟电路来实现，因此最终的表现形态较为单一，智能化元素较少。而当微处理器技术得到普及之后，智能化的多层车库控制系统得到实现，人们可以将心中所想通过梯形图语言等程序代码进行转换并烧录到微处理器芯片中，使得微处理器按照人们的预想控制进行工作，最终将表现出非常智能的表现，如图01所示。本文就将在多层车库系统的发展基础上，提出了可以通过可编程控制器来作为主控核心，结合目前市面上大多数多层车库系统产品所表现出的常见功能以及优缺点，本课题将实现这些产品的优点并且避开常见缺点，实现一款能够实现的高性能多层车库系统。
（二）可编程控制器内部结构
可编程控制器的程序代码执行方式采用顺序执行，即按照从上到下、从左到右的顺序一条一条执行程序代码中的指令，可编程控制器在工作期间的整个工作过程可以分为多个相同的周期，每个周期中可编程控制器所要完成的工作分为三个阶段，分别是输入采样阶段、程序执行阶段以及输出刷新阶段，可编程控制器正是通过对这三个阶段的循环执行来完成控制任务的。
程序执行阶段的主要任务是对用户编写的程序代码进行执行并且根据输入采样阶段采集到的数据信号，执行相应的程序功能，系统的工作状态处于这个阶段时输入输出接口将被锁定，信号状态无法改变，只有这个阶段执行完成后才可以，与单片机等微处理器的程序执行方式相同的是，可编程控制器也是按照串行方式工作，系统将按照从上到下、从左到右的顺序进行程序指令的执行。
输入采样阶段是可编程控制器工作周期中的第一个阶段，在这个阶段所要完成的的工作主要是对输入管脚所连接的设备进行数据读取，通过输入管脚进行输入后，数据将被保存在IO管脚的存储区，采集的数据类型主要由程序来进行控制，主要有数字开关信号和模拟电压信号两种，这个阶段完成后将为后续的程序工作提供运算数据，在硬件电路方面输入IO管脚和内部的主控器之间有一个开关连接性质的结构，当处于输入采样阶段时该开关导通，使得数据能够直接进入内部主控部分，而该阶段结束后开关将被断开，并且IO管脚的数据将被锁存，电平状态无法被改变，只有等到下一个周期的输入采样阶段再次来临时才可以。
输出刷新阶段是可编程控制器工作周期的最后一个阶段，在程序执行完毕后，输出数据将被产生，随后通过主控器的控制作用，将待输出的数据传送到输出接口上，随后将该数据进行输出，对机器外部的驱动设备进行驱动控制，按照程序设计的方式进行工作。
（三）可编程控制器的功能特点
可编程控制器之所以能够在国内外一些重要的工业场合被委以重任，如铁道、冶金、航空航天等，与它强大的稳定性特点有着紧密关系，可编程控制器的设计人员在对其内部控制电路的研发方面费足了功夫，在软硬件等多个方面进行着手使得可编程控制器能够应对一切干扰因素而保持稳定工作，不过这也带来了高成本的问题，目前市面上的可编程控制器成本普遍是单片机等微处理器的几十倍，但这能够换回开发人员的信赖，使其能够在一些重要场合发挥巨大功效。
可编程控制器的高稳定性主要从它的硬件电路和软件程序的工作方式两个方面说起，可编程控制器内部主控电路板的设计采用了整块PCB板进行线路布局，通过合理的空间划分将中央处理器、电源处理模块、输入输出接口以及卡槽等重要部分进行集成，线路之间的空间间隔充分考虑到了信号的相互串扰和耦合等影响，并且各个功能模块之间通过一定的屏蔽措施进行保护，使得外部的干扰信号几乎无法对内部工作电路产生影响。另一方面当今的可编程控制器研发技术受到大规模集成电路技术所带来的便利，使得内部硬件电路全部由集成芯片构成，在单面积上集成数百万颗半导体器件，通过简单的电路配置即可实现复杂的控制功能。可编程控制器为了降低内部各个功能模块之间的相互影响，通常采用光耦器件或者电磁器件进行数据交互，通过信号形式的转变使得过载、短路等会严重损坏电路元器件的现象不会发生，并且在系统工作期间，各个模块之间的数据交互通常通过自锁等保护机制实现对数据的保护，使得外界干扰不会对数据进行扰动。可编程控制器在软件方面对稳定性同样起到了重要作用，相比于单片机等微处理器对程序的执行方式来说，虽然都是串行执行，但是可编程控制器采用的是周期扫描形式，即它的工作过程分为多个周期，每个周期一开始首先对输入输出管脚的电平信号进行采集，采集完毕后将其送入中央处理器进行使用，与此同时将输入输出管脚进行锁定，此时管脚数据无法改变，只有到下一个周期来临时管脚数据才可再次变化，这种程序代码执行方式保证了系统在工作期间受影响的概率大大降低。
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