基于压电效应和电磁感应的无电式商场智能停车场的制作方法

本发明涉及智能停车场技术领域，具体涉及基于压电效应和电磁感应的无电式商场智能停车场。

背景技术：

目前，越来越多的汽车出现在人们的日常生活中。然而，停车问题成为当前亟待解决的首要问题。为了解决汽车停车问题，许多停车场应运而生。从传统的停车场到现在的新型智能停车场，随着停车场内的耗电设施的增多，停车场内的电耗已经成为不容小觑的问题。由于当前国内停车场机械发电设备稀缺，而大部分且发电量较低，无法从根本上解决这一技术难题。

同时，由于城市化进城及发展需要，许多停车场都建在大型商场地下车库，然而在目前汽车持有量的前提下，全国各地的中大型城市在高峰时段，尤其是节假日时期，开车出行者在高峰时段进入城市商业中心地段时，停车成为广大车主最大的难题。尤其当停车场仅有个别车位时，车主需要花费大量时间而无法找到合适的车位，导致整个停车场的拥堵，同时增加了汽车燃油量和尾气排放量。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了设计合理的基于压电效应和电磁感应的无电式商场智能停车场。

本发明的技术方案如下：

基于压电效应和电磁感应的无电式商场智能停车场，其特征在于，包括硬件设施及软件系统；所述硬件设施包括入口车道、内部车道、出口车道及停车区域，所述入口车道与内部车道、内部车道与内部车道及出口车道与内部车道的路口处均铺设有发电装置；所述入口车道、内部车道及出口车道上均设有指示装置，所述停车区域上方设有激光扫描装置，所述内部车道上设有防拥堵装置；所述软件系统包括信息采集系统、信息处理系统及信息发布系统，所述信息采集系统用于采集的发电装置的导通信号、激光扫描装置的余位信号及防拥堵装置的地磁传感信号，所述信息处理系统通过采集发电装置的导通信号来判断车辆大小，并结合防拥堵装置的地磁传感信号来规划停车最佳路径，所述信息发布系统用于对信息处理系统规划的路线通过指示装置进行显示。

所述的基于压电效应和电磁感应的无电式商场智能停车场，其特征在于，所述发电装置包括底座及设置在底座上的发电箱体，所述发电箱体内部设有第一轴承座，所述第一轴承座上设有第一转轴，所述第一转轴上设有电磁发电装置，所述发电箱体内部在靠近第一轴承座的位置设有第二轴承座，所述第二轴承座上设有第二转轴，所述第二转轴上设有压电发电装置，所述第一转轴与第二转轴传动连接，所述发电箱体顶部活动设置踏板，所述踏板上设有传动装置，所述踏板通过传动装置与第一转轴或第二转轴传动连接；

所述电磁发电装置包括设置在第一转轴上的轴承、设置在轴承上的棘爪及设置轴承上且与棘爪相配合的棘轮，所述发电箱体上在靠近棘轮一端位置固定有铁片，所述铁片上设有线圈绕组，所述棘轮内部设有磁铁；

所述压电发电装置包括转盘，所述转盘上沿其周向设有一组固定轴，所述固定轴的两端分别固定设置上压电片、下压电片，所述固定轴上在位于上压电片与下压电片之间配合设置配重块，且配重块能够在固定轴上滑动。

所述的基于压电效应和电磁感应的无电式商场智能停车场，其特征在于，所述传动装置包括与踏板固定连接的齿条，所述第一转轴上设有小齿轮，所述第二转轴上设有大齿轮，所述大齿轮与小齿轮啮合设置，所述齿条与大齿轮啮合设置；所述踏板与发电箱体连接处设有螺旋扭转弹簧，用于踏板复位。

所述的基于压电效应和电磁感应的无电式商场智能停车场，其特征在于，所述第一轴承座、第二轴承座、第一转轴、第二转轴、电磁发电装置、压电发电装置及踏板分别设有两个，且对称设置在发电箱体内，所述齿条采用弧形齿条，且两个踏板上的弧形齿条对称并啮合设置。

所述的基于压电效应和电磁感应的无电式商场智能停车场，其特征在于，所述激光扫描装置包括舵机、连接板及红外控制板，所述红外控制板及舵机与单片机连接并与之通信，由单片机控制收发信号与信息处理。

所述的基于压电效应和电磁感应的无电式商场智能停车场，其特征在于，所述信息采集系统分别与发电装置、激光扫描装置及防拥堵装置电路连接。

所述的基于压电效应和电磁感应的无电式商场智能停车场，其特征在于，所述发电装置按照两排为一组设置，且同一排发电装置之间间隔120-160mm设置，相邻排发电装置之间间隔90-110mm设置。

所述的基于压电效应和电磁感应的无电式商场智能停车场，其特征在于，所述信息处理系统包括车辆宽度测量模块及车辆长度测量模块，所述车辆宽度测量模块集成在第二排发电装置内部，当车辆两个前轮挤压第二排压电装置后上位机收到被触发的两个压电装置，通过最远被触发的压电装置计算车辆宽度；所述车辆长度测量模块集成在第一排发电装置内部，当第一排压电装置上方经过车辆时测速传感器工作，单片机定时采集车辆速度对应时间段的积分即为车辆长度。

所述的基于压电效应和电磁感应的无电式商场智能停车场，其特征在于，所述指示装置通过显示屏采用数据并行或串行的通讯方式与单片机相连。

所述的基于压电效应和电磁感应的无电式商场智能停车场，其特征在于，所述防拥堵装置采用磁感车位探测器。

本发明的有益效果是：

1）本发明不但可以解决当前停车场发电设备稀缺、发电量低下等问题，而且可以提高停车场整体的资源利用效率，大大缩短了车主停车所花费的时间，并且可以大范围推广使用。

2）本发明快速有效指引车辆，解决停车难问题；指引所需电量均由车辆自重产生，节约能耗；提供最佳路径，减少燃料消耗及尾气的排放。

附图说明

图1为本发明的整体平面布置结构示意图；

图2为本发明的发电装置结构示意图；

图3为本发明的发电装置内部结构示意图；

图4为本发明的压电发电装置结构示意图；

图5为本发明的电磁发电装置一侧三维结构示意图；

图6为本发明的电磁发电装置另一侧三维结构示意图；

图7为本发明的激光扫描装置结构结构示意图；

图8为本发明的工作流程图；

图9为本发明的软件系统工作流程图；

图10为本发明的车辆宽度测量模块电路图；

图11为本发明的车辆长度测量模块电路图；

图12为本发明的车辆速度大小与采样间隔关系图；

图中：1-发电装置；101-踏板；102-第一轴承座；103-齿条；104-底座；105-固定轴；106-大齿轮；107-小齿轮；108-棘轮；109-棘爪；110-磁铁；111-线圈绕组；112-第一转轴；113-齿条；114-转盘；115-下压电片；116-上压电片；117-配重块；118-第二转轴；119-铁片，120-第二轴承座，121-发电箱体，2-指示装置，3-激光扫描装置，4-防拥堵装置，5-停车区域，301-红外控制板，302舵机，303-连接板。

具体实施方式

以下结合说明书附图，对本发明作进一步描述。

如图1-12所示，基于压电效应和电磁感应的无电式商场智能停车场，包括硬件设施及软件系统；

硬件设施包括入口车道、内部车道、出口车道及停车区域5，入口车道与内部车道、内部车道与内部车道及出口车道与内部车道的路口处均铺设有发电装置1；入口车道、内部车道及出口车道上均设有指示装置2，停车区域上方设有激光扫描装置3，所述内部车道上设有防拥堵装置4.

发电装置包括踏板101、第一轴承座102、齿条103、底座104、固定轴105、大齿轮106、小齿轮107、棘轮108、棘爪109、磁铁110、线圈绕组111、第一转轴112、齿条113、转盘114、下压电片115、上压电片116、配重块117、第二转轴118、铁片119、第二轴承座120、发电箱体121。

发电箱体内部设有第一轴承座101，第一轴承座101上设有第一转轴112，所述第一转轴112上设有电磁发电装置，发电箱体121内部在靠近第一轴承座102的位置设有第二轴承座120，第二轴承座120上设有第二转轴118，第二转轴118上设有压电发电装置，第一转轴112与第二转轴118传动连接，发电箱体121顶部活动设置踏板101，踏板101与发电箱体121连接处设有螺旋扭转弹簧（图中未画出），用于踏板101复位；踏板101上设有传动装置，传动装置包括与踏板101固定连接的齿条113，第一转轴112上设有小齿轮107，第二转轴118上设有大齿轮106，大齿轮106与小齿轮107啮合设置，齿条113与大齿轮106啮合设置。其中发电装置1为对称结构，对称中心面为齿条113与齿条113接触面，第一轴承座102、第二轴承座120、第一转轴112、第二转轴118、电磁发电装置、压电发电装置及踏板101分别设有两个，且对称设置在发电箱体121内，所述齿条113采用弧形齿条，且两个踏板101上的弧形齿条对称并啮合设置。

电磁发电装置包括设置在第一转轴112上的滚动轴承、设置在滚动轴承上的棘爪109及配合设置滚动轴承上且与棘爪109相配合的棘轮108，棘轮108一端固定有铁片119，铁片119上设有线圈绕组111，棘轮108内部设有磁铁110。

压电发电装置包括转盘114，转盘114上沿其周向设有一组固定轴105，固定轴105的两端分别固定设置上压电片116、下压电片115，固定轴105上在位于上压电片116与下压电片115之间配合设置配重块117，且配重块117能够在固定轴105上滑动。

工作原理：

汽车压到踏板101，踏板101向下转动带动齿条113逆时针转动，则此时齿条103转动，带动大齿轮106顺时针转动。由于大齿轮106安装在第二转轴118上，带动第二转轴118顺时针转动，相应安装在第二转轴118的转盘114随之顺时针转动，带动配重块117上下摆动，与下压电片115和上压电片116碰撞接触，产生电量。

第二转轴118顺时针转动，带动大齿轮106顺时针转动，带动小齿轮107逆时针转动，小齿轮107带动第一转轴112逆时针转动，棘轮108逆时针转动，棘轮108与磁铁110固定，磁铁110转动，线圈绕组111缠绕在铁片119上，铁片119固定在发电箱体上不动，磁铁110与线圈绕组111产生电磁感应现象，产生电量。

汽车离开踏板101，踏板101在弹簧的作用下向上转动带动齿条113顺时针转动，则此时齿条103转动，带动大齿轮106逆时针转动。由于大齿轮106安装在第二转轴118上，齿轮带动第二转轴118逆时针转动，相应安装在第二转轴118的转盘114随之逆时针转动，带动配重块117上下摆动，与下压电片115和上压电片116接触，产生电量。

第二转轴118逆时针转动，带动大齿轮106逆时针转动，带动小齿轮107顺时针转动；小齿轮107带动第一转轴112顺时针转动，棘轮108顺时针转动，棘爪109顶住棘轮108，磁铁110与线圈绕组111不产生相对位移，不产生电量。

指示装置2：采用显示屏或发光二极管点阵屏，通过数据并行或串行的通讯方式与单片机相连，对用户驾驶者配分合适的车位、到达路径、相关路口的堵塞情况以及车位引导等信息以避免其盲目寻找车位，在一定程度上调节停车需求和供给的矛盾，改善停车场的紧张情况。

激光扫描装置3包括舵机302、连接板303和红外控制板301，使用时将装置固定于车位上方2.5-3m处，固定方式包括但不限于从车库顶端通过悬挂装置固定、从地面竖长杆固定、通过连接装置固定在车库里立柱上；舵机302、红外控制板301连接单片机并与之通信，由单片机完成收发信号与信息处理职能。当舵机302收到单片机发出的pwm信号来回摆动时，连接在舵机302上的红外控制板301同时摆动，并在不同角度发射和收集信号；单片机控制舵机旋转角度，到达设定扇面的边界；开始扫描测量:单片机向激光扫描装置发送一个检测命令，激光扫描装完成测距后记录距离值和角度值，如此循环直到激光扫描装到达设定扇面的另一侧边界位置；激光扫描装对检测的数据进行处理，与空车位数据进行比对，则可判断该位置有无车，即根据每个车位上的测量点的高度值来判断车位是否为空。

当车位上有车辆存在时，接收管接收到红外光后导通，比较器负输入端变为低电平，此时负端电压低于正端电压，比较器输出高电平，单片机判断为该车位忙；相反，如果车位上无车辆存在，接收管处于截止状态，比较器负输入端为高电平，此时大于正输入端的比较阀值，比较器输出低电平，单片机判断为该车为空闲。同时，单片机根据舵机转动的角度，判断此时与发射管形成收发对的接收管所在的车辆位置，实现“一对多”车位识别。

防拥堵装置4：防拥堵装置采用分路段放置磁感车位探测器，利用地球磁场的变化，当车经过或者停在磁感车位探测器上方时，相应区域内的磁场将发生变化，探测器感知这种变化，对当前车辆状态进行判断，并把相关信息通过串行数据总线实时传送至单片机ad采集端。当某时刻车辆接近磁力检测传感器的检测区域时，检测区域的磁力线受挤压而聚合；当车辆将要通过检测区域时，磁力线沿中心聚合进一步收缩；当车辆正在通过检测区域时，磁力线受到牵拉而沿中心发散。例如有多台车辆集中在某一个路段时，检测区域磁场长时间未回复至正常水平，则判定改路段拥堵，那么当有车辆驶入停车场时系统自动规避该道路以防止车辆持续拥堵。

软件系统包括信息采集系统、信息处理系统及信息发布系统，信息采集系统用于采集的发电装置的导通信号、激光扫描装置的余位信号及防拥堵装置的地磁传感信号，信息处理系统通过采集发电装置的导通信号来判断车辆大小，并结合防拥堵装置的地磁传感信号来规划停车最佳路径，信息发布系统用于对信息处理系统规划的路线通过指示装置进行显示。

信息采集系统：采用单片机对发电装置的导通信号、激光扫描装置的余位信号及防拥堵装置的地磁传感信号进行收集。

信息处理系统：

1）车辆宽度测量模块：车辆宽度测量模块压电装置a/d采集电路框图所示，其分布范围为集成道路第二排压电装置内部；当车辆两个前轮挤压第二排压电装置后上位机收到被触发的两个压电装置，通过最远被触发的压电装置计算车辆宽度。

例如：车辆宽度计算：发电装置自右向左编号为1.2.3........n；

经接受到的信号为第i号和第n号压电装置则：车辆宽度（mm）=（n-i）*150（发电装置设有两排，且同一排发电装置之间间隔150mm设置，相邻排发电装置之间间隔100mm设置。）；

2）车辆长度测量模块：速度积分式计算车辆长度电路结构框图所示，其分布范围，集成道路第一排压电装置内部；当第一排压电装置上方经过车辆底时测速传感器工作单片机定时采集车辆速度对应时间段的积分即为车辆长度。

例如车辆长度计算：车辆速度大小与采样间隔关系图所示：

设定采样周期为t总采样周期为10t；则在车辆经过至离开发电装置后返回一组速度采样给定值，则在此期间的位移所围成区域的面积也就是对应车辆的长度。

设速度曲线函数关系式为f(t)；

即车辆长度=；

最后根据车辆长度和宽度划分停车车辆大小。其中车辆大小根据《汽车库设计规范》jgj100-2015，车辆宽度在1.6m以内，长度在3.8m以内为小型车，宽度在1.8m以上，长度在4.8m以上为大型车。

该商场智能停车场发电装置主要由发电装置、防拥堵装置、激光扫描装置构成。车辆经由不同方向在驶过发电装置时，车轮压下踏板，踏板带动齿轮传动和棘轮的定向运动通过压电效应和电磁感应发电，产生的电能提供给停车场储存并使用；同时指示装置接车辆车信号，指引车辆寻找最近空车位，各段路程都装有防拥堵装置，实时检测各段拥堵情况，为车辆提供最优路径；汽车下压路口踏板的同时，踏板为左右两侧停车区域的激光扫描装置提供信号，激光扫描装置实时提供车位最新数据，每段路口均装有多行发电装置，可通过下压踏板判断大小车辆，从而进行智能指引。该商场智能停车场解决传统停车场存在的能源消耗大和发电装置效率低等问题的同时可以大大缩短车主寻找车位所需时间，体现出“智能化”的优越性，可大范围推广使用。