CN103235541A

CN103235541A - 一种闸机自动控制电路

Info

Publication number: CN103235541A
Application number: CN2013101662781A
Authority: CN
Inventors: 杨云贵; 容易; 李冕; 叶庆和
Original assignee: EASYWAY (SUZHOU) ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: EASYWAY (SUZHOU) ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-05-08
Filing date: 2013-05-08
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2033-05-08
Also published as: CN103235541B

Abstract

本发明提供了一种闸机自动控制电路，包括：主控模块，用于闸机系统的启动和初始化，执行通行逻辑控制，以及与上位机的业务通讯，该模块包括主控机和副控机；电机模块，执行对闸机驱动电机运行的控制；光幕识别模块，用于分析当前通道状态并上报所述主控模块；Uart通讯模块，用于执行所述主控模块与上位机之间的通讯；Can通讯模块，用于执行主控模块的主控板和副控板之间的通讯。本发明通过对主控模块设置双控制器的架构，并结合了光幕识别模块对光幕检测状态的有效识别，实现了有效的通行逻辑控制，加强了对超时、反向闯闸、抱闸、火警等情况的应急响应能力，能够充分适用于大流量闸机的实际应用。

Description

一种闸机自动控制电路

技术领域

本发明涉及自动控制领域，更具体地，涉及一种闸机自动控制电路。

背景技术

闸机又称为通道闸、出入口机等，是一种阻挡式的通道出入管控设备，具有规范人流、控制通行的作用。除了控制通行以外，检验票卡是闸机另一项不可或缺的功能；可以说，非人工自动检票是闸机最常见的应用领域，比较典型是在地铁、高铁等轨道交通站中利用闸机实现刷卡自动通行，以及在景区、游乐场、体育馆、娱乐场馆等场所通过闸机实现入口自动检票。

闸机的基本组成部件包括箱体外壳、门翼、电机组、控制电路和辅助设备。箱体外壳是闸机的支撑结构，同时起到对内部电路和部件的保护作用。门翼通常由不锈钢、工程塑料、钢化玻璃等材料制造，具有一定的受力强度，用于在通道关闭状态下闭合，阻碍行人通过，而在通道打开时则收回或变为可活动状态，门翼可以构造为板状或栏杆状。电机组包括驱动电机、减速机等，为门翼的闭合和收回提供动力。控制系统是闸机的关键部件，执行对闸机的自动控制，包括通道打开关闭状态切换、行人位置检测、有票或无票判断以及对辅助设备的控制等方面，其控制的核心是实现有票通行、无票阻碍，保证一票只通过一人。控制系统通常具有行人位置检测装置，行人位置检测装置以位置传感器为基础，识别行人的通行状态，判断行人是否处于门翼的运动范围内，以便合理控制门翼，保护行人的人身安全。红外光电开关可以作为相对简单和低成本的位置传感器，但在实际的复杂应用中，为了保证检测的可靠性和系统的安全性，一般会采用红外光幕；光幕由投光器和受光器两部分组成。投光器发射出调制的红外光，由受光器接收，形成了一个保护网，当是有物体进入保护网，光线被物体挡住，通过内部控制线路，受光器电路马上作出反应，从而迅速检测出物体在光幕范围内的准确区域，以便主控板可以相应地采取不同的反应措施。辅助设备包括指示灯或LED显示屏、通行量计数器、蜂鸣器、语音播放器等，实现提示、报警、统计等功能，对闸机工作起到辅助作用。

随着闸机系统的日益普及，特别是在交通站点、公园出入口等公共场所的应用中，通行人流量十分巨大，超时、尾随、闯闸等不正常情况多发，这就需要闸机的控制系统能够准确获得行人位置和票数信息，在此基础上根据不同情形高速反应，控制闸机系统正确打开和闭合。但是，现有的闸机控制系统由于硬件处理容量不足，加之控制流程单一，对行人位置、票数、电机状态等信息的综合判断能力有限，经常对通行状态产生错误判断导致闸机门翼没有正常打开和封闭，无法满足实际需求，甚至发生夹伤行人、阻碍通行的事故。因此，人们迫切需要更先进的自动控制系统，改进闸机系统的安全性能和运行效率。

发明内容

针对现有技术的上述不足和实际需求，本发明提供了一种闸机自动控制电路，作为闸机系统的控制中枢，主要实现执行通行逻辑控制，检测不同的通行状况，并相应地控制闸机门翼有效开关，对超时、反向闯闸、抱闸、火警等情况执行应急响应，从而能够适应地铁、公园等大流量环境下的实际应用。

本发明所述的闸机自动控制电路，其特征在于，包括：

主控模块，用于闸机系统的启动和初始化，执行通行逻辑控制，以及与上位机的业务通讯，所述主控模块包括主控板和副控板；

电机模块，用于根据所述主控模块的指令，执行对闸机驱动电机运行的控制；

光幕识别模块，用于接收光幕设备的识别信号，分析当前通道状态并上报所述主控模块；

Uart通讯模块，用于执行所述主控模块与上位机之间的通讯；

Can通讯模块，用于执行主控模块的主控板和副控板之间的通讯。

优选地，所述主控板用于执行闸机系统的启动、初始化及运行主控制循环，以及通过所述Uart通讯模块与上位机通讯，并且通过所述Can通讯模块向副控板下达票状态和目标门状态指令；所述副控板用于根据主控板下达的所述指令，基于所述光幕识别模块输入的通道状态执行通行逻辑控制。进一步优选地，所述主控制循环包括判断当前的火警状态参数是否为有效；如是，由主控板执行火警处理；如否，则进入主控制循环的其它步骤。进一步优选地，所述副控板执行的通行逻辑控制包括根据所述票状态和／或通道状态执行以下操作：对尾随或反向闯闸的判断和控制，闸机空档是否有人的判断和控制，超时关门的判断和相应的关门控制，抱闸或松闸的控制，以及对开关、关闭和缓慢关门的判断和控制。

优选地，所述光幕识别模块获取光幕检测区域中每个分区当前时刻与上一时刻的状态，通过比较当前时刻与上一时刻的状态判断光幕检测区域的通行状态。

可见，本发明通过对主控模块设置双控制器的架构，提高了硬件处理能力，能够适用复杂和快速的通行逻辑处理，并且结合了电机模块对电机的有效控制，以及光幕识别模块对光幕检测状态的有效识别，实现了控制闸机门翼有效开关、根据不同的通行模式执行通行逻辑控制，加强了对超时、反向闯闸、抱闸、火警等情况的应急响应能力，能够充分适用于大流量闸机的实际应用。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明实施例的闸机自动控制电路结构示意图；

图2是本发明实施例中主控模块执行的主控制流程图；

图3是本发明实施例的通行逻辑的门、票状态示意图；

图4是本发明实施例中根据通行逻辑实现开门功能的控制流程图；

图5是本发明实施例中根据通行逻辑实现关门功能的控制流程图；

图6是本发明实施例中光幕通行逻辑的流程图；

图7是本发明实施例中B区、C区空档是否有人的判定流程；

图8A是本发明实施例中正常多张票插入情况下的超时关门控制流程图；

图8B是本发明实施例中人离开光幕状态下的超时关门控制流程图；

图8C是本发明实施例中反向闯闸状态下的超时关门控制流程图；

图9A是本发明实施例中外力检查抱闸的控制流程图；

图9B是本发明实施例中关门状态下光幕检查抱闸的控制流程图；

图10A是本发明实施例中根据光幕各区状态判断实行开门操作的逻辑流程图；

图10B是本发明实施例中根据光幕各区状态判断实行关门操作的逻辑流程图；

图10C是本发明实施例中根据光幕各区状态判断实行缓慢关门操作的逻辑流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例及实施例附图对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例的闸机自动控制电路结构示意图。该闸机自动控制电路包括主控模块1、电机模块2、光幕识别模块3、Uart通讯模块4、Can通讯模块5。

主控模块1用于执行系统启动、初始化和通行逻辑控制，并且负责与闸机系统的上位机7进行业务通讯，同时也用于连接火灾报警系统FAS 8（Fire Alarm System, FAS）执行报警处理，以及执行对声光电等辅助设备的控制和FLASH读写等操作。主控模块1采用由主控板1A和副控板1B组成的双控制器架构，主控板1A和副控板1B之间通过Can通讯模块5进行信息交换。其中主控板1A和副控板1B在控制功能上实现分工，主控板1A负责系统启动、初始化和主控制循环的运行，并且控制电机模块2A操作电机6A执行开门、关门操作，以及通过Uart通讯模块4实现与上位机7的通讯。光幕识别模块3连接并检测光幕板13的状态。副控板1B连接光幕识别模块3，在主控板1A的指令下，根据光幕识别模块3反馈的通道状态执行通行逻辑处理，以及控制电机模块2B操作电机6B执行开门、关门。同时，主控板1A和副控板1B还各自分别控制一部分辅助设备，如图1所示，主控板1A连接并控制TRE灯9、顶灯10，副控板1B连接并控制前后通行灯11以及蜂鸣器12；以上辅助设备通过GPIO端口连接主控板1A或副控板1B，在其控制下产生声光电提示信号。

电机模块2A、2B根据主控模块1的指令，执行对闸机驱动电机运行的控制，包括门翼初始位置确定、门翼正确的开关控制以及电机状态的监测和上报。

光幕识别模块3接收光幕设备的识别信号，根据识别信号分析当前通道的状态，并上报识别结果至主控模块1。主控模块1的通行逻辑处理依据光幕识别模块3的识别结果，向电机模块2A、2B下达相应的开门、关门等操作的指令。

Uart通讯模块4执行主控模块1与上位机7之间的通讯，接收上位机的业务请求，分析后提供给主控模块；并且将主控模块的应答信息或主动状态上报提交给上位机。Can通讯模块5则用于执行主、副控板之间的通讯。

下面具体介绍闸机主控模块的功能流程：

图2是主控模块执行的主控制流程图，由主控模块的主控板1A循环执行。所述主控制流程包括：(1)初始化: 包括对系统数据初始化，对Uart通讯模块4初始化，对副控板1B初始化，对Can通讯模块5初始化以及对电机模块2A、2B的初始化；（2）打开设备：包括打开Uart通讯模块4，打开Can通讯模块5，打开电机模块2A、2B，识别是否具有副控板1B，如果有则对打开副控板1B；（3）执行火灾报警：判断当前的火警状态参数G_is_fire是否为有效；如是，表明闸机存在火警状况，则主控板1A执行火警处理程序；如否，则进入主控制流程的下一步骤；（4）读取Uart通讯模块4，判断是否为工厂模式：如是则返回；如否，进入主控制流程的下一步骤；（5）读取Can通讯模块5的指令；（6）判断副控板1B是否有效，如果有效则读取副控板1B的指令；（7）副控板1B作为状态机工作，并向主控板1A上传事件（Event）数据；（8）主控板1A根据事件数据，读取电机模块2A、2B的信息，并执行系统控制，然后返回，进入下一轮循环。

下面介绍主控模块1的通行逻辑处理。图3是通行逻辑的门、票状态图；门票各状态的变迁基本分为两个层次，一为有票状态和无票状态，用iTicketNum参数标识当前的票状态，另一个是关门、开门、超时、反向闯闸等状态，通行逻辑主要是根据有票和无票状态实现在关门、开门、超时、反向闯闸等状态之间的切换，其目的是实现有票通行、无票阻碍，保证一票只通过一人。

图4至图10示出了根据通行逻辑实现不同功能的控制流程图。下面结合这些附图对通行逻辑中不同功能的具体实现过程加以详细介绍。

图4是根据通行逻辑实现开门功能的控制流程图。上位机向闸机的主控模块1发出有票指令和开门控制请求，主控板1A读取Uart通讯模块4获得上述信息，然后向Can通讯模块5发送关于票状态和目标门状态指令，从而将有票和目标开门的指令信号传给副控板1B。副控板1B通过Can通讯模块5接收到数据之后，根据有票指令将票状态参数iTicketNum设置到有票状态，同时根据开门控制请求，设置为开门状态，执行Open_door程序。副控板1B接收光幕识别模块3上报的识别结果，根据光幕状态判断是否允许开门，如果允许则副控板1B调用开门函数，对由它自身控制的电机模块2A、2B下达开门相应的控制信号，并且执行门状态上报。副控板1B还把开门指令通过Can通讯模块5传给主控板1A，主控板1A收到后相应地调用开门函数，对由主控板控制的电机模块下达开门相应的控制信号并执行门状态上报。在这里，光幕识别模块3用于通过GPIO中断获取光幕检测区域中A－D每个分区的状态，包括当前态与上一时刻状态，然后通过与上一次最近光幕状态的比对，分析出当前每个区的状态变化。经过分析，每个区会得到两种状态：

1. 是否有人

2. 方向信息，有正向进入、正向出去、反向进入、反向出去四种情况。

光幕识别模块3获得A、B、C、D各区通行状态的识别结果，并提供给主控模块1；从而主控模块1可以基于识别的结果按照上文所介绍的控制流程执行通行逻辑。

图5示出了根据通行逻辑实现关门功能的控制流程图。由副控板1B运行Close_door程序，判断光幕状态是否允许关门，如果允许则调用关闭函数对由副控板自身控制的电机模块2A、2B下达关门相应的控制信号，并且执行门状态上报。同时通过Can通讯模块5将关闭指令传给主控板1A，由主控板1A调用关闭函数并上报门状态。

图6具体说明了光幕通行的逻辑流程图。沿着人们从走进闸机到离开闸机的方向将光幕通行的区域分为A、B、C、D区，A、B区在闸机以外，而C、D区位于闸机以内。分别执行对A区是否有人、B区是否有人、C区是否有人、是否D区有人且C区无人、ABCD区均无人以及ABCD区均有人的判断，并相应地对iCurtainNum,enterBSign,enterCSign,dPosLeft,iTicketNum等参数进行赋值，从而对尾随、反向闯闸等情形执行判断。

图7示出了B区、C区空档是否有人的判定流程，其中iB是表示空档是否有人的参数，当B区、C区的空档有人时，为了避免行人被关闭的闸机夹伤，则应采用缓慢关门或不关门的操作。图8A－C分别示出了超时关门情况下的控制流程图。其中图8A示出了正常多张票插入情况下的超时关门控制流程图，图8B示出了人离开光幕状态下的超时关门控制流程图，图8C示出了反向闯闸状态下的超时关门控制流程图，其中Close_door和Slow_close_door分别表示正常关门和缓慢关门操作，uiTime参数表示超时时间。图9A－B是抱闸松闸处理流程图，其中图9A是外力检查抱闸的控制流程图，图9B是关门状态下光幕检查抱闸的控制流程图。图10A－C是根据光幕各区状态判断实行开门、关门和缓慢关门的逻辑流程图，其中图10A是开门的逻辑流程图，图10B是关闭的逻辑流程图，图10C是缓慢关门的逻辑流程图。

可见，本发明通过对主控模块设置双控制器的架构，提高了硬件处理能力，能够适用复杂和快速的通行逻辑处理，并且结合了光幕识别模块对光幕检测状态的有效识别，实现了控制闸机门翼有效开关、根据不同的通行模式执行通行逻辑控制，加强了对超时、反向闯闸、抱闸、火警等情况的应急响应能力，能够充分适用于大流量闸机的实际应用。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本发明还可以应用在其它设备中；以上描述中的尺寸和数量均仅为参考性的，本领域技术人员可根据实际需要选择适当的应用尺寸，而不脱离本发明的范围。本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims

1. 一种闸机自动控制电路，其特征在于，包括：

主控模块，用于闸机系统的启动和初始化，执行通行逻辑控制，以及与上位机的业务通讯，所述主控模块包括主控板和副控板；

电机模块，用于根据所述主控模块的指令，执行对闸机驱动电机运行的控制；

光幕识别模块，用于接收光幕设备的识别信号，分析当前通道状态并上报所述主控模块；

Uart通讯模块，用于执行所述主控模块与上位机之间的通讯；

Can通讯模块，用于执行主控模块的主控板和副控板之间的通讯。

2.根据权利要求1所述的闸机自动控制电路，其特征在于，所述主控板用于执行闸机系统的启动、初始化及运行主控制循环，以及通过所述Uart通讯模块与上位机通讯，并且通过所述Can通讯模块向副控板下达票状态和目标门状态指令；所述副控板用于根据主控板下达的所述指令，基于所述光幕识别模块输入的通道状态执行通行逻辑控制。

3.根据权利要求2所述的闸机自动控制电路，其特征在于，所述主控制循环包括判断当前的火警状态参数是否为有效；如是，由主控板执行火警处理；如否，则进入主控制循环的其它步骤。

4.根据权利要求2所述的闸机自动控制电路，其特征在于，所述副控板执行的通行逻辑控制包括根据所述票状态和／或通道状态执行：对尾随或反向闯闸的判断和控制，闸机空档是否有人的判断和控制，超时关门的判断和相应的关门控制，抱闸或松闸的控制，以及对开关、关闭和缓慢关门的判断和控制。

5.根据权利要求1所述的闸机自动控制电路，其特征在于，所述光幕识别模块获取光幕检测区域中每个分区当前时刻与上一时刻的状态，通过比较当前时刻与上一时刻的状态判断光幕检测区域的通行状态。