CN103669205B - 基于单片机控制的高架桥梯式逃生护栏 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于单片机控制的高架桥梯式逃生护栏，其技术特点是：包括护栏装置、立柱装置和单片机控制装置，立柱装置包括双立柱和单立柱，双立柱包括固定立柱和活动立柱，在双立柱上设有立柱拖拽机构，单立柱上设有护栏下放机构；梯式护栏装置包括两根相互平行的护栏横杆及均布安装的护栏竖杆，两根护栏横杆的一端与活动立柱连接，下端护栏横杆的另一端与单立柱内的滑杆旋转机构连接；单片机控制装置由单片机、控制面板、第一电机、第二电机、角度位移传感器、密码锁机构、滑杆旋转机构及电源模块连接构成。本发明设计合理，护栏能够实现由防护功能到救生梯功能的转变，救援人员和乘客能够通过护栏上下高架桥，方便灵活，提高救援效率。

Description

基于单片机控制的高架桥梯式逃生护栏

技术领域

本发明属于高架桥护栏技术领域，尤其是一种基于单片机控制的高架桥梯式逃生护栏。

背景技术

21世纪我国经济快速发展，尤其是交通行业在城市化进程中发挥着巨大作用。随着车辆日益增多，为缓解交通拥堵、平面道路占地面积大等问题，高架道路形成了城市的多层布局，提高交通运行的效率。近年来，高铁行业发展迅速，为保证高铁快速、有效地运行，高架铁路扮演着重要的角色。未来几年，随着交通的发展，特别是在山区、河流、狭窄地带，高架桥仍将快速发展。

当前，由于车辆增多、技术缺陷，高架道路事故发生率逐年增加。事故发生后，尤其是一些重大的交通事故，往往会造成人员伤亡，导致乘客滞留。高架桥一般在10米左右，在疏散人员方面存在一定困难；尤其是在高架铁路穿过的一些偏远地区，消防车及消防人员无法进入到高架桥上，给救援带来很大的不便。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、性能稳定、使用方便的基于单片机控制的高架桥梯式逃生护栏。

本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于单片机控制的高架桥梯式逃生护栏，包括护栏装置、立柱装置和单片机控制装置，其中：

所述的立柱装置包括双立柱和单立柱，所述的双立柱包括固定立柱和活动立柱，该固定立柱固装在第一立柱底座上，该活动立柱通过活动连接机构安装在第一立柱底座上，第一立柱底座固装在高架桥上，在活动立柱的顶部设有一个固定挂钩，在固定立柱的顶部设有第一定滑轮，在固定立柱内部安装第一电机和单片机控制装置，第一电机、第一定滑轮和固定挂钩通过第一钢丝绳相连接；所述的单立柱固定在第二立柱底座上，第二立柱底座固装在高架桥上，在单立柱的顶部设有第二定滑轮，在单立柱内设有第二电机及滑杆旋转机构；

所述的梯式护栏装置包括两根相互平行的护栏横杆，在两个护栏横杆之间均布安装有护栏竖杆，在靠近单立柱一侧的最后一个护栏竖杆中间位置安装有密码锁机构并与单立柱上安装的密码锁相配合，两根护栏横杆的一端通过活动连接机构与活动立柱连接，下端护栏横杆的另一端与单立柱内的滑杆旋转机构连接，在靠近单立柱处的两根护栏横杆上分别设有横杆挂钩并与单立柱上的第二钢丝绳、第二定滑轮和第二电机连接构成护栏下放机构；

所述的单片机控制装置由单片机、控制面板、第一电机、第二电机、角度位移传感器、密码锁机构、滑杆旋转机构及电源模块连接构成，该单片机与控制面板、角度位移传感器、密码锁机构、滑杆旋转机构及电源模块相连接，该单片机分别通过大功率驱动器驱动继电器并控制两台电机运行。

而且，所述的活动连接机构包括上铰接块和下铰接块，上铰接块和下铰接块之间设有铰接口并通过销钉相连接，在每个铰接块上有四个安装孔。

而且，所述的滑杆旋转机构包括轴承、滑杆、永磁铁和软磁体，滑杆一端通过轴承与下端护栏横杆连接，另一端与永磁铁连接并通过弹簧与固定的软磁体连接，该软磁体的电源由单片机控制。

而且，所述的控制面板包括与单片机相连接的液晶显示屏、操作按钮和操作按键，其中，操作按钮包括开按钮、关按钮、第一电机反转按钮、第二电机正转按钮、第二电机反转按钮、电机停止按钮、软磁体手动操作按钮；操作按键包括OK键、NO键、上键、下键、左键和右键，控制面板安装在固定立柱的侧面。

而且，所述的大功率驱动器采用高耐压、大电流的复合晶体管ULN2003芯片。

而且，所述第一电机和第二电机均采用鼠笼式交流电机实现拽引功能。

而且，所述的双立柱和单立柱的顶部设有保护罩。

本发明的优点和积极效果是：

本发明通过梯式护栏装置、立柱装置以及单片机控制装置相互配合，使得高架桥护栏不仅具有一般的护栏功能，而且在需要救援时，通过单片机控制装置控制梯式护栏装置由竖直状态转换到水平状态并使其一端下放至高架桥地面，梯式护栏装置当做救生梯使用，护栏实现由防护功能到救生梯功能的转变，救援人员和乘客能够通过护栏上下高架桥，方便灵活，提高救援效率，克服传统护栏单一防护功能。采用单片机进行控制并且具有安全保护机制，保证了使用的安全性、可靠性和灵活性，梯式护栏装置采用活动连接方式，易于安装与维护。

附图说明

图1为本发明的连接示意图；

图2为单片机控制装置的电路方框图；

图3为控制面板的结构示意图；

图4为本发明的整体安装结构示意图；

图5为活动连接机构的结构示意图；

图6为梯式护栏装置由竖直状态到平躺状态的结构示意图；

图7为梯式护栏装置在逃生状态下的结构示意图；

图8为单片机控制装置的工作流程图；

其中，1：梯式护栏装置，2：单片机控制装置，3：立柱装置，4：第一电机反转按钮，5：第二电机正转按钮，6：第二电机反转按钮，7：电机停止按钮，8：软磁体手动操作按钮，9：固定挂钩，10：保护罩，11：第一定滑轮，12：护栏竖杆，13：护栏横杆，14：活动连接机构，15：活动立柱，16第一立柱底座，17：固定立柱，18：密码锁机构，19：滑杆旋转机构，20：第二立柱底座，21：单立柱，22：第一钢丝绳，23：横杆挂钩，24：第二定滑轮，25：第二钢丝绳，26：上铰接块，27：下铰接块。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。

一种基于单片机控制的高架桥梯式逃生护栏，如图1所示，包括梯式护栏装置1、单片机控制装置2、立柱装置3三个组成部分，梯式护栏装置与立柱装置连接在一起，单片机控制装置与梯式护栏装置、立柱装置相连接实现相应的控制功能。下面对三个部分分别进行说明：

如图4所示，所述的立柱装置包括双立柱和单立柱21，所述的双立柱包括固定立柱17和活动立柱15，该固定立柱正常状态下起固定作用，与另一端的单立柱共同支撑梯式护栏，当高架桥上发生事故时，该活动立柱起支撑作用，作为梯式护栏装置的依靠装置。固定立柱和活动立柱安装在第一立柱底座16上，第一立柱底座通过螺栓紧固在水泥高架桥上，在固定立柱和活动立柱的顶部设有保护罩10，其中活动立柱的底部通过活动连接机构14与第一立柱底座连接，在活动立柱的顶部设有一个固定挂钩9，固定立柱与活动立柱相邻并安装在第一立柱底座上，在固定立柱的顶部设有第一定滑轮11，在固定立柱内部安装第一电机和单片机控制装置，单片机控制装置的控制面板设置在固定立柱侧面且易于操作的一侧，第一电机、第一定滑轮和固定挂钩通过第一钢丝绳22相连接，固定立柱和活动立柱通过固定挂钩、钢丝绳、第一定滑轮与第一电机形成立柱拖拽机构，梯式护栏装置可以活动立柱为中心作90度旋转。所述的单立柱固定在第二立柱底座20上，第二立柱底座通过螺栓紧固在水泥高架桥上，在单立柱的顶部设有第二定滑轮24，在单立柱内设有第二电机及滑杆旋转机构19，单立柱通过第二电机、第二钢丝绳25、第二定滑轮以及梯式护栏装置上的横杆挂钩23形成护栏下放机构。

所述的梯式护栏装置包括两根相互平行的护栏横杆13，在两个护栏横杆之间均布安装有护栏竖杆12，所述的护栏横杆与各个护栏竖杆之间均通过活动连接机构安装在一起，在靠近单立柱一侧的最后一个护栏竖杆中间位置安装有密码锁机构18，该密码锁机构与单立柱上安装的密码锁形成一对固定、安全装置。两根护栏横杆的一端通过活动连接机构与活动立柱连接，下端护栏横杆的另一端与单立柱内的滑杆旋转机构连接，该滑杆旋转机构包括轴承、滑杆、永磁铁和软磁体，滑杆一端通过轴承与下端护栏横杆连接，另一端与永磁铁连接并通过弹簧与固定的软磁体连接。为确保梯式护栏装置由竖直状态下放至平躺状态的稳定性，其下端横杆与立柱底座之间的垂直距离10厘米左右，本结构示意图为清晰说明其结构将距离适当放大，且在靠近单立柱处的两根护栏横杆上分别设有横杆挂钩并与单立柱上的第二钢丝绳、第二定滑轮和第二电机连接构成护栏下放机构，避免在重力作用下速度过快，损坏梯式护栏装置。

如图5所示，所述的活动连接机构包括上铰接块26和下铰接块27两部分，上铰接块和下铰接块设有铰接口并通过销钉连接，在每个铰接块上有四个安装孔分别与两端的设备通过螺栓安装在一起。例如，活动立柱与第一立柱底座通过活动连接机构连接时，下铰接块通过螺钉固定在第一立柱底座上，上铰接块通过螺钉固定在活动立柱的底部；护栏横杆与护栏竖杆通过活动连接机构连接时，下铰接块安装在护栏横杆上，上铰接块安置在护栏竖杆上；当护栏横杆与活动立柱通过活动连接机构连接时，下铰接块安装在活动立柱上，上铰接块安装在护栏横杆上。

当梯式护栏装置由竖直状态到平躺状态时，如图6所示，密码锁机构解锁，下端护栏横杆以滑杆旋转机构为支撑，可绕滑杆旋转机构旋转，该端护栏装置通过横杆挂钩、第二钢丝绳与单立柱中的第二定滑轮连接；双立柱结构中第一电机启动，通过第一定滑轮、第一钢丝绳、活动连接机构及固定挂钩下放活动立柱至水平位置，带动护栏由竖直状态变为平躺状态，在此过程中滑杆旋转机构的软磁体通电，吸引永磁铁，带动滑杆运动，使滑杆脱离护栏横杆。

在梯式护栏装置由竖直状态到平躺状态后，如图7所示，梯式护栏装置实现自救逃生功能：双立柱结构保持不变，在活动连接机构的作用下，梯式护栏装置可绕活动立柱旋转，滑杆旋转机构的软磁体电源断电。单立柱结构中第二电机启动，通过第二定滑轮、第二钢丝绳、横杆挂钩下放梯式护栏装置的一端至高架桥下的水平地面，从而将梯式护栏装置当做逃生梯使用，实现高架桥自救功能。

如图2所示，单片机控制装置由单片机、控制面板、第一电机(电机1)、第二电机(电机2)、角度位移传感器、密码锁机构、滑杆旋转机构及电源模块连接构成。单片机电源模块采用220伏交流市电接到整流电路板上，通过整流电路板将交流市电转换为+12伏直流电和+5伏直流电。控制面板作为人机交互界面，通过对其操作，实现数据的输入、获取和处理。密码锁机构只有在正确输入密码后，才驱动电磁执行器开锁。单片机通过高耐压、大电流复合晶体管ULN2003芯片驱动继电器，控制其通断，实现对电机的控制。角度位移传感器监测活动立柱的下放角度，当立柱下放到90度时，传感器输出开关信号，单片机接收信号后切断第一电机的电源，使其停止运动。所述软磁体电源的通断由单片机控制，正常状态下电源断开，由于弹簧的作用，使得滑杆通过单立柱与护栏横杆连接，保证护栏旋转过程的稳定性；工作状态下，电源通电，软磁体获得强大的磁性，吸引滑杆运动，滑杆脱离护栏横杆，此时梯式护栏装置能够活动，通过第二钢丝绳、第二定滑轮与第二电机连接，使梯式护栏装置的一端慢慢下落。

在本实施例中，单片机作为单片机控制装置核心部件采用PIC16F877，该类型单片机内部资源丰富，广泛应用于工业控制，单片机实现获取、处理数据、发出操作指令功能。所述控制面板主要由显示屏、控制按钮、输入按键组成，通过对面板的操作，单片机获取指令，执行相应程序，实现对电机、密码锁、滑杆旋转机构的控制。所述第一电机和第二电机均采用鼠笼式交流电机实现拽引功能，其功率视立柱和梯式护栏重量而定，两台电机所用开关元件为固态继电器，该类型继电器用半导体器件代替传统点接点作为切换装置的具有继电器特性的无触点开关器件,输入端加上直流电就能从断态转变成通态。继电器工作电压为+12伏，开关电压为220伏交流市电。由于单片机端口输出电流较小，采用高耐压、大电流复合晶体管ULN2003芯片作为继电器的驱动模块。所述密码锁机构采用电子锁具，以单片机为控制部件，配以相应硬件电路，完成密码的设置、存贮和获取，驱动电磁执行器开锁。所述位移传感器采用角度位移传感器，监视活动立柱下放到一定角度后，切断第一电机的电源，使其停止运转。所述滑杆旋转机构由轴承、滑杆、永磁铁和软磁体组成，滑杆通过轴承与护栏横杆和单立柱连接，而且滑杆和轴承之间留有一定间隙，保证护栏由竖直状态到平躺状态的平稳性；滑杆一端设有永磁铁通过一弹簧与固定的软磁体连接。

如图3所示，控制面板包括与单片机相连接的液晶显示屏LCD12864、“开”按钮、“关”按钮，第一电机反转按钮4、第二电机正转按钮5、第二电机反转按钮6、电机停止按钮7、软磁体手动操作按钮8、OK键(确认)、NO键(退出)、上键(加一)、下键(减一)、左键(后退)、右键(前进)。按下“开”按钮启动整个装置，按下“关”按钮关闭整个装置，按下第一电机反转按钮时第一电机反转，按下第二电机正转按钮时第二电机正转，按下第二电机反转按钮时第二电机反转，在第一电机反转、第二电机正转、第二电机反转过程中，按下电机停止按钮时正在运行的电机停止转动，按下软磁体手动操作按钮时软磁体通电。在实际操作控制过程中，通过按键输入装置启动密码，进入WELCOME操作界面，首先获取动态密码，输入动态密码后，密码锁机构解锁，使护栏能够由固定状态变为活动状态。10秒以后单片机发出指令驱动第一电机，下放活动立柱，带动护栏装置由竖直状态变为平躺状态，下放到一定角度，位移传感器接收信号，发出开关动作；单片机接收信号发出指令，第一电机停止运动，此时软磁体电源通电30秒，在30秒之内按下控制面板上第二电机正转按钮，第二电机启动，下放护栏装置，至护栏装置一端落地，按下停止按钮，第二电机停止运动，至此护栏实现由防护功能到救生梯功能的转变。在救援完成后，按下第二电机的反转按钮，此过程中按下软磁体电源按钮，吸引滑杆，当提升护栏至平躺状态，按下停止按钮，第二电机停止运动，再按下第一电机的反转按钮，提升活动立柱至竖直状态，此时密码锁将护栏和单立柱锁在一起，固定护栏，护栏实现由救生梯功能到防护功能的转变。

如图8所示，单片机控制装置的工作流程是：系统初始化→调用EPROM密码→输入装置启动密码→OK键按下？→N，按下NO键，返回至输入装置启动密码→Y，比较密码→密码正确？→N，输入3次？→N,重新输入装置启动密码→Y，重新启动装置→Y，显示WELCOME界面→获取密码锁密码→输入该密码→密码锁开锁→第一电机正转→角度位移传感器产生信号？→N,返回至第一电机正转→Y，第一电机停止→软磁体电源通电30S？→N,第二电机正转按钮按下？→N，第二电机停止→Y,第二电机正转→Y,按下软磁体手动操作按钮，同时返回至第二电机正转按钮按下？→N，第二电机停止→Y,第二电机正转→电机停止按钮安下？→N,第二电机正转→Y,第二电机停止。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种基于单片机控制的高架桥梯式逃生护栏，其特征在于：包括护栏装置、立柱装置和单片机控制装置，其中：

所述的立柱装置包括双立柱和单立柱，所述的双立柱包括固定立柱和活动立柱，该固定立柱固装在第一立柱底座上，该活动立柱通过活动连接机构安装在第一立柱底座上，第一立柱底座固装在高架桥上，在活动立柱的顶部设有一个固定挂钩，在固定立柱的顶部设有第一定滑轮，在固定立柱内部安装第一电机和单片机控制装置，第一电机、第一定滑轮和固定挂钩通过第一钢丝绳相连接；所述的单立柱固定在第二立柱底座上，第二立柱底座固装在高架桥上，在单立柱的顶部设有第二定滑轮，在单立柱内设有第二电机及滑杆旋转机构；

所述的梯式护栏装置包括两根相互平行的护栏横杆，在两个护栏横杆之间均布安装有护栏竖杆，在靠近单立柱一侧的最后一个护栏竖杆中间位置安装有密码锁机构并与单立柱上安装的密码锁相配合，两根护栏横杆的一端通过活动连接机构与活动立柱连接，下端护栏横杆的另一端与单立柱内的滑杆旋转机构连接，在靠近单立柱处的两根护栏横杆上分别设有横杆挂钩并与单立柱上的第二钢丝绳、第二定滑轮和第二电机连接构成护栏下放机构；

所述的单片机控制装置由单片机、控制面板、第一电机、第二电机、角度位移传感器、密码锁机构、滑杆旋转机构及电源模块连接构成，该单片机与控制面板、角度位移传感器、密码锁机构、滑杆旋转机构及电源模块相连接，该单片机分别通过大功率驱动器驱动继电器并控制两台电机运行。

2.根据权利要求1所述的基于单片机控制的高架桥梯式逃生护栏，其特征在于：所述的活动连接机构包括上铰接块和下铰接块，上铰接块和下铰接块之间设有铰接口并通过销钉相连接，在每个铰接块上有四个安装孔。

3.根据权利要求1所述的基于单片机控制的高架桥梯式逃生护栏，其特征在于：所述的滑杆旋转机构包括轴承、滑杆、永磁铁和软磁体，滑杆一端通过轴承与下端护栏横杆连接，另一端与永磁铁连接并通过弹簧与固定的软磁体连接，该软磁体的电源由单片机控制。

4.根据权利要求1至3任一项所述的基于单片机控制的高架桥梯式逃生护栏，其特征在于：所述的控制面板包括与单片机相连接的液晶显示屏、操作按钮和操作按键，其中，操作按钮包括：开按钮、关按钮、第一电机反转按钮、第二电机正转按钮、第二电机反转按钮、电机停止按钮、软磁体手动操作按钮；操作按键包括OK键、NO键、上键、下键、左键和右键，控制面板安装在固定立柱的侧面。

5.根据权利要求1至3任一项所述的基于单片机控制的高架桥梯式逃生护栏，其特征在于：所述的大功率驱动器采用高耐压、大电流的复合晶体管ULN2003芯片。

6.根据权利要求1至3任一项所述的基于单片机控制的高架桥梯式逃生护栏，其特征在于：所述第一电机和第二电机均采用鼠笼式交流电机实现拽引功能。

7.根据权利要求1至3任一项所述的基于单片机控制的高架桥梯式逃生护栏，其特征在于：所述的双立柱和单立柱的顶部设有保护罩。