CN103669252B - 一种自动闸机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动闸机，包括闸门，还设有：电机，用于带动闸门关闭；机械复位机构，用于在电机停机时开启闸门；电机驱动电路，用于驱动所述电机；控制电路MCU，用于发出电机控制信号；逻辑电路，用于接收停机信号以及所述电机控制信号，经逻辑判断后向电机驱动电路输出控制指令。通过本发明的闸门，实现了自动闸机在不同工况下的开门，使自动闸机在各种故障和紧急事件中具有高灵活性和可靠性。

Description

一种自动闸机

技术领域

本发明涉及自助服务设备技术领域，尤其涉及一种自动闸机。

背景技术

在地铁或火车站等需要闸机拦截检票的地方通常设有自动检票机。

自动售检票系统中的闸机，是地铁自动化系统中的重要环节。它能保证有票乘客自由出入、阻止无票乘客进出，是人工智能在轨道交通领域的应用。闸机根据阻挡方式可分为启门式和三杆式。三杆式可以有效避免多人同时进出的问题，但缺点是携带物品的乘客出入很不方便，当地铁发生紧急情况时乘客疏散不方便等。因此，现在新建地铁系统中更倾向于使用启门式闸机，即使用闸门来控制乘客的进出。

为保障乘客安全，当火灾等危险来临时，要保障自动检票机的闸门能自动紧急开门，使通道畅通，避免乘客发生危险。

在常规的闸机中，常规的控制系统包括MCU、电机驱动单元、位置检测单元、电机以及为电机供电的电源，为电机供电的电源同时还经过一系列调适之后为MCU供电，当控制系统通电时，MCU工作，输出使能信号至电机驱动单元，电机驱动单元驱动电机进行工作。其中电机通常为直流无刷电机，因此需要位置检测单元用于检测电机中的转子位置及时调整转子方向。当控制系统断电时，MCU断电，则电机停止工作。

现有闸机在系统断电的情况下，通常使闸门保持自由状态。

其中，闸门保持自由状态，该自由状态有可能是关门状态，判断紧急开门是否有效，往往通过乘客推动才能确定，会大大影响到紧急情况乘客的疏散效率，因此仅采用系统断电，处理的紧急工况过于单一，且不利于远程操作。

因此如何设计闸门，使得在系统断电时闸门在出现多种异常状态时均能保持打开状态，是需要解决的问题。

发明内容

为了使自动闸机能够处理多种异常状态，从而提高安全性，本发明提供了一种具有高可靠性的自动闸机。

一种自动闸机，包括闸门，还设有：

电机，用于带动闸门关闭；

机械复位机构，用于在电机停机时开启闸门；

电机驱动电路，用于驱动所述电机；

控制电路MCU，用于发出电机控制信号；

逻辑电路，用于接收停机信号以及所述电机控制信号，经逻辑判断后向电机驱动电路输出控制指令。

当电机停机时，电机状态与断电时的状态相同。通过加入停机信号，在工作现场出现紧急情况需要临时打开闸门时，可在系统通电的情况下，通过输入停机信号来使电机停机，由机械复位机构将闸门开启。其中，停机信号可由远程控制中心发送，也可由设在闸门外部的系统提供。

所述闸门带有受所述电机驱动的门轴，所述机械复位机构为套设在门轴或电机主轴上的扭簧，该扭簧一端与门轴或电机主轴固定，另一端与自动闸机的机架固定。

当电机工作时，扭簧固定在自动闸机机架的一端保持固定。电机拉动扭簧在门轴或电机主轴一端，克服扭簧的弹簧力实现开门和关门，当电机停机时，扭簧的弹簧力使闸门打开。通过将扭簧套设在电机与闸门之间，可以节省设计空间，使整体较为美观。

所述机械复位机构为弹性部件，该弹性部件一端为与闸门相连接的施力端，另一端为与自动闸机机架相连的固定端。

弹性部件可为拉簧或压簧等。以拉簧为例，在电机工作时，克服拉簧的弹簧力拉动闸门关闭，拉簧处于拉紧状态，当电机停机时，利用拉簧的弹簧力使闸门打开。采用该方式可较为简单地实现电机停机时闸门自动打开。

还包括用于采集闸门状态的位置传感器，所述控制电路接收该位置传感器的信号并输出对应的电机控制信号，所述位置传感器为用于采集电机主轴状态的角度传感器。

由于电机多采用直流无刷电机，因此需要通过位置传感器检测电机转子的位置用以及时换向，使电机可控制闸门关闭。

还设有信号处理电路，用于接收用户指令并经处理后生成所述停机信号。

对于外部输入的用户指令，通常是长线传输电压信号，具有电压波动范围大、抗干扰能力弱等问题，因此通过信号处理电路，实现了停机信号在工作现场的适用性，避免了因停机信号的各种不确定因素引起的开门误判问题。

所述信号处理电路包括依次对用户指令进行相应处理的恒流电路、隔离电路、滤波电路和极性选择电路。

用户指令依次经过恒流、电气隔离以及滤波之后得到较为稳定的停机信号，通过极性选择电路，可以由用户现场设定选择高电压信号控制闸门开启，或是低电压控制闸门开启，使设计更加灵活。

所述极性选择电路包括:

极性切换电路，包括输入端、第一输出端和第二输出端，其中输入端与滤波电路输出端连接，所述极性切换电路用于根据输入的信号选择在第一输出端和第二输出端之间选择一者来输出控制电平；

极性选择电路输出端，用于将停机信号输入逻辑电路；

第一开关元件，用于在接收控制电平时将停机信号源连接至极性选择电路输出端，在接收控制电平时将极性选择电路输出端接地；

第二开关元件，用于由用户控制将第一开关元件的控制端在极性切换电路的第一输出端与第二输出端切换。

用户指令经过恒流、隔离和滤波之后得到稳定的紧急控制信号，该紧急控制信号输入至极性切换电路输入端，极性切换电路输入端根据紧急控制信号的电平高低在第一输出端和第二输出端两者之一选择输出控制电平。当第一开关元件控制端接收到控制电平时，导通停机信号源与极性选择电路输出端之间的连接，将停机信号输入至逻辑电路中参与逻辑判断，使电机停机；否则极性选择电路输出端接地。

还设有用于采集电机驱动电路温度的温度采样电路，所述逻辑电路还用于接收温度采样电路的信号并参与所述的逻辑判断。

由于电机驱动电路中包含电机驱动芯片以及外围电路，由于外围电路中的某些元器件易在温度过高时损坏，因此根据需要对电机驱动电路进行温度采样，并参与逻辑电路的逻辑判断，当温度超过设定阈值时，逻辑电路就控制电机驱动电路输出控制指令，使得电机停机，打开闸门，保证闸门元器件能够正常工作。

所述控制电路MCU还具有输出脉冲信号的端口，所述逻辑电路还用于接收该脉冲信号并参与所述的逻辑判断。

当MCU程序死锁时，可能导致电机无法正常工作，从而导致闸门开合异常。通过检测MCU中的脉冲信号来检测MCU是否程序死锁，当未出现脉冲信号时，则判断MCU程序死锁。将MCU程序死锁加入到逻辑判断中，当MCU出现程序死锁时使电机停机，打开闸门，从而提高闸门的可靠性。

还设有用于采集电机驱动电路中电流的电流采样电路，所述逻辑电路还用于接收电流采样电路的信号并参与所述的逻辑判断。

电机驱动电路中存在逆变电路，在过流时容易造成对电机控制不稳定，因此通过对逆变电路进行电流采样，并通过电机驱动电路中的电机驱动芯片对所采样的电流进行判断，当电流过流时由逻辑电路向电机驱动芯片输出控制指令，从而使电机停机，打开闸门。

通过本发明的自动检票机闸门设备的控制系统及方法，对各种故障条件，实现了可靠的紧急开门。当闸门发生各种故障时，都能保证能自动紧急开门，保障了闸门在使用现场的安全性，并有利于实现闸门的远程控制，对闸门系统实时监测。

附图说明

图1为本发明一个实施例闸门与电机连接的示意图；

图2为本发明当前实施例闸门电路结构示意图；

图3为本发明当前实施例闸门的工作流程图；

图4为本发明当前实施例极性选择电路的结构示意图；

图5为本发明当前实施例极性切换电路的结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明一个实施例闸门与电机连接的示意图。

如图1所示，本发明当前实施的自动闸机包括支柱1、闸门2、机架3和电机6，其中电机6主轴与闸门2的门轴连接，且电机6上还设有扭簧5，扭簧5的一端固定在电机主轴上，另一端通过固定块4固定在自动闸机的机架3上。本发明当前实施例的电机6为永磁无刷直流电机，当电机6通电工作时主轴克服扭簧5的弹簧力驱动门轴，使闸门2开合；电机6停机时释放对门轴的驱动，由扭簧5的弹簧力将闸门2打开。

如图2所示，本发明当前实施例的自动闸机包括控制电路MCU、信号处理电路、逻辑电路、电机驱动电路、电机以及闸门。其中，当前实施例中，MCU为芯片stm32，电机驱动电路包括电机驱动芯片和根据电机驱动芯片发出的信号驱动或停止电机的外围电路，电机驱动芯片型号为IR2336，由于该型号芯片仅有一个使能端，因此需要通过外接逻辑电路从而对多种输入进行逻辑判断来控制该使能端。

信号处理电路用于处理从外部输入的用户指令，用户指令为一个电压信号，可以从远程输入，也可由增设在闸门外围的系统输入。用户指令通常是长线传输的电压信号，存在电压波动范围大、抗干扰能力弱等问题，如果直接输入至电机驱动电路则容易造成开门误判，因此需要将用户指令进行处理，得到较为平稳的信号。用户指令输入信号处理电路之后，首先经过恒流电路，形成稳定电流，接着通过光或磁耦合电路进行电气隔离，经过隔离后的信号，再经滤波电路进行滤波，可以剔除电平瞬变干扰，使输出的信号Em更稳定可靠。

同时用户可以通过极性选择电路设定高电压开门或者低电压开门，避免单一化，使设计更灵活。

如图4所示，极性选择电路包括极性切换电路、第一开关元件和第二开关元件，其中第一开关元件为继电器，继电器的常闭触点分别连接独立供电的停机信号源和逻辑电路，其中停机信号源为24V电源，继电器常开触点分别连接接地端和逻辑电路，极性选择电路输出端连接至逻辑电路其中一个输入端。在当前实施例中，第二开关元件为单刀双掷开关，单刀双掷开关的两个不动端分别连接极性切换电路的第一输出端和第二输出端，动端与继电器电源接入端（即控制端）连接。由用户在现场拨动单刀双掷开关，使得继电器的控制端在极性切换电路的第一输出端与第二输出端之间切换。极性切换电路的输入端1连接滤波电路的输出端，依次经过恒流、隔离和滤波之后得到的稳定的控制信号Em输入极性切换电路输入端。

整个极性选择电路的工作过程如下，其中，用1表示Em为高电平，用0表示Em为低电平：

当用户使用单刀双掷开关将继电器控制端连接至极性切换电路的第一输出端时，极性选择电路为低电平导通：

若控制信号Em=1，则第一输出端输出24V电压，继电器通电，使得极性选择电路输出端接地，即Em’=0，则极性选择电路未发出停机信号；

若控制信号Em=0，则第一输出端输出0V，继电器断电，使得极性选择电路输出端与停机信号源链接，即Em’=24V，则极性选择电路发出停机信号；

当用户使用单刀双掷开关将继电器控制端连接至极性切换电路的第二输出端时，极性选择电路为高电平导通：

若控制信号Em=1，则第二输出端输出0V电压，继电器断电，使得极性选择电路输出端与停机信号源链接，即Em’=24V，则极性选择电路发出停机信号；

若控制信号Em=0，则第二输出端输出24V电压，继电器断电，使得极性选择电路输出端接地，即Em’=0，则极性选择电路未发出停机信号。

从而实现拨动开关来实现Em高电平与低电平开门的适应性选择。

其中，极性切换电路如图5所示。Em信号输入光耦U1发光二极管的正极，光耦U1光敏三极管的集电极连接24V电源，发射极通过电阻R1接地。

24V电源还连接至二极管D1的负极，二极管D1的正极连接至二极管D2的负极，二极管D2的正极接地。二极管D1正极还与光耦U1光敏三极管的发射极连接。

24V电源还通过电阻R2连接至光耦U2发光二极管正极，光耦U2发光二极管负极连接光耦U3发光二极管正极。光耦U3发光二极管负极与二极管D2负极连接。

24V电源还连接至光耦U2光敏三极管集电极，光耦U2光敏三极管发射极为极性切换电路的第二输出端。

光耦U3光敏三极管的集电极为极性切换电路的第一输出端，发射极通过电阻R3接地，且其发光二极管负极连接至其光敏三极管的集电极。

当用户指令为高电平信号时，光耦U1导通，由于光耦U2和光耦U3各自的光敏三极管基极与集电极之间没有电压差，导致光耦U2和光耦U3不导通，则光耦U2发射极端电压为0，光耦U3集电极端电压为24V，即极性切换电路的第一输出端为24V，第二输出端为0V。

当用户指令为低电平信号时，光耦U1断开，光耦U2和光耦U3各自的光敏三极管基极与集电极之间存在电压差，导致光耦U2和光耦U3不导通，则光耦U2发射极端电压为0，光耦U3集电极端电压为24V，即极性切换电路的第一输出端为0V，第二输出端为24V。

从而完成了根据用户指令电平的高低进行极性切换。

如图3所示，本发明当前实施例的自动闸机工作方式具体如下：

当整个自动闸机的系统处于断电状态时，电机失电不工作。

自动闸机中还包括温度采样电路、电流采样电路以及位置传感器。在通电状态下，MCU向逻辑电路发送控制信号，控制信号包括使能信号En和PWM脉冲信号，同时，温度采样电路对电机驱动电路进行温度采样，并将采样结果输入逻辑电路。直流无刷电机的驱动电路包括三相逆变桥，当三相逆变桥中的电流过大时容易造成电机损坏，因此电流采样电路对电机驱动电路中的三相逆变桥进行电流采样，并将采样结果输入至电机驱动芯片；位置传感器用于检测电机转子的位置，并将检测结果发送至MCU，由MCU控制电机进行换向，从而带动闸门关闭。

如图3所示，本发明当前实施例对电机进行控制的具体步骤如下：

S1:电流采样电路采集到电机驱动电路中的电流Ri并输入至逻辑电路，参与逻辑判断，由逻辑电路判断Ir是否大于电流阈值I，若是，则逻辑电路向电机驱动芯片2336En输入电机停机的控制指令，停止电机驱动波形的输出，使电机停机；否则转S2；

S2:温度采样电路对电机驱动电路中的温度进行采样并判断TR是否大于温度阈值T，并将判断结果输入逻辑电路：若TR大于T，则逻辑电路向电机驱动芯片2336En输入电机停机的控制指令，电机驱动电路中的外围电路部分根据该信号停止驱动电机，电机停机；否则转S3；

S3:电机驱动芯片直接检测是否有停机信号Em，若是，则芯片输出信号，电机驱动电路根据输出的信号停止对电机驱动，使电机停机，并通过MCU向上位机（如图2所示）输送报警信号至控制中心，否则转S4；

S4:逻辑电路检测是否有PWM脉冲信号，若未检测到PWM脉冲信号，则判断MCU程序死锁，逻辑电路向电机驱动芯片发出停机的控制指令，则芯片输出信号，电机驱动电路根据输出的信号停止对电机驱动，使电机停机；否则转S5；

S5:闸门保持原位置不变，等待新一轮命令。

本发明可以针对各种突发故障解决闸门的紧急开门状况，且有利于实现闸门紧急开门的远程控制，启动更便捷，克服靠系统断电解决紧急开门而带来的数据丢失问题。且可处理由于个体闸门设备的超温、超流、程序锁死等安全隐患，并及时发送报警信号，反馈给上位机，及时处理，避免客户投诉等问题发生。

Claims (7)

1.一种自动闸机，包括闸门，其特征在于，还设有：

电机，用于带动闸门关闭；

机械复位机构，用于在电机停机时开启闸门；

电机驱动电路，用于驱动所述电机；

控制电路MCU，用于发出电机控制信号；

逻辑电路，用于接收停机信号以及所述电机控制信号，经逻辑判断后向电机驱动电路输出控制指令；

信号处理电路，用于接收用户指令并经处理后生成所述停机信号；

所述信号处理电路包括依次对用户指令进行相应处理的恒流电路、隔离电路、滤波电路和极性选择电路；

所述极性选择电路包括：

极性切换电路，包括输入端、第一输出端和第二输出端，其中输入端与滤波电路输出端连接，所述极性切换电路用于根据输入的信号极性在第一输出端和第二输出端之间选择一者来输出控制电平；

停机信号源，用于向逻辑电路输出停机信号；

第一开关元件，用于在接收控制电平时将停机信号源连接至极性选择电路输出端，在接收控制电平时将极性选择电路输出端接地；

第二开关元件，用于由用户控制将第一开关元件的控制端在极性切换电路的第一输出端与第二输出端切换；

用户指令经过恒流、隔离和滤波之后得到稳定的紧急控制信号，该紧急控制信号输入至极性切换电路输入端，极性切换电路输入端根据紧急控制信号的电平高低在第一输出端和第二输出端两者之一选择输出控制电平；当第一开关元件控制端接收到控制电平时，导通停机信号源与极性选择电路输出端之间的连接，将停机信号输入至逻辑电路中参与逻辑判断，使电机停机；否则极性选择电路输出端接地。

2.如权利要求1所述自动闸机，其特征在于，所述闸门带有受所述电机驱动的门轴，所述机械复位机构为套设在门轴或电机主轴上的扭簧，该扭簧一端与门轴或电机主轴固定，另一端与闸机机架固定。

3.如权利要求1所述自动闸机，其特征在于，所述机械复位机构为弹性部件，该弹性部件一端为与闸门相连接的施力端，另一端为与闸机机架相连的固定端。

4.如权利要求1所述自动闸机，其特征在于，还包括用于采集闸门状态的位置传感器，所述控制电路接收该位置传感器的信号并输出对应的电机控制信号，所述位置传感器为用于采集电机主轴状态的角度传感器。

5.如权利要求1所述自动闸机，其特征在于，还设有用于采集电机驱动电路温度的温度采样电路，所述逻辑电路还用于接收温度采样电路的信号并参与所述的逻辑判断。

6.如权利要求1所述自动闸机，其特征在于，所述控制电路MCU还具有输出脉冲信号的端口，所述逻辑电路还用于接收该脉冲信号并参与所述的逻辑判断。

7.如权利要求1所述自动闸机，其特征在于，还设有用于采集电机驱动电路中电流的电流采样电路，所述逻辑电路还用于接收电流采样电路的信号并参与所述的逻辑判断。