CN105089365B - 门头锁控制装置、系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种门头锁控制装置、系统及其方法，装置包括：微控制器，产生并向电磁铁驱动电路输出PWM波；电磁铁驱动电路，与门头锁的电磁铁相连，包括开关电路，通过电磁铁吸合与释放，带动门锁动作，实现门头锁开闭；微控制器向开关电路输出PWM波，通过控制开关电路输出至电磁铁的信号满足不同工作电压等级门头锁开闭；过流保护电路，监测电磁铁中的电流，当电磁铁电流超过设定值，由微控制器降低PWM波的占空比或关断电磁铁驱动电路；数字输入电路，将门头锁当前的锁状态信号传送至微控制器，微控制器根据锁状态信号实现对门锁的监控。本发明提高了驱动电路的适应性，输出电压灵活，能够适用于不同工作电压和驱动电流下的门头锁控制。

Description

门头锁控制装置、系统及其方法

技术领域

本发明涉及轨道交通装备领域，尤其是涉及一种广泛应用于铁路机车、动车、高铁列车、地铁等城市轨道交通车辆领域门头锁控制装置、系统及其方法。

背景技术

全国诸多城市都有地铁建设项目，而车站屏蔽门或安全门作为附属产品，能够隔绝站台与路轨，有效改善候车环境，提高地铁运行的安全性，同时也能降低地铁运营的成本。而门头锁作为门控制系统中重要一环的作用在于：出于安全的考虑，当屏蔽门或安全门关闭到位时，进一步将门锁紧，从而避免屏蔽门或安全门被随意打开而可能引发乘客不慎跌落到路轨上造成进一步的伤害，对于特别是老人和小孩尤其如此。

而在目前，因不同的地铁线、不同的地铁站，门控制系统中选用的门头锁都不相同，相互之间不能通用。而门头锁的电磁铁一般都是定制的，连续性不好，经常会遇到更换型号及厂家情况，因此要求门头锁的驱动电路应当具有较强的适应性。目前，在门控制系统中所用的门头锁的工作电压通常有+24Vdc、+48Vdc及其它直流电压类型，而目前控制门头锁的装置只单一适用于+24Vdc门头锁或+48Vdc门头锁或其它特定工作电压的门头锁，驱动电路在门头锁更换情况下将会涉及更改电源接线，且相应的保护电路参数亦需要进行相应修改。因此，目前的门头锁控制装置对于门头锁的控制有一定的局限性。

目前，门头锁的控制主要由微控制器通过非调制方法的控制MOS管的通断，驱动门头锁的电磁铁，但输出电压，和相应的保护参数都相对较为固定。同时，门控制系统中门头锁的控制方式是门头锁的电磁铁驱动电路只适用于一种或某些工作电压相同且所需驱动电流差异不大的门头锁。因为现有控制装置中，MOS管的电源固定，MOS管输出电压、电流有限定，而门头锁电磁铁功耗大，当门头锁变化，电源及相应保护电路参数亦可能需要变更，对驱动对象的兼容性比较差。当控制对象变为不同工作电压，或相同电压不同驱动电流的门头锁时，相关的驱动电路参数就需要重新设计，这就使得产品的研发周期及研发成本相应增加。当前策略下的驱动电路只适用于某一类的门头锁，而对于目前种类繁多的门头锁，就需要多种不同参数的驱动电路即造成产品的多种版本，这对于后期的产品维护亦增加了难度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种门头锁控制装置、系统及其方法，提高了驱动电路的适应性，输出电压灵活，能够适用于不同工作电压和驱动电流下的门头锁控制。

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种门头锁控制装置的技术实现方案，一种门头锁控制装置，包括：

微控制器，产生并向电磁铁驱动电路输出PWM波；

电磁铁驱动电路，包括开关电路，所述电磁铁驱动电路与外部门头锁的电磁铁相连，所述电磁铁带动所述门头锁的门锁动作，实现门头锁的开闭；所述微控制器向所述开关电路输出PWM波，所述开关电路与所述电磁铁相连，通过控制所述开关电路输出至所述电磁铁的信号满足不同工作电压等级的门头锁的开闭；

过流保护电路，监测所述电磁铁中的电流，当所述电磁铁中的电流超过设定值时，由所述微控制器适当降低所述PWM波的占空比或关断所述电磁铁驱动电路；

数字输入电路，将所述门头锁当前的锁状态信号传送至微控制器，所述微控制器根据所述锁状态信号实现对所述门头锁的监控。

优选的，所述开关电路工作能在斩波状态，所述微控制器通过向所述开关电路输出PWM波控制开关电路的通断，从而实现输出至所述电磁铁的电压满足所述门头锁的工作电压。

优选的，所述过流保护电路进一步包括由采样电阻和运放电路组成的电流闭环，实现所述电磁铁中电流的采样，所述微控制器根据所述运放电路输出的电压计算出流经所述采样电阻的电流，实现对所述电磁铁的电流的监控，当所述电流超过一定值时，所述微控制器适当降低所述PWM波的占空比或控制所述电磁铁驱动电路关断，以停止对外输出信号。

优选的，所述门头锁控制装置设置在门控单元之外，并通过电缆与所述门控单元相连。

本发明还另外提供了一种门头锁控制系统的技术实现方案，包括如上所述的门头锁控制装置、与所述门头锁控制装置相连的门头锁，所述门头锁包括电磁铁和门锁，通过所述电磁铁带动所述门锁，实现所述门头锁的开闭。

本发明还另外提供了一种门头锁控制方法的技术实现方案，门头锁控制系统包括门头锁控制装置和门头锁，所述门头锁包括电磁铁和门锁，所述门头锁控制装置进一步包括微控制器、电磁铁驱动电路、过流保护电路和数字输入电路，所述控制方法包括以下步骤：

S101：所述微控制器产生并向所述电磁铁驱动电路输出PWM波；

S102：所述电磁铁驱动电路包括开关电路，所述微控制器通过PWM波控制所述开关电路的输出；

S103：所述微控制器通过控制所述开关电路输出至所述电磁铁的信号满足不同工作电压等级门头锁的开闭，所述电磁铁带动所述门头锁的门锁动作，实现所述门头锁的开闭；

S104：所述过流保护电路监测所述电磁铁中的电流，当所述电磁铁中的电流超过设定值时，由所述微控制器适当降低所述PWM波的占空比或关断所述电磁铁驱动电路；

S105：所述数字输入电路将所述门头锁当前的锁状态信号传送至微控制器，所述微控制器根据所述锁状态信号向所述电磁铁驱动电路输出相应的控制信号。

优选的，所述步骤S103进一步包括：所述微控制器能控制所述开关电路工作于斩波模式，并通过调整输出至所述电磁铁的信号满足不同工作电压等级门头锁的开闭。

优选的，所述过流保护电路包括采样电阻和运放电路，所述步骤S104进一步包括：

所述过流保护电路通过采样电阻实现所述电磁铁中电流的采样，所述微控制器根据所述运放电路输出的电压计算出流经所述采样电阻的电流，实现对所述电磁铁的电流的监控，当所述电流超过一定值时，所述微控制器适当降低所述PWM的占空比或控制所述电磁铁驱动电路关断，以停止对外输出信号。

通过实施上述本发明提供的门头锁控制装置、系统及其方法，具有如下技术效果：

（1）本发明利用斩波原理通过微控制器发送PWM波控制开关电路的输出，使其输出电压更具灵活性，实现了电磁铁驱动电路可兼容适用于多种工作电压、不同驱动电流的门头锁；

（2）本发明中的门头锁驱动电路选用较高的电源及可用于该电源下的开关器件，使得电磁铁驱动电路的驱动能力和适应性更强；

（3）本发明加入了过流保护电路，监控门头锁的电磁铁电流，形成电流闭环，有效保护了电磁铁驱动电路和门头锁，提高了系统的安全性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明门头锁控制装置一种具体实施方式的结构功能框图；

图2是本发明门头锁控制装置一种具体实施方式数字输入电路的电路原理图；

图3是本发明门头锁控制装置一种具体实施方式过流保护电路的电路原理图；

图4是本发明门头锁控制装置一种具体实施方式电磁铁驱动电路的电路原理图；

图中：1-门头锁控制装置，2-微控制器，3-电磁铁驱动电路，4-开关电路，5-电磁铁，6-过流保护电路，7-数字输入电路，8-门锁，9-门头锁。

具体实施方式

为了引用和清楚起见，将下文中使用的技术名词、简写或缩写记载如下：

CAN：Controller Area Network，控制器区域网的简称；

DCU：Door Control Unit，门控单元的简称；

MOS：Metal Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体的简称；

PSC：Platform Screen doors Central interface panel，中央接口盘，又称为主控机；

A/D：Analog/Digital，模拟/数字转换的简称；

PWM：Pulse Width Modulation，脉宽调制的简称。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图1至附图4所示，给出了本发明门头锁控制装置、系统及其方法的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

在门控制系统中，每个单元门中都安装有门头锁9，用以将关门到位的两扇门锁紧。而门头锁9的提锁、闭锁动作主要由门控单元控制。考虑到目前门控制系统中门头锁9的种类繁多，所要求的驱动电压、驱动电流亦有所不同。本发明针对现有技术中的不足，提出了门头锁控制装置、系统及其方法的具体实施例，具体实施例中的电磁铁驱动电路可用于多种不同工作电压和不同驱动电流下的门头锁控制，提高驱动电路的适应性。同时，门头锁控制装置的驱动能力得到大幅的提高，且因其输出电压的灵活性，可适用于多种工作电压、不同驱动电流的门头锁。

如附图1所示，一种门头锁控制装置1的具体实施例，包括：

微控制器2，产生并向电磁铁驱动电路3输出PWM波，同时实现电流采样、状态监测、数据处理和通信等功能；

电磁铁驱动电路3，主要用于驱动电磁铁5，实现门头锁9的提锁、闭锁等动作，包括开关电路4，电磁铁驱动电路3与外部门头锁9的电磁铁5相连，通过电磁铁5带动门头锁9的门锁8实现门头锁9的开闭；微控制器2向开关电路4输出PWM波，开关电路4与电磁铁5相连，通过控制开关电路4输出至所述电磁铁5的信号满足不同工作电压等级的门头锁9的开闭；

过流保护电路6，监测电磁铁5中的电流，当电磁铁5中的电流超过设定值时，由微控制器2适当降低PWM波的占空比或关断电磁铁驱动电路3，实现对电磁铁驱动电路3和门头锁9的保护；

数字输入电路7，将门头锁9当前的锁状态信号传送至微控制器2，微控制器2根据锁状态信号实现对门头锁9的监控。

微控制器2选用具备PWM、A/D、通信等外设功能的控制器。微控制器2通过发送PWM波控制电磁铁驱动电路3中MOS管的通断来实现门头锁9的动作。开关电路4进一步工作在斩波状态，微控制器2通过向开关电路4输出PWM波控制开关电路4的通断，从而实现输出至电磁铁5的电压满足门头锁9的工作电压。

如附图2所示，为数字输入电路7的电路原理图，数字输入电路7设置在微控制器2和门头锁9之间，数字输入电路7的输入与输出采用光电耦合器件U27进行隔离。其中，IN为锁状态信号的输入端，/IN为连接至微控制器2的信号输出端。

如附图3所示，过流保护电路6进一步包括由采样电阻（附图4中的电阻R195）和运放电路（附图3中的U72A和U72B）组成电流闭环，实现电磁铁5中电流的采样，微控制器2根据运放电路输出的电压计算出流经采样电阻的电流，实现对电磁铁5的电流的监控。当电流超过一定阀值时，微控制器2适当降低PWM波的占空比或控制电磁铁驱动电路3关断，以停止对外输出信号，该阈值可根据选用的门头锁9的具体参数进行设置。其中，CURR_0为电磁铁电流的输入端，CURR_0´´为连接至微控制器2的信号输出端。

如附图4所示，电磁铁驱动电路3采用基于门驱动芯片的开关电路模块。电磁铁驱动电路3进一步包括电容，通过电容（附图4中的电容C166，C167）和门头锁9的电磁铁5自身的电感或电磁铁驱动电路3中补加的电感构成LC滤波电路来控制电磁铁5的平均电流。开关电路4进一步包括开关器件，开关器件进一步采用MOS管，MOS管的电源选用电压比较高的电源。

门头锁控制装置1设置在门控单元之外，并通过电缆与门控单元相连，门控单元与屏蔽门控制系统的中央接口盘（PSC）相连。在本发明具体实施例当中，微控制器2通过发送PWM波用于控制输出电压满足门头锁9的工作要求，PWM波的占空比值及相关参数可通过中央接口盘进行在线修改。当更换门头锁9时，只需要通过中央接口盘将匹配的参数写入相应的存储器中即可，存储器与微控制器2相连。

一种门头锁控制系统的具体实施例，包括如上所述的门头锁控制装置1、与门头锁控制装置1相连的门头锁9，门头锁9进一步包括电磁铁5和门锁8，通过电磁铁5带动门锁8，实现门头锁9的开闭。

作为本发明一种较佳的具体实施例，门头锁控制系统还包括中央接口盘，门头锁控制装置1还包括存储器。中央接口盘与门头锁控制装置1相连，存储器与微控制器2相连，微控制器2发出的PWM波的占空比值通过中央接口盘进行在线修改。当更换门头锁9时，通过中央接口盘将匹配的PWM波参数写入存储器中。

一种门头锁控制方法的具体实施例，门头锁控制系统包括门头锁控制装置1和门头锁9，门头锁包括电磁铁5和门锁8，门头锁控制装置1进一步包括微控制器2、电磁铁驱动电路3、过流保护电路6和数字输入电路7，控制方法包括以下步骤：

S101：微控制器2产生并向电磁铁驱动电路3输出PWM波；

S102：电磁铁驱动电路3包括开关电路4，微控制器2通过PWM波控制开关电路4的输出；

S103：微控制器2通过控制开关电路4输出至电磁铁5的信号满足不同工作电压等级门头锁9的开闭，电磁铁5带动门头锁9的门锁8动作，实现门头锁9的开闭；

S104：过流保护电路6监测电磁铁5中的电流，当电磁铁5中的电流超过设定值时，由微控制器2适当降低PWM波的占空比或关断电磁铁驱动电路3；

S105：数字输入电路7将门头锁9当前的锁状态信号传送至微控制器2，微控制器2根据锁状态信号向电磁铁驱动电路3输出相应的控制信号。

步骤S103进一步包括：微控制器2能控制开关电路4工作于斩波模式，并通过调整输出至电磁铁5的信号满足不同工作电压等级门头锁9的开闭。

作为本发明一种较佳的具体实施例，门头锁控制系统还包括中央接口盘，门头锁控制装置1还包括存储器，控制方法还包括数据写入步骤，该步骤包括：

微控制器2发出的PWM波的占空比值通过中央接口盘进行在线修改，当更换门头锁9时，通过中央接口盘将匹配的PWM波参数写入存储器中。

过流保护电路6包括采样电阻和运放电路，步骤S104进一步包括：

过流保护电路6通过采样电阻实现电磁铁5中电流的采样，微控制器2根据运放电路输出的电压计算出流经采样电阻的电流，实现对电磁铁5的电流的监控，当电流超过一定值时，微控制器2适当降低PWM波的占空比或控制电磁铁驱动电路3关断，以停止对外输出信号。

采用本发明具体实施例描述的门头锁控制装置、系统及其方法的技术方案，能够达到以下技术效果：

（1）本发明通过微控制器2发出的PWM波控制电磁铁驱动电路3的开关电路4中的MOS管的通断，实现对电磁铁驱动电路3输出的控制；

（2）本发明选用比较高的电源及适用于该电压下的MOS管的输出电路，利用斩波原理实现了驱动输出电压满足门头锁9的工作需求；

（3）本发明利用电流闭环监控门头锁电磁铁的电磁铁5的电流，实现对门头锁9及MOS管的保护。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种门头锁控制装置，其特征在于，包括：

微控制器（2），产生并向电磁铁驱动电路（3）输出PWM波；

电磁铁驱动电路（3），包括开关电路（4），所述电磁铁驱动电路（3）与外部门头锁（9）的电磁铁（5）相连，所述电磁铁（5）带动所述门头锁（9）的门锁（8）动作，实现门头锁（9）的开闭；所述微控制器（2）向所述开关电路（4）输出PWM波，所述开关电路（4）与所述电磁铁（5）相连，通过控制所述开关电路（4）输出至所述电磁铁（5）的信号满足不同工作电压等级的门头锁（9）的开闭；

过流保护电路（6），监测所述电磁铁（5）中的电流，当所述电磁铁（5）中的电流超过设定值时，由所述微控制器（2）适当降低所述PWM波的占空比或关断所述电磁铁驱动电路（3）；

数字输入电路（7），将所述门头锁（9）当前的锁状态信号传送至微控制器（2），所述微控制器（2）根据所述锁状态信号实现对所述门头锁（9）的监控；

所述开关电路（4）能工作在斩波状态，所述微控制器（2）通过向所述开关电路（4）输出PWM波控制开关电路（4）的通断，从而实现输出至所述电磁铁（5）的电压满足所述门头锁（9）的工作电压。

2.根据权利要求1所述的一种门头锁控制装置，其特征在于：所述过流保护电路（6）进一步包括由采样电阻和运放电路组成的电流闭环，实现所述电磁铁（5）中电流的采样，所述微控制器（2）根据所述运放电路输出的电压计算出流经所述采样电阻的电流，实现对所述电磁铁（5）的电流监控，当所述电流超过一定值时，所述微控制器（2）适当降低所述PWM波的占空比或控制所述电磁铁驱动电路（3）关断，以停止对外输出信号。

3.一种门头锁控制系统，其特征在于：包括如权利要求1或2所述的门头锁控制装置（1）、与所述门头锁控制装置（1）相连的门头锁（9），所述门头锁（9）包括电磁铁（5）和门锁（8），通过所述电磁铁（5）带动所述门锁（8），实现所述门头锁（9）的开闭。

4.一种门头锁控制方法，其特征在于，门头锁控制系统包括门头锁控制装置（1）和门头锁（9），所述门头锁（9）包括电磁铁（5）和门锁（8），所述门头锁控制装置（1）进一步包括微控制器（2）、电磁铁驱动电路（3）、过流保护电路（6）和数字输入电路（7），所述控制方法包括以下步骤：

S101：所述微控制器（2）产生并向所述电磁铁驱动电路（3）输出PWM波；

S102：所述电磁铁驱动电路（3）包括开关电路（4），所述微控制器（2）通过PWM波控制所述开关电路（4）的输出；

S103：所述微控制器（2）通过控制所述开关电路（4）输出至所述电磁铁（5）的信号满足不同工作电压等级门头锁（9）的开闭；所述电磁铁（5）带动所述门头锁（9）的门锁（8）动作，实现所述门头锁（9）的开闭；所述微控制器（2）能控制所述开关电路（4）工作于斩波模式，并通过调整输出至所述电磁铁（5）的信号满足不同工作电压等级门头锁（9）的开闭；

S104：所述过流保护电路（6）监测所述电磁铁（5）中的电流，当所述电磁铁（5）中的电流超过设定值时，由所述微控制器（2）适当降低所述PWM波的占空比或关断所述电磁铁驱动电路（3）；

S105：所述数字输入电路（7）将所述门头锁（9）当前的锁状态信号传送至微控制器（2），所述微控制器（2）根据所述锁状态信号向所述电磁铁驱动电路（3）输出相应的控制信号。

5.根据权利要求4所述的一种门头锁控制方法，其特征在于，所述过流保护电路（6）包括采样电阻和运放电路，所述步骤S104进一步包括：

所述过流保护电路（6）通过采样电阻实现所述电磁铁（5）中电流的采样，所述微控制器（2）根据所述运放电路输出的电压计算出流经所述采样电阻的电流，实现对所述电磁铁（5）的电流监控，当所述电流超过一定值时，所述微控制器（2）适当降低所述PWM波的占空比或控制所述电磁铁驱动电路（3）关断，以停止对外输出信号。