CN112751510A - 一种应用于闸机的到位检测装置、控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种应用于闸机的到位检测装置、控制系统及方法，本发明实施例将到位检测装置安装在闸机中的闸机机芯中，在闸机阻挡部运动过程检测带动闸机阻挡部运动的闸机机芯的转动位置信息，并提供给直流有刷电机的通道控制单元，直流有刷电机的通道控制单元当检测接收的闸机机芯的转动位置信息，对应于闸机阻挡部运动到达到位位置时，控制直流有刷电机通过闸机机芯的传动，带动闸机阻挡部的运动，使得闸机阻挡部在到位位置处启动运动或停止运动。因此，本发明实施例以低成本实现了闸机的到位位置的精确检测及控制。
Description
技术领域
本发明涉及闸机控制技术，特别涉及一种应用于闸机的到位检测装置、控制系统及方法。
背景技术
随着高科技的蓬勃发展，智能化管理已经进入人们的社会生活。为了适应信息时代的需要，智能通道系统作为一项先进的高科技技术防范可管理手段，在一些经济发达的国家和地区已经广泛应用于学校、饭堂、宾馆、会馆、俱乐部、地铁、车站、码头或小区等场所。闸机作为智能通道系统的一种，是用于通道管理的通道阻挡装置，用于管理人流并规范行人出入的出入设备，闸机按照类型分，可以包括摆闸、翼闸或/和平移闸速通门等。
闸机的基本结构包括电机、闸机机芯及闸机阻挡部，其中，电机驱动闸机机芯的运转，运转的闸机机芯带动闸机阻挡部的运动，实现安装有闸机的通道的开启或关闭。为了准确对安装有闸机的通道的开启或关闭，就需要在闸机阻挡部的运动过程中获知闸机阻挡部的到位位置信号，并根据闸机阻挡部的到位位置信号对电机进行反馈控制，使得电机驱动闸机机芯的运转，运转的闸机机芯再带动闸机阻挡部在到位位置处启动运动或停止运动。
目前，对安装有闸机的通道的开启或关闭的控制方案主要包括两种：
方式一，闸机中的电机采用有刷电机或步进电机，有刷电机或步进电机采用诸如可编程逻辑控制器(PLC)或低端单片机的控制器进行控制，且在闸机阻挡部上设置到位接触开关或光电传感器等位置传感器。位置传感器检测闸机阻挡部的运动位置，当到达到位位置时向控制器反馈到位位置信号，控制器根据到位位置信号控制有刷电机或步进电机的运行，以通过驱动闸机机芯运转的方式，带动闸机阻挡部的运动，使得闸机阻挡部在到位位置处启动运动或停止运动。
方式二，闸机中的电机采用直流无刷电机或永磁同步电机，直流无刷电机或永磁同步电机采用中高端单片机的控制器进行控制，直流无刷电机或永磁同步电机的传动机构与闸机机芯相连，驱动闸机机芯，在直流无刷电机或永磁同步电机的传动机构上设置了光电编码器或霍尔传感器作为位置传感器，检测直流无刷电机或永磁同步电机的运行位置，直流无刷电机或永磁同步电机的运行位置能够反映闸机阻挡部的运动位置。当位置传感器检测到直流无刷电机或永磁同步电机的运行位置信号(对应了闸机阻挡部移动到达到位位置)时，提供给控制器，控制器根据位置信号控制直流无刷电机或永磁同步电机运行，通过驱动闸机机芯运转的方式，带动闸机阻挡部的运动，使得闸机阻挡部在到位位置处启动运动或停止运动。
当采用方式二时，由于位置传感器采用了诸如光电编码器或霍尔传感器的高精度的位置传感器，且对直流无刷电机或永磁同步电机的控制采用了根据运行位置信号进行位置环、速度环及电流环的三环控制，所以保证了闸机阻挡部运动的稳定性及到位位置控制的精度，但是成本较高。
为了克服成本问题，采用了方式一实现，但是由于位置传感器检测闸机阻挡部移动到达到位位置时才会发送到位位置信号，存在获取到位位置信号的滞后性，且采用的位置传感器精度比较低，导致了闸机阻挡部运动的稳定性差及到位位置控制的精度低。
可以看出，上述两种方式在实现安装有闸机的通道的开启或关闭的控制时，都存在缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种应用于闸机的到位检测控制系统，该系统以低成本实现了闸机的到位位置的精确检测及控制。
本发明实施例还提供一种应用于闸机的到位检测装置，该装置以低成本实现了闸机的到位位置的精确检测及精确控制。
本发明实施例还提供一种应用于闸机的到位检测控制方法，该方法以低成本实现了闸机的到位位置的精确检测及精确控制。
本发明实施例是这样实现的：
一种应用于闸机的到位检测控制系统，包括：通道控制单元、直流有刷电机、闸机机芯、到位检测装置及闸机阻挡部，其中，
到位检测装置安装于闸机机芯中，在闸机阻挡部运动过程中实时检测闸机机芯的转动位置信息；
通道控制单元接收到位检测装置发送闸机机芯的转动位置信息，当检测闸机机芯的转动位置信息，对应于闸机阻挡部运动到达到位位置时，控制直流有刷电机的运行；
直流有刷电机，在通道控制单元的控制下驱动闸机机芯运转；
闸机机芯，在直流有刷电机的驱动下进行运转，带动闸机阻挡部的运动，使得闸机阻挡部在到位位置处，启动运动或停止运动。
所述控制通道单元包括：输入输出单元、控制芯片、H桥电机驱动电路及电流采样电路，其中，
输入输出单元，用于接收到位检测装置发送的到位位置信号，发送给控制芯片；
控制芯片，用于检测接收的闸机机芯的转动位置信息对应闸机阻挡部运动到达到位位置时，向H桥电机驱动电路发送控制电机信号；根据直流电流采样值，调整发送的控制电机信号的幅值大小，以通过H桥电机驱动电路驱动直流有刷电机的直流电流值不超过设置的直流有刷电机的额定电流值；
H桥电机驱动电路，用于接收到控制电机信号后，输出对应的直流电流值，驱动直流有刷电机的运行；
电流采样电路，用于对直流有刷电机输出的直流电流值进行采样，得到直流电流采样值，发送给控制芯片。
所述到位检测装置，包括：到位检测板及棘轮盘，其中，
棘轮盘安装在闸机机芯带动闸机阻挡部运动的输出轴上，棘轮盘随着闸机机芯的输出轴的旋转而转动，转动的棘轮盘使得到位检测板输出电平信号值，将所述电平信号值作为转动位置信息，发送给直流有刷电机的通道控制单元；
通道控制单元还用于接收到所述电平信号值后，进行组合生成位置编码值，根据设置的闸机机芯的位置编码值与闸机机芯的转动位置之间的对应关系，确定闸机机芯的转动位置；检测确定的闸机机芯的转动位置是否对应闸机阻挡部运动到达到位位置，在转动位置对应到达位位置的情况下，控制直流有刷电机的运行。
所述通道控制单元还用于设置闸机机芯的位置编码值与闸机机芯的转动位置之间的对应关系包括：
根据棘轮盘的轮齿数量及到位检测板中包括的光电开关数量，确定闸机机芯的转动角度精度值；
根据到位检测板中包括的光电开关输出的电平信号值的组合值，确定对应的位置编码值；
基于闸机机芯的转动角度精度值，确定闸机机芯的转动角度检测位置，对应每个闸机机芯的转动角度检测位置，设置对应的位置编码值。
一种到位检测装置，包括：到位检测板及棘轮盘，其中，
棘轮盘安装在闸机机芯带动闸机阻挡部运动的输出轴上，棘轮盘随着闸机机芯输出轴的旋转而转动，转动的棘轮盘使得到位检测板输出电平信号值，将所述电平信号值作为转动位置信息，发送给直流有刷电机的通道控制单元。
所述到位检测板包括至少一光电开关，用于在被转动的棘轮盘触发后，输出对应的电平信号值。
一种应用于闸机的到位位置检测控制方法，包括：
接收安装在闸机机芯的到位检测装置发送的闸机机芯的转动位置信息，所述闸机机芯的转动位置信息是在闸机阻挡部运动过程中由到位检测装置实时检测到的；
当检测到接收的闸机机芯的转动位置信息，对应于闸机阻挡部运动到达到位位置时，控制直流有刷电机的运行，以使直流有刷电机驱动闸机机芯运转，带动闸机阻挡部的运动，使得闸机阻挡部运动到到位位置处停止运动或继续运动。
所述控制直流有刷电机的运行，还包括：
接收直流有刷电机的输出直流电流采样值；
根据所述输出直流电流采样值，调整对直流有刷电机进行控制的控制信号的幅值，以控制直流有刷电机的输出直流电流值不超过设置的直流有刷电机的额定电流值。
所述接收安装在闸机机芯的到位检测装置发送的闸机机芯的转动位置信息包括：
接收安装在闸机机芯的到位检测装置输出的电平信号值；
所述检测到接收的闸机机芯的转动位置信息对应闸机阻挡部运动到达到位位置包括：
接收到到位检测装置输出的电平信号值后，进行组合计算，生成位置编码值；
根据设置的闸机机芯的位置编码值与闸机机芯的转动位置之间的对应关系，确定所述位置编码值对应的闸机机芯的转动位置；
检测闸机机芯的转动位置对应闸机阻挡部运动到达到位位置。
所述设置闸机机芯的位置编码值与闸机机芯的转动位置之间的对应关系包括：
根据棘轮盘的轮齿数量及到位检测板中包括的光电开关数量，确定闸机机芯的转动角度精度值；
根据到位检测板中包括的光电开关输出的电平信号值的组合值，确定对应的位置编码值；
基于闸机机芯的转动角度精度值，确定闸机机芯的转动角度检测位置，对应每个闸机机芯的转动角度检测位置，设置对应的位置编码值。
所述根据设置的闸机机芯的位置编码值与闸机机芯的转动位置之间的对应关系，确定所述位置编码值对应的闸机机芯的转动位置之前，对闸机机芯的位置编码值与闸机机芯的转动位置之间的对应关系进行校准，包括：
控制直流电机进行运行，以使直流有刷电机驱动闸机机芯运转，带动闸机阻挡部以关闭方向运动或开启方向运动；
当接收到直流有刷电机的输出直流电流采样值超过额定电流值时，根据接收安装在闸机机芯的到位检测装置输出的电平信号值，进行组合计算，生成位置编码值；
将所生成的位置编码值与表示闸机阻挡部关闭方向限位位置或表示闸机阻挡部开启位置的闸机机芯的转动位置进行对应；
在直流有刷电机的运行期间，根据接收安装在闸机机芯的到位检测装置输出的电平信号值，进行组合计算，生成位置编码值；
将所生成的位置编码值与表示闸机阻挡部的各个运动位置的闸机机芯的转动位置进行对应。
如上所见，本发明实施例将到位检测装置安装在闸机中的闸机机芯中，在闸机阻挡部运动过程检测带动闸机阻挡部运动的闸机机芯的转动位置信息，并提供给直流有刷电机的通道控制单元，直流有刷电机的通道控制单元当检测得到接收的闸机机芯的转动位置信息，对应于闸机阻挡部运动到达到位位置时，控制直流有刷电机通过闸机机芯的传动，带动闸机阻挡部的运动，使得闸机阻挡部在到位位置处启动运动或停止运动。更进一步地，本发明实施例提供的到位检测装置包括了到位检测板及棘轮盘，其中，棘轮盘安装在闸机机芯带动闸机阻挡部运动的输出轴上，闸机机芯带动棘轮盘转动，转动的棘轮盘使得到位检测板输出电平信号值，将所述电平信号值作为转动位置信息，发送给直流有刷电机的通道控制单元。因此，本发明实施例以低成本实现了闸机的到位位置的精确检测及控制。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种应用于闸机的到位检测控制系统结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种应用于闸机的到位检测装置结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种应用于闸机的到位检测控制方法流程图；
图4为本发明实施例提供的到位检测装置所输出的电平信号时序图；
图5为本发明实施例提供的到位监测装置的检测设置及检测过程示意图；
图6为本发明实施例提供的对闸机阻挡部进行控制的方法流程图；
图7为本发明实施例提供的对直流有刷电机进行开环斜坡起动的过程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
在实现安装有闸机的通道的开启或关闭的控制时，需要对闸机的闸机阻挡部的到位位置进行精确检测，并据此对闸机阻挡部的运动进行精确控制，使得闸机阻挡部在到位位置处启动运动或停止运动。为了实现上述目的，背景技术中提供了两种方式，一种方式的闸机中的电机采用有刷电机或步进电机实现，但是由于位置传感器检测闸机阻挡部移动到达到位位置时才会发送到位位置信号，存在获取到位位置信号的滞后性，导致了闸机阻挡部运动的稳定性差及到位位置控制的精度低的缺陷；另一种方式的闸机中的电机采用直流无刷电机或永磁同步电机，虽然由于采用了高精度的位置传感器，且对直流无刷电机或永磁同步电机的控制采用了根据运行位置信号进行位置环、速度环及电流环的三环控制，保证了闸机阻挡部运动的稳定性及到位位置控制的精度，但是成本较高。
还有一些专利申请提出了对闸机的控制。
公开号为CN109639211A，名称为“一种闸机控制系统及控制方法”的发明专利申请中，该控制系统采用位置闭环、速度闭环及电路闭环的闭环控制，驱动器可以根据伺服电机运行时的位置信息、速度信息及电流信息实现对闸机开关的精确控制。在这个专利申请中使用霍尔传感器，成本较高。且采用了复杂的闭环控制，针对的是伺服电机，实现繁琐且成本较高。
公开号为CN205741997U，名称为“一种用于通道闸机的扇门模块”的实用新型专利中，包括扇门机座、扇叶、连杆机构、电机、扇门控制器和电磁制动器，电磁制动器包括一电刹车和磁铁块；磁铁支架上设有用于检测扇叶所在位置的位置传感器，并将检测结果发送至控制器，由控制器根据检测结果控制电机运转，使用普通无刷电机替代伺服电机，成本降低，并采用三个位置传感器与无刷电机形成反馈机制，在不同位置进行调速。这个专利中使用了三个位置传感器分别进行三个位置检测，但是只能在传感器的特定安装位置处会触发，无法实现在传感器与传感器之间的位置检测，控制精度差。
公开号CN106836059A，名称为“一种有刷电机参数控制方法、装置及设备”的发明专利中，公开了流行的传动机构主要分为两种：有刷电机配上到位接触开关或光电开关等低精度传感器，及直流无刷电机配上光电编码盘或霍尔传感器等高精度传感器。专利中指出这两种方案都存在开关门运行不平稳及晃动等问题，并针对直流无刷电机配上高精度传感器方案提出一种智能摆闸系统，系统中的驱动器基于正余弦加减速算法及规划的闸门动作曲线生成对应电机的转动信息，并输出该转动信息至对应的电机，电机根据转动信息带动对应的闸机开启到目标位置，从而保证开关门的控制精度和稳定性。但是此专利并不适用于低精度传感器及有刷电机，实现成本较高。
因此，本发明实施例为了克服上述方案的缺陷，以低成本实现了闸机的到位位置的精确检测及控制，闸机的电机采用了直流有刷电机，将到位检测装置设置在闸机中的闸机机芯中，在闸机阻挡部运动过程检测带动闸机阻挡部运动的闸机机芯的转动位置信息，并提供给直流有刷电机的通道控制单元，直流有刷电机的通道控制单元当检测得到接收的闸机机芯的转动位置信息对应闸机阻挡部运动到达到位位置时，控制直流有刷电机通过闸机机芯的传动，带动闸机阻挡部的运动，使得闸机阻挡部在到位位置处启动运动或停止运动。
更进一步地，本发明实施例提供的到位检测装置包括了到位检测板及棘轮盘，其中，棘轮盘安装在闸机机芯带动闸机阻挡部运动的输出轴上，闸机机芯带动棘轮盘转动，转动的棘轮盘使得到位检测板输出电平信号值，将所述电平信号值作为转动位置信息，发送给直流有刷电机的通道控制单元。
因此，本发明实施例以低成本实现了闸机的到位位置的精确检测及控制。
图1为本发明实施例提供的一种应用于闸机的到位检测控制系统结构示意图，如图所示，包括：通道控制单元、直流有刷电机、闸机机芯、到位检测装置及闸机阻挡部，直流有刷电机在通道控制单元的控制下，驱动闸机机芯的运转，运转的闸机机芯带动闸机阻挡部的运动，其中，
到位检测装置安装于闸机机芯中，在闸机阻挡部运动过程中实时检测闸机机芯的转动位置信息；
通道控制单元接收到位检测装置发送闸机机芯的转动位置信息，当检测闸机机芯的转动位置信息，对应于闸机阻挡部运动到达到位位置时，控制直流有刷电机的运行；
直流有刷电机，在通道控制单元的控制下驱动闸机机芯运转；
闸机机芯，在直流有刷电机的驱动下进行运转，带动闸机阻挡部的运动，使得闸机阻挡部在到位位置处，启动运动或停止运动。
在该控制系统中，还包括：电源单元，为所述通道控制单元供电。具体地，电源可以为24伏的直流稳压电源，为所述通道控制单元提供电能。在实际应用中，也可以采用其他类型的电源单元为所述通道控制单元进行供电，这里不限制。
在该系统中，所述控制通道单元包括：输入输出单元、控制芯片及H桥电机驱动电路，其中，
输入输出单元，用于接收到位检测装置发送的闸机机芯的转动位置信息，发送给控制芯片；
控制芯片，用于检测得到接收的闸机机芯的转动位置信息对应闸机阻挡部运动到达到位位置时，向H桥电机驱动电路发送控制电机信号；
H桥电机驱动电路，用于接收到控制电机信号后，输出对应的直流电流值，驱动直流有刷电机的运行。具体地说，H桥电机驱动电路与所述直流有刷电机通过两条动力线连接，H桥电机驱动电路通过两条动力线分别输出两路直流电流值，提供给直流有刷电机。H桥电机驱动电路是直流电机通常采用的控制电路，通常由4个金属氧化物半导体(MOS)管组成，形成字母H形的电路结构。H桥电机驱动电路根据不同MOS管的导通情况，向直流有刷电机输出幅值可变且电流方向可变的两路直流电流值，从而控制直流有刷电机的转向及运行速度。
在这里，H桥电机驱动电路驱动直流有刷电机的运行包括：
驱动直流有刷电机的开环起动、开环运行或开环停车。在这里，开环启动采用的是开环斜坡启动方式，开环停车采用的是开环斜坡停车方式。
在该系统中，所述控制通道单元还包括电流采样电路，对直流有刷电机输出的直流电流值进行采样，得到直流电流采样值，发送给控制芯片；
控制芯片，还用于根据直流电流采样值，调整发送的控制电机信号的幅值大小，以通过H桥电机驱动电路驱动直流有刷电机的直流电流值不超过设置的直流有刷电机的额定电流值。这样，就可以使得直流有刷电机在运行过程中受到保护。
在该系统中，采用了直流有刷电机，直流有刷电机是一种常用在低端闸机的电机，可以将接收到的直流电流值转换成电机轴扇的角位移或角速度的输出。直流有刷电机通过闸机机芯的传动，带动闸机阻挡部运动，闸机机芯一般由同步带或齿轮构成，主要具有换向或自锁等功能，在直流有刷电机的驱动下，进行运转，带动闸机阻挡部的运动。
在该系统中，到位检测装置安装在闸机机芯中，闸机机芯的运转会触发到位检测装置输出闸机机芯的转动位置信息，所述闸机机芯的转动位置信息为到位检测装置输出的电平信号值；
控制芯片接收到到位检测装置输出的电平信号值后，进行组合生成位置编码值，在控制芯片中设置有闸机机芯的位置编码值与闸机机芯的转动位置之间的对应关系，根据该对应关系确定闸机机芯的转动位置，进一步检测闸机机芯的转动位置是否对应闸机阻挡部运动到达到位位置，在转动位置对应到达位位置的情况下，则控制直流有刷电机的运行。在这里，到位检测装置适用于所有具有自锁限位功能的闸机机芯。
具体地说，所述到位检测装置包括：到位检测板及棘轮盘，其中，
棘轮盘安装在闸机机芯带动闸机阻挡部运动的输出轴上，棘轮盘随着闸机机芯的输出轴的旋转而转动，转动的棘轮盘使得到位检测板输出电平信号值，将所述电平信号值作为转动位置信息，发送给直流有刷电机的通道控制单元。
具体地说，到位检测板可以包括多个光电开关，在棘轮盘转动时可以被分别触发，输出对应的电平信号值，当然，如果光电开关没有被触发的情况下，到位检测板也可以输出对应的电平信号值，比如输出为00的低电平信号值。当直流有刷电机的通道控制单元接收到电平信号值时，就可以进行组合计算，得到位置编码值，进一步得到对应的闸机机芯的转动位置，从而最终确定了对应闸机阻挡部运动位置。
在上述方案中，设置闸机机芯的位置编码值与闸机机芯的转动位置之间的对应关系包括：根据棘轮盘的轮齿数量及到位检测板中包括的光电开关数量，确定闸机机芯的转动角度精度值；根据到位检测板中包括的光电开关输出的电平信号值的组合值，确定对应的位置编码值；基于闸机机芯的转动角度精度值，确定闸机机芯的转动角度检测位置，对应每个闸机机芯的转动角度检测位置，设置对应的位置编码值。这样，就可以准确设置闸机机芯的位置编码值与闸机机芯的转动位置之间的对应关系。
图2为本发明实施例提供的一种应用于闸机的到位检测装置结构示意图，所述到位检测装置包括：到位检测板及棘轮盘，其中，
棘轮盘安装在闸机机芯带动闸机阻挡部运动的输出轴上，棘轮盘随着闸机机芯的输出轴的旋转而转动，转动的棘轮盘使得到位检测板输出电平信号值，将所述电平信号值作为转动位置信息，发送给直流有刷电机的通道控制单元。
在这里，所述到位检测板还包括至少一光电开关(在图中标注光电开关A和光电开关B)，用于在被转动的棘轮盘触发后，输出对应的电平信号值。
图3为本发明实施例提供的一种应用于闸机的到位位置检测控制方法流程图，其具体步骤包括：
步骤301、接收安装在闸机机芯的到位检测装置发送的闸机机芯的转动位置信息，所述闸机机芯的转动位置信息是在闸机阻挡部运动过程中由到位检测装置实时检测到的；
步骤302、当检测到接收的闸机机芯的转动位置信息，对应于闸机阻挡部运动到达到位位置时，控制直流有刷电机的运行，以使直流有刷电机驱动闸机机芯运转，带动闸机阻挡部的运动，使得闸机阻挡部运动到到位位置处停止运动或继续运动。
在该方法中，所述控制直流有刷电机的运行，还包括：
接收直流有刷电机的输出直流电流采样值；
根据所述输出直流电流采样值，调整对直流有刷电机进行控制的控制信号的幅值，以控制直流有刷电机的输出直流电流值不超过设置的直流有刷电机的额定电流值。这样，保护了直流有刷电机的本体，保证了直流有刷电机的运行安全。
在该方法中，所述控制直流有刷电机的运行包括：
控制直流有刷电机的开环起动、开环运行或开环停车。其中，开环起动主要是根据闸机阻挡部起动位置(即作为到位位置)给直流有刷电机提供一个斜坡电流信号使得直流有刷电机平稳启动，通过闸机机芯的传动，闸机阻挡部开始运动；开环运行主要是直流有刷电机的起动后进行开环平稳运行；开环停车主要是根据闸机阻挡部停止位置(即作为到位位置)给直流有刷电机提供停止运行的直流电流信号，使得直流有刷电机进行开环停车，通过闸机机芯的传动，带动闸机阻挡部停止运动。
在该方法中，所述接收安装在闸机机芯的到位检测装置发送的闸机机芯的转动位置信息包括：
接收安装在闸机机芯的到位检测装置输出的电平信号值；
所述检测到接收的闸机机芯的转动位置信息对应闸机阻挡部运动到达到位位置包括：
接收到到位检测装置输出的电平信号值后，进行组合计算，生成位置编码值；
根据设置的闸机机芯的位置编码值与闸机机芯的转动位置之间的对应关系，确定所述位置编码值对应的闸机机芯的转动位置；
检测闸机机芯的转动位置对应闸机阻挡部运动到达到位位置。
在该方法中，所述设置闸机机芯的位置编码值与闸机机芯的转动位置之间的对应关系包括：根据棘轮盘的轮齿数量及到位检测板中包括的光电开关数量，确定闸机机芯的转动角度精度值；根据到位检测板中包括的光电开关输出的电平信号值的组合值，确定对应的位置编码值；基于闸机机芯的转动角度精度值，确定闸机机芯的转动角度检测位置，对应每个闸机机芯的转动角度检测位置，设置对应的位置编码值。这样，就对闸机机芯的位置编码值与闸机机芯的转动位置之间的对应关系进行了精确的设置。
在这里，所设置的闸机机芯的位置编码值与闸机机芯的转动位置之间的对应关系是采用数组的方式呈现的，数组中的每个元素序号对应一个闸机机芯的转动位置，对应每个元素序号的元素值为闸机机芯的位置编码值。所述闸机机芯的位置编码值与闸机机芯的转动位置之间的对应关系是预先设置的，在设置完成后，还包括：
控制直流电机进行运行，以使直流有刷电机驱动闸机机芯运转，带动闸机阻挡部以关闭方向运动或开启方向运动；
当接收到直流有刷电机的输出直流电流采样值超过额定电流值时，根据接收安装在闸机机芯的到位检测装置输出的电平信号值，进行组合计算，生成位置编码值；
将所生成的位置编码值与表示闸机阻挡部关闭方向限位位置或表示闸机阻挡部开启位置的闸机机芯的转动位置进行对应。
更进一步地，在直流有刷电机的运行期间，根据接收安装在闸机机芯的到位检测装置输出的电平信号值，进行组合计算，生成位置编码值；
将所生成的位置编码值与表示闸机阻挡部的各个运动位置的闸机机芯的转动位置进行对应。
这样，就可以以安装在闸机机芯的到位检测装置的实际检测结果与表示了闸机阻挡部的闸机机芯的转动位置进行实际运行的校准，提供了所设置的对应关系的准确度。
举一个具体例子对本发明实施例的到位检测装置进行详细说明。在该例子中，到位检测装置的棘轮盘内圆均分多个轮齿，轮齿个数设为i个，到位检测板上设置多个以棘轮盘内圆分布的光电开关，光电开关的个数设为j个，光电开关分布角度为α度。到位检测装置的检测精度Ac由轮齿个数i、光电开关个数j与光电开关分布角度α决定。棘轮盘上均匀分布多个轮齿，均分的轮齿的个数i决定着到到位检测装置的检测精度Ac，轮齿i越多，到位检测装置的检测精度Ac越高，同理光电开关个数j越多，到位检测装置的检测精度Ac也越高，光电开关分布角度α只有设定为到位检测装置的检测精度Ac的奇数倍，到位检测装置的检测精度Ac才是最优。
到位检测装置的检测精度Ac的计算方法为Ac＝180°/(i*j)，光电开关分布角度α的计算方法为α＝kAc(k为奇数且k＜2i)。为了方便说明，如图2所示，在该例子中，到位检测装置中的棘轮盘的轮齿个数i为18，棘轮盘分布的光电到位开关个数j为2，记为：光电开关A和光电开关B，所以到位检测装置的检测精度Ac为5°，光电开关分布角度α选择到位检测装置的检测精度Ac的3倍为15°。棘轮盘旋转时会触发光电开关A和光电开关B分别输出电平信号值，如图4所示，图4为本发明实施例提供的到位检测装置所输出的电平信号时序图。棘轮盘顺时针旋转时及逆时针旋转时，光电开关A和光电开关B分别输出电平信号值如表1所示。
表一
通过对图4和表1的分析可知，到位检测装置的检测精度Ac为5°，且随着闸门机芯转动位置进行的变化，闸门机芯的角度每变化5°，无论逆时针旋转还是顺时针旋转，光电开关A或光电开关B会发生一次高低电平变化，同时，根据光电开关A和B的电平值的变化趋势可以识别出闸门机芯的旋转方向是顺时针旋转还是逆时针旋转。
为了更加方便应用本例子中的到位检测装置，本发明实施例给出该例子中的到位检测装置的检测方法流程图，图5为本发明实施例提供的到位监测装置的检测设置及检测过程示意图，其具体步骤包括：
步骤501、定义多个位置编码值，每一个位置编码值对应一种到位检测板输出的电平组合值，位置编码值的数量是根据到位检测板输出的所有电平值组合的数量确定。
比如，在本例子中，将到位监测装置中的光电开关获取的高电平设置为1，将光电开关获取的低电平设置为0，则定义位置编码值Position＝2*A+1*B，这时所定义的位置编码值共有四个，分别为0，1，2和3。
步骤502、基于设定闸机机芯的动作空间及到位检测装置的检测精度Ac确定闸机机芯的动作空间位置编码值数组的个数，并基于所定义的多个位置编码值设定闸机机芯的动作空间位置编码值数组中的各个位置的位置编码值。
在本步骤中，设定闸机机芯的动作空间，考虑闸机机芯在加工和装配工程中存在加工和装配误差，所设定的闸机机芯的动作空间的数组个数大于理论的动作空间的数组个数。按照闸机机芯的顺时针运转或逆时针运转作为正旋转方向，定义闸机机芯的动作空间位置编码值数组，记为Positon_Table[Max_number]，其中，Max_number表示了闸机机芯的动作空间位置编码值数组的个数。
在本例子中，假设闸机机芯的动作空间为120°，将闸机机芯的动作空间的数组值大于理论的动作空间的数组值，假设到位检测装置的检测精度Ac为5°，假设闸机机芯带动闸机阻挡部运动的关门方向为顺时针方向，并令顺时针方向为正旋转方向，按照顺时针方向将闸机机芯的动作空间位置编码值数组设为Position_Table[28]＝[2,3,1,0,2,3,1,0,2,3,1,0,2,3,1,0,2,3,1,0,2,3,1,0,2,3,1,0]；如果闸机机芯带动闸机阻挡部运动的关门方向为逆时针方向，则令逆时针方向为正旋转方向，按照逆时针方向将动作空间数组设为Position_Table[28]＝[0,1,3,2,0,1,3,2,0,1,3,2,0,1,3,2,0,1,3,2,0,1,3,2,0,1,3,2]。
步骤503、对所设定闸机机芯的动作空间位置编码值数组进行校准。
在本步骤中，进行校准的具体过程包括：
首先，根据闸机机芯带动闸机阻挡部运动的关门方向，控制直流有刷电机旋转，等待闸机机芯带动闸门翼运动撞击到关门限位时，导致直流有刷电机输出的直流电流过流，反馈给控制芯片。控制芯片读取当前的位置编码值Position，通过与所有可能的位置编码值(0,1,2,3)进行比较，确定闸机机芯关门极限位置所处闸机机芯的动作空间位置编码值数组中的位置序号为Close_number，将关门极限位置序号Close_number赋值给闸机机芯的动作空间位置编码值数组中的位置序号number，完成对实际闸机机芯的关门极限位置的校准，并将此时关门极限位置编码值Position赋值给上一次位置编码值Last_Position；
然后，根据闸机机芯的开门方向，控制直流电机旋转，在旋转过程中，实时读取位置编码值Position，当位置编码值Position不等于上一次位置编码值Last_Position时，将位置编码值Position赋值给上一次位置编码值Last_Position，判断位置编码值Position是否等于位置序号为number-1对应的闸机机芯的动作空间位置编码值数组中的位置编码值Position_Table[number-1]，如果等于，将位置序号number递减，否则将位置序号number递加；
再次，等待闸机机芯带动闸门翼运动撞击到开门限位，导致直流有刷电机输出的直流电流过流后，将此时的位置序号number值赋值给闸机机芯开门极限位置序号Open_number，形成了校准后的Position_Table[28]；
最后，通过判断校准的动作空间值(Close_number-Open_number)*Ac的是否在设置的闸机机芯的合理工作空间范围内，如果在，则校准成功，否则校准失败，重新按照上述过程再次校准。
步骤504、校准完成后，对闸机机芯的转动位置信息进行正常检测，及判断闸机机芯的转动位置信息对应的闸机阻挡部运动位置。
在本步骤中，判断闸机机芯的转动位置信息对应的闸机阻挡部运动位置，实际上就是对所设定闸机机芯的动作空间位置编码值数组中的每个位置的位置编码值检测，也就是对闸机机芯的动作空间位置编码值数组中的位置序号number的确定(反映了闸机阻挡部的运动位置)及获取对应的位置编码值Position，当同一个位置序号number对应的当前位置编码值Position与上一次位置编码值Last_Position不相同时，则将该位置序号number对应的当前位置编码值Position复制到该位置序号number上，并判断该当前位置编码值Position是否等于位置序号number-1对应的上一次位置编码值Last_Position，如果是，则将该位置序号number递减1，如果否，则将该位置序号number递减1。这样，可以对Position_Table进行实时更新。
图6为本发明实施例提供的对闸机阻挡部进行控制的方法流程图，如图所示，包括：
步骤601、对直流有刷电机进行开环斜坡起动；
步骤602、当直流有刷电机随着斜坡电压变化运行到运行电压时，直流有刷电机从开环斜坡起动切换到开环运行阶段，按照期望运行电压开环运行；
步骤603、获取到位检测装置输出的电平信号组合值，通过电流采样电路获取直流电流采样值；
步骤604、根据得到的电平信号组合值，采用本发明实施例提供的确定方式确定闸机阻挡部运动达到到位位置，基于直流电流采样值保护直流有刷电机的运行；
在本步骤中，到位位置是闸机阻挡部运动停止的位置；
步骤605、控制直流有刷电机按照开环斜坡停车方式，将直流有刷电机的运行电压值过渡到停车电压值，使得直流有刷电机实现开环停车。
在图6中，对直流有刷电机进行开环斜坡起动的过程如图7所示，控制芯片中包括运行电压产生模块、斜坡信号产生模块、脉冲宽度调制(PMW)模块，其中，
电压产生模块，用于产生直流有刷电机的运行电压信号；
斜坡信号产生模块，用于生成从0电压信号过渡到运行电压信号的斜坡电压信号；
PMW模块，用于根据斜坡电压信号进行PMW调制后，输出给H桥电机驱动电路；
H桥电机驱动模块，用于根据PMW调制后的斜坡电压信号驱动直流有刷电机的起动到运行。
可以看出，本发明实施例采用安装在闸机机芯的到位检测装置对闸机阻挡部运动达到到位位置进行精确检测及对应的直流有刷电机的控制处理，可以有效获取到门翼运动过程中的各个到位位置，从而提高了控制精度和稳定性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (11)
1.一种应用于闸机的到位检测控制系统，其特征在于，包括：通道控制单元、直流有刷电机、闸机机芯、到位检测装置及闸机阻挡部，其中，
到位检测装置安装于闸机机芯中，在闸机阻挡部运动过程中实时检测闸机机芯的转动位置信息；
通道控制单元接收到位检测装置发送闸机机芯的转动位置信息，当检测闸机机芯的转动位置信息，对应于闸机阻挡部运动到达到位位置时，控制直流有刷电机的运行；
直流有刷电机，在通道控制单元的控制下驱动闸机机芯运转；
闸机机芯，在直流有刷电机的驱动下进行运转，带动闸机阻挡部的运动，使得闸机阻挡部在到位位置处，启动运动或停止运动。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制通道单元包括：输入输出单元、控制芯片、H桥电机驱动电路及电流采样电路，其中，
输入输出单元，用于接收到位检测装置发送的到位位置信号，发送给控制芯片；
控制芯片，用于检测接收的闸机机芯的转动位置信息对应闸机阻挡部运动到达到位位置时，向H桥电机驱动电路发送控制电机信号；根据直流电流采样值，调整发送的控制电机信号的幅值大小，以通过H桥电机驱动电路驱动直流有刷电机的直流电流值不超过设置的直流有刷电机的额定电流值；
H桥电机驱动电路，用于接收到控制电机信号后，输出对应的直流电流值，驱动直流有刷电机的运行；
电流采样电路，用于对直流有刷电机输出的直流电流值进行采样，得到直流电流采样值，发送给控制芯片。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述到位检测装置，包括：到位检测板及棘轮盘，其中，
棘轮盘安装在闸机机芯带动闸机阻挡部运动的输出轴上，棘轮盘随着闸机机芯输出轴的旋转而转动，转动的棘轮盘使得到位检测板输出电平信号值，将所述电平信号值作为转动位置信息，发送给直流有刷电机的通道控制单元；
通道控制单元还用于接收到所述电平信号值后，进行组合生成位置编码值，根据设置的闸机机芯的位置编码值与闸机机芯的转动位置之间的对应关系，确定闸机机芯的转动位置；检测确定的闸机机芯的转动位置是否对应闸机阻挡部运动到达到位位置，在转动位置对应到达位位置的情况下，控制直流有刷电机的运行。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述通道控制单元还用于设置闸机机芯的位置编码值与闸机机芯的转动位置之间的对应关系包括：
根据棘轮盘的轮齿数量及到位检测板中包括的光电开关数量，确定闸机机芯的转动角度精度值；
根据到位检测板中包括的光电开关输出的电平信号值的组合值，确定对应的位置编码值；
基于闸机机芯的转动角度精度值，确定闸机机芯的转动角度检测位置，对应每个闸机机芯的转动角度检测位置，设置对应的位置编码值。
5.一种到位检测装置，其特征在于，包括：到位检测板及棘轮盘，其中，
棘轮盘安装在闸机机芯带动闸机阻挡部运动的输出轴上，棘轮盘随着闸机机芯的输出轴的旋转而转动，转动的棘轮盘使得到位检测板输出电平信号值，将所述电平信号值作为转动位置信息，发送给直流有刷电机的通道控制单元。
6.如权利要求5所述的检测装置，其特征在于，所述到位检测板包括至少一光电开关，用于在被转动的棘轮盘触发后，输出对应的电平信号值。
7.一种应用于闸机的到位位置检测控制方法，其特征在于，包括：
接收安装在闸机机芯的到位检测装置发送的闸机机芯的转动位置信息，所述闸机机芯的转动位置信息是在闸机阻挡部运动过程中由到位检测装置实时检测到的；
当检测到接收的闸机机芯的转动位置信息，对应于闸机阻挡部运动到达到位位置时，控制直流有刷电机的运行，以使直流有刷电机驱动闸机机芯运转，带动闸机阻挡部的运动，使得闸机阻挡部运动到到位位置处停止运动或继续运动。
8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述控制直流有刷电机的运行，还包括：
接收直流有刷电机的输出直流电流采样值；
根据所述输出直流电流采样值，调整对直流有刷电机进行控制的控制信号的幅值，以控制直流有刷电机的输出直流电流值不超过设置的直流有刷电机的额定电流值。
9.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述接收安装在闸机机芯的到位检测装置发送的闸机机芯的转动位置信息包括：
接收安装在闸机机芯的到位检测装置输出的电平信号值；
所述检测到接收的闸机机芯的转动位置信息对应闸机阻挡部运动到达到位位置包括：
接收到到位检测装置输出的电平信号值后，进行组合计算，生成位置编码值；
根据设置的闸机机芯的位置编码值与闸机机芯的转动位置之间的对应关系，确定所述位置编码值对应的闸机机芯的转动位置；
检测闸机机芯的转动位置对应闸机阻挡部运动到达到位位置。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述设置闸机机芯的位置编码值与闸机机芯的转动位置之间的对应关系包括：
根据棘轮盘的轮齿数量及到位检测板中包括的光电开关数量，确定闸机机芯的转动角度精度值；
根据到位检测板中包括的光电开关输出的电平信号值的组合值，确定对应的位置编码值；
基于闸机机芯的转动角度精度值，确定闸机机芯的转动角度检测位置，对应每个闸机机芯的转动角度检测位置，设置对应的位置编码值。
11.如权利要求9或10所述的控制方法，其特征在于，所述根据设置的闸机机芯的位置编码值与闸机机芯的转动位置之间的对应关系，确定所述位置编码值对应的闸机机芯的转动位置之前，对闸机机芯的位置编码值与闸机机芯的转动位置之间的对应关系进行校准，包括：
控制直流电机进行运行，以使直流有刷电机驱动闸机机芯运转，带动闸机阻挡部以关闭方向运动或开启方向运动；
当接收到直流有刷电机的输出直流电流采样值超过额定电流值时，根据接收安装在闸机机芯的到位检测装置输出的电平信号值，进行组合计算，生成位置编码值；
将所生成的位置编码值与表示闸机阻挡部关闭方向限位位置或表示闸机阻挡部开启位置的闸机机芯的转动位置进行对应；
在直流有刷电机的运行期间，根据接收安装在闸机机芯的到位检测装置输出的电平信号值，进行组合计算，生成位置编码值；
将所生成的位置编码值与表示闸机阻挡部的各个运动位置的闸机机芯的转动位置进行对应。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210504 |