CN113220043B

CN113220043B - 一种拦挡部件的对齐调整方法、控制器、闸机设备

Info

Publication number: CN113220043B
Application number: CN202110509903.2A
Authority: CN
Inventors: 李长水; 王升国; 赵先林
Original assignee: Hangzhou Hikvision Digital Technology Co Ltd
Current assignee: Hangzhou Hikvision Digital Technology Co Ltd
Priority date: 2021-05-11
Filing date: 2021-05-11
Publication date: 2023-06-23
Anticipated expiration: 2041-05-11
Also published as: CN113220043A

Abstract

本申请公开了一种拦挡部件的对齐调整方法，该方法包括，在用于控制直驱电机的驱动控制器侧，根据拦挡部件位于设定位置时直驱电机输出转轴的第一绝对位置角度与拦挡部件位于任意位置时直驱电机输出转轴的第二绝对位置角度之间的偏差量，控制直驱电机旋转，使得拦挡部件从当前任意位置被调整至所述设定位置；其中，第一绝对位置角度、第二绝对位置角度通过捕获安装于直驱电机输出转轴的编码盘所输出的脉冲宽度调制PWM信号确定。本申请不需要额外地安装行程开关及检测杆等位置检测装置，不仅节省硬件成本和机构尺寸空间，便于直驱实现机芯结构小型化和精细化，还因减少到位开关板的连接线缆而提高了可靠性。

Description

一种拦挡部件的对齐调整方法、控制器、闸机设备

技术领域

本申请涉及出入口控制技术领域，特别地，涉及一种拦挡部件的对齐调整方法。

背景技术

出入口的闸机设备，是一种机电结合的控制部件，安装于可允许通行的出入口，在机身与机身、或机身与其他建筑设施之间形成通行通道，并用驱动器驱动拦挡部件来引导对象按指定方向有序通行的一种出入口控制系统的执行设备。闸机设备可以包括摆闸、三棍闸等类型。

在闸机设备生产和安装调试过程中，拦挡部件作为机械结构件，难免出现对齐不理想的情况。作为一个例子，图1为闸机设备的一种使用原理俯视图，该图列出了机身之间形成的通道以及通道上的拦挡部件闸门，并且列出了几种闸门对齐情况。其中，第一个图中的两个闸门均垂直于通道闸机身，该图为理想的闸门对齐情况；第二和第三个图中的闸门均未垂直于机身，这两个图均属于闸门对齐不理想的情况。

为了解决这种不理想的安装，在通道闸设计时就需要考虑自动补偿或调整这种安装偏移情况。

现有的一种辊闸调整方法，首先需要人工推动辊闸的闸杆去接触限位传感器触点，测量出限位传感器检测点与设定位置起点的物理偏移角度或转动的脉冲数，并记录在芯片程序中。这种操作需要手动推杆、以及手工记录。手工记录容易出错，记录的数据还需要重新编译芯片程序中，因此也不便于现场灵活使用。

另一种拦挡部件的对齐调整方法，在闸机设备的转动结构上方设计一个带旋转检测杆和行程开关的结构。在学习模式下自动记录从设定的关门位置到达行程开关时触发信号的脉冲数。之后自动按这个脉冲数返回到关门位置。这个方法适合带减速箱的电机，并要求具有较富裕的结构空间安装这种带旋转检测杆和行程开关的结构。

但是，当直驱电机被使用在通道闸机时，从直驱电机输出转轴到门翼结构机芯没有减速箱的机构，希望闸机设备尽量小型化、瘦身纤细而精致。例如，不期望额外地安装行程开关及检测杆等位置检测装置。因此，现有的拦挡部件的对齐调整无法满足直驱电机的闸机应用。

发明内容

本申请提供了一种拦挡部件的对齐调整方法，以解决采用直驱电机的闸机设备中拦挡部件的对齐调整。

本申请提供的一种拦挡部件的对齐调整方法，该方法包括，在用于控制直驱电机的驱动控制器侧，

根据拦挡部件位于设定位置时直驱电机输出转轴的第一绝对位置角度与拦挡部件位于任意位置时直驱电机输出转轴的第二绝对位置角度之间的偏差量，控制直驱电机旋转，使得拦挡部件从当前任意位置被调整至所述设定位置；

其中，

第一绝对位置角度、第二绝对位置角度通过捕获安装于直驱电机输出转轴的编码盘所输出的脉冲宽度调制PWM信号确定。

较佳地，所述根据拦挡部件位于设定位置时直驱电机输出转轴的第一绝对位置角度与拦挡部件位于任意位置时直驱电机输出转轴的第二绝对位置角度之间的偏差量，控制直驱电机旋转，包括：

读取存储的第一绝对位置角度，所述第一绝对位置角度为：通过捕获拦挡部件位于设定位置时来自编码盘的第一PWM信号所获取的直驱电机输出转轴绝对位置角度；

捕获至少一个来自编码盘的第二PWM信号，

根据第二PWM信号，获取直驱电机输出转轴当前第二绝对位置角度，

计算第二绝对位置角度与第一绝对位置角度之间的差值，得到偏差量，

根据直驱电机旋转方向与编码盘输出的编码值增减的对应关系，确定直驱电机的旋转方向，按照偏差量和所确定的旋转方向控制直驱电机旋转，使得拦挡部件从当前任意位置被调整至设定位置。

较佳地，所述设定位置为关门位置，所述通过捕获拦挡部件位于设定位置时来自编码盘的第一PWM信号所获取的直驱电机输出转轴绝对位置角度，包括：

在用于学习设定位置的第一模式下，捕获至少一个来自编码盘的第一PWM信号，提取第一PWM信号中的周期参数、以及表征直驱电机输出转轴当前绝对位置角度的第一电平的时长；

根据该周期参数、以及第一电平的时长，计算第一绝对位置角度。

较佳地，所述根据第二PWM信号，获取直驱电机输出转轴当前第二绝对位置角度，包括：

提取第二PWM信号中的周期参数、以及第一电平的时长，

根据该周期参数、以及第一电平的时长，计算第二绝对位置角度。

较佳地，所述捕获至少一个来自编码盘的第一PWM信号，包括：捕获m个第一PWM信号；

所述根据该周期参数、以及第一电平的时长，计算第一绝对位置角度，包括：

对于捕获的m个第一PWM信号，

根据每个第一PWM信号，根据该信号的周期参数、以及第一电平的时长，计算该信号对应的当前绝对位置角度，

对所有当前绝对位置角度进行求和平均，得到第一绝对位置角度；

其中，m为大于1的自然数。

较佳地，所述捕获至少一个来自编码盘的第二PWM信号，包括：在设定位置已被学习、且自检的第二模式下，捕获i个第二PWM信号；

所述根据该周期参数、以及第一电平的时长，计算第二绝对位置角度，包括：

对于捕获的i个第二PWM信号，

根据每个第二PWM信号，根据该信号的周期参数、以及第一电平的时长，计算该信号对应的当前绝对位置角度，

对所有当前绝对位置角度进行求和平均，得到第二绝对位置角度；

其中，i为大于1的自然数。

较佳地，所述PWM信号的占空比与绝对位置角度呈线性关系，所述第一电平为PWM信号中高电平脉冲的包络；

所述根据该信号的周期参数、以及第一电平的时长，计算该信号对应的当前绝对位置角度，包括：

计算第一电平的时长与周期参数的比值，得到第一比值，

计算直驱电机输出转轴旋转一周的角度与编码盘线数的比值，得到第二比值，

将第一比值与第二比值相乘，得到当前绝对位置角度。

本申请另一方面提供一种驱动控制器，用于

其中，

第一绝对位置角度、第二绝对位置角度通过捕获安装于直驱电机输出转轴的编码盘所输出的PWM信号确定。

本申请再一方面提供一种编码盘，输出正交的第一脉冲信号、和第二脉冲信号，该编码盘还根据编码盘当前旋转的绝对位置角度输出PWM信号。

较佳地，所述编码盘周期性地输出PWM信号，所述PWM信号的占空比与绝对位置角度呈线性关系。

本申请又一方面提供一种闸机设备，包括，直驱电机，以及为拦挡部件提供转动扭矩使拦挡部件转动的门翼结构机芯，所述门翼结构机芯安装于直驱电机的输出转轴上，所述直驱电机的输出转轴还安装有如上述任一所述编码盘，用于生成直驱电机转轴绝对位置角度信号，

所述闸机设备还包括所述的驱动控制器。

本申请提供的拦挡部件的对齐调整方法，可应用于采用直驱电机的闸机设备，通过安装于直驱电机的编码盘输出的PWM信号确定直驱电机输出转轴的绝对位置角度，来控制直驱电机的旋转，使得拦挡部件从当前任意位置被调整至所述设定位置。本申请不需要额外地安装行程开关及检测杆等位置检测装置，不仅节省硬件成本和机构尺寸空间，便于直驱实现机芯结构小型化和精细化，还因减少到位开关板的连接线缆而提高了可靠性。本申请的对齐调整方法，不要求在生产或安装时编码盘的Z信号与门翼期望的关门位置对齐；也不要求编码盘的Z信号与期望的关门位置在一定角度范围内，生产及现场安装容易，操作简单，不存在重新拆卸电机的复杂性。

附图说明

图1为闸机设备的一种使用原理俯视图。

图2为本申请实施例的一种拦挡部件的对齐调整方法的一种流程示意图。

图3为本申请实施例闸机设备的一种内部结构正视图。

图4为编码盘的直驱结构运转区域示意图。

图5为用于学习拦挡部件设定位置的一种流程示意图。

图6为闸机上电自检的一种流程示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术手段和优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请做进一步详细说明。

本申请通过将拦挡部件位于设定位置时直驱电机输出转轴的第一绝对位置角度予以记录，然后根据拦挡部件位于当前任意位置时直驱电机输出转轴的第二绝对位置角度与所述第一绝对位置角度之间的差值，控制直驱电机旋转，使得拦挡部件从当前任意位置被调整至设定位置，其中，第一绝对位置角度、第二绝对位置角度通过捕获安装于直驱电机输出转轴的编码盘所输出的PWM信号确定。

参见图2所示，图2为本申请实施例的一种拦挡部件的对齐调整方法的一种流程示意图。在用于控制直驱电机的驱动控制器侧，包括：

步骤201，读取存储的第一绝对位置角度，所述第一绝对位置角度为：通过捕获拦挡部件位于设定位置时来自编码盘的第一PWM信号所获取的直驱电机输出转轴绝对位置角度；

步骤202，捕获至少一个来自编码盘的第二PWM信号，

步骤203，根据第二PWM信号，获取直驱电机输出转轴当前第二绝对位置角度，

步骤204，计算第二绝对位置角度与第一绝对位置角度之间的差值，得到偏差量，

步骤205，根据直驱电机旋转方向与编码盘输出的编码值增减的对应关系，确定直驱电机的旋转方向，按照偏差量和所确定的旋转方向控制直驱电机旋转，使得拦挡部件从当前任意位置被调整至设定位置。

本申请实施例拦挡部件的对齐调整方法，通过编码盘输出的PWM信号来确定直驱电机输出转轴绝对位置角度，无需安装行程开关模组，不仅节约了成本，节省硬件成本和机构尺寸空间，不仅便于直驱实现机芯结构小型化和精细化，还因减少行程开关板的连接线缆而提高了可靠性，降低了故障率。

为便于理解本申请，以下以一采用直驱电机驱动的闸机设备为例来进行说明。

参见图3所示，图3为本申请实施例闸机设备的一种内部结构正视图。闸机设备包括，直驱电机、用于控制直驱电机的驱动控制器、安装于直驱电机用于生成直驱电机转轴绝对位置角度信号的编码盘、以及门翼结构机芯组成，

其中，

直驱电机通过门翼结构机芯为拦挡部件提供转动扭矩，使拦挡部件转动；由于直驱电机没有减速箱，而是直接从直驱电机的输出转轴连接到闸机门翼，可大大地降低机械传动带来的噪声。

编码盘可以安装于直驱电机旋转轴上；编码盘随着电机转轴转动，输出一对正交的脉冲信号A(第一脉冲信号)和脉冲信号B(第一脉冲信号)、以及PWM信号，

驱动控制器可以根据编码盘输出的信号控制驱动器的转动。

所述正交的脉冲信号A和脉冲信号B由驱动控制器进行正交QEI编码解析出电机转动的角度位置信息，而PWM信号是一种占空比形式的信号，由驱动控制器采样捕获处理，得到电机实时绝对位置角度。当前绝对位置角度按照以下方式计算：

计算第一电平的时长与周期参数的比值，得到第一比值，

将第一比值与第二比值相乘，得到当前绝对位置角度。

用数学式表达为：

θ＝(Ton/Ts)×(360°/n) (公式1)

其中，n代表编码盘的线数，通常为1024、2048，360°/n表示将360°细分的刻度，代表了编码盘的精度，例如，若n取值为2048，则编码盘单位刻度为(360°/2048)＝0.17578125°；

Ts是一个完整PWM周期的时间周期，Ton是该PWM周期内处于用于表征直驱电机输出转轴当前绝对位置角度的第一电平的时长，在本实施例中，第一电平为PWM信号中高电平脉冲的包络，所应理解的是，第一电平也可以是PWM信号中低电平脉冲的包络，只要该电平所维持的时长能够表征直驱电机输出转轴当前绝对位置角度即可。作为一个例子，若一脉冲周期为1us，n为2048，则整个PWM周期为2048us，若采样得到1024us的高电平脉冲的包络，则θ为180°。

进一步地，从公式1可见，所述PWM信号的占空比与绝对位置角度呈线性关系，当时间周期为定值时，绝对位置角度与第一电平的时长成线性关系。

在采用直驱电机的闸机设备中，为了使得闸机尽量结构紧凑，不使用行业闸机中常用的行程开关模组，这种行程开关模组由行程开关器件及PCB、机械挡片等组成，所占用的机械尺寸较大。本申请实施例直接获取直驱电机所配置的编码盘的PWM信号，而不是通常的编码盘带零位Z信号，本申请的优势在于，通常的编码盘在一圈转动过程中只会有一个Z信号，而PWM信号是以Ts为周期周期性地输出当前绝对位置角度对应的电平的波形，这既提高了对电机转轴的定位精度，又提高了捕获信号的可靠性。

参见图4所示，图4为编码盘的直驱结构运转区域示意图；设定的关门位置对应的编码盘绝对位置为Mz；上电自检前的闸机门翼可能处于正向开门位置、反向开门位置、关门位置、及关门位置与正向开门位置之间的第一区域、关门位置与反向开门位置之间的第二区域的五种可能性。

参见图5所示，图5为用于学习拦挡部件设定位置的一种流程示意图。在闸机设备安装完毕后，将拦挡部件(门翼)设置停留在设定位置，例如，停留在关门位置，通过通信端口的协议命令、或驱动控制器电路板的设置开关启动驱动控制器进入用于学习设定位置的第一模式，执行如下步骤：

步骤501，通过定时器定时地捕获来自编码盘的第一PWM信号，

较佳地，为了提高可靠性，捕获多个第一PWM信号，例如，捕获m个第一PWM信号，其中，m为设定的数量阈值。

步骤502，提取第一PWM信号中的周期参数Ts、以及该第一PWM信号周期内处于高电平的时长Ton。

步骤503，根据公式1计算第一绝对位置角度，

较佳地，当提取有m个第一PWM信号时，则对于每个第一PWM信号，分别计算当前绝对位置角度，得到m个当前绝对位置角度，然后计算m个当前绝对位置角度的求和平均值，将该平均值记为Mz，

步骤504，将第一绝对位置角度Mz存储于驱动控制器中的存储单元，较佳地，并通过通信端口上传至用于闸机设备管理的后端客户端中，例如，上位机中，以提示该闸机设备所设定的关门位置已被学习，同时设置学习成功的标识。

上述步骤相当于拦挡部件对齐调整的记录过程，可以看到在该过程中无需电机做任何转动的动作，也无需在电机表面提前标刻零位标记。在上述学习过程中，并不要求在生产或安装时、编码盘的Z信号与设定的关门位置对齐；也不要求编码盘的Z信号与设定的关门位置在一定角度范围内。因此这种模式操作简单、只需短短几ms时间，且不存在重新拆卸电机的复杂性，生产及现场安装容易。此外，可以将任何位置视作学习结果值，提高了生产效率及现场拆卸的便利性。

上述步骤可获取到设定位置所对应的直驱电机转轴的绝对位置角度，并予以保存，用以实现上述步骤的计算机程序可以以线程等方式预先存储于驱动控制器中。

对于已学习位置对应的直驱电机转轴的绝对位置角度标志的闸机，也就是已记录的闸机，当上电进入正常工作模式时，触发自检，这样，不管当前门翼处于任何位置，都可方便地找到设定位置，例如关门位置。例如，当门翼的当前位置为图4处于正向开门位置、反向开门位置、关门位置、或第一区域、第二区域中的任一位置时，通过自检使得门翼处于设定的关门位置。

参见图6所示，图6为闸机上电自检的一种流程示意图。闸机上电初始化后，若从存储单元得到已学习标志有效，读取学习的结果值Mz，并进入自检模式；该上电自检包括，在驱动控制器侧，在设定位置已被学习、且自检的第二模式下，

步骤601，在通过定时器捕获来自编码盘的第二PWM信号，

步骤602，提取第二PWM信号中的周期参数Ts、以及该第二PWM信号一周期内处于高电平的时长Ton，

步骤603，根据公式1计算第二绝对位置角度。

较佳地，为了提高可靠性，捕获多个第二PWM信号，例如，捕获i个第二PWM信号，其中，i为设定的数量阈值；对于每个第二PWM信号，分别计算当前绝对位置角度，得到i个当前绝对位置角度，然后计算i个当前绝对位置角度的求和平均值，将该平均值记为Mx。

步骤604，比较Mx与Mz的差值，得到控制直驱电机旋转的偏差量。

若Mx＝Mz，则说明门翼当前已经处于设定的关门位置，驱动控制器控制直驱电机不转动；

若Mx≠Mz，说明门翼当前不处在设定的关门位置，则根据直驱电机转动方向与编码盘输出的编码值增减对应关系，确定直驱电机的旋转方向，并控制直驱电机按照旋转方向旋转偏差量δ＝Mx-Mz。其中，转动的方向可以由电机线序及程序进行设定。转动的角度大小取决于偏差量，该偏差量与编码盘AB正交脉冲的精度(编码盘线数)有对应关系。

例如1024线的编码盘，则代表1024个脉冲转动一圈360°。若2048线的编码盘，则代表2048个脉冲转动一圈。正交编码盘通常采用4倍率计数方式，即1024线的编码盘可以产生实际4096个脉冲，2048线的编码盘可以产生实际8192个脉冲。以1024线编码盘的4倍率计数方式为例，若偏差量是512，则说明其对应的转动角度为45°。由式子：(512/(1024×4))×360°＝45°得到。

自检过程的电机转速通常以较低的电机转速；转动的正反方向也取决于门翼转动方向与编码盘增减方向的一致性，可以根据电机线序及电机类型而提前决定并固化到驱动控制板的程序中。从上述自检过程可见，自检时不需要反复地寻找Z信号，只需要少量的转动就纠正了上电前任意位置门翼到达设定的关门位置。

上述第二模式也可以通过通信端口的协议命令、或驱动控制器电路板的设置开关启动驱动控制器进入。

本申请驱动控制器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central ProcessingUnit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignal Processing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述用于学习拦挡部件设定位置的步骤以及上电自检步骤。

对于装置/网络侧设备/存储介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims

1.一种拦挡部件的对齐调整方法，其特征在于，该方法包括，在用于控制直驱电机的驱动控制器侧，

其中，

第一绝对位置角度以如下方式获得：

在用于学习设定位置的第一模式下，捕获拦挡部件位于设定位置时来自编码盘的第一PWM信号，

提取第一PWM信号中的周期参数、以及表征直驱电机输出转轴当前绝对位置角度的第一电平的时长，

计算第一电平的时长与周期参数的比值，得到第一比值，

将第一比值与第二比值相乘，得到第一绝对位置角度；

第二绝对位置角度以如下方式获得：

在设定位置已被学习、且自检的第二模式下，捕获至少一个来自编码盘的第二PWM信号，

提取第二PWM信号中的周期参数、以及表征直驱电机输出转轴当前绝对位置角度的第一电平的时长，

计算第一电平的时长与周期参数的比值，得到第一比值，

将第一比值与第二比值相乘，得到第二绝对位置角度；

所述PWM信号是以周期参数周期性地输出当前绝对位置角度对应的电平的波形。

2.如权利要求1所述的对齐调整方法，其特征在于，所述根据拦挡部件位于设定位置时直驱电机输出转轴的第一绝对位置角度与拦挡部件位于任意位置时直驱电机输出转轴的第二绝对位置角度之间的偏差量，控制直驱电机旋转，包括：

读取存储的第一绝对位置角度，

获取直驱电机输出转轴当前第二绝对位置角度，

3.如权利要求2所述的对齐调整方法，其特征在于，所述设定位置为关门位置。

4.如权利要求3所述的对齐调整方法，其特征在于，所述捕获拦挡部件位于设定位置时来自编码盘的第一PWM信号，包括：捕获m个第一PWM信号；

所述第一绝对位置角度以如下方式确定：

对于捕获的m个第一PWM信号，

根据每个第一PWM信号，计算该信号对应的当前绝对位置角度，

其中，m为大于1的自然数。

5.如权利要求4所述的对齐调整方法，其特征在于，所述捕获至少一个来自编码盘的第二PWM信号，包括：捕获i个第二PWM信号；

所述第二绝对位置角度以如下方式确定：

对于捕获的i个第二PWM信号，

根据每个第二PWM信号，计算该信号对应的当前绝对位置角度，

其中，i为大于1的自然数。

6.如权利要求1所述的对齐调整方法，其特征在于，所述第一电平为PWM信号中高电平脉冲的包络。

7.一种驱动控制器，其特征在于，用于

其中，

第一绝对位置角度以如下方式获得：

计算第一电平的时长与周期参数的比值，得到第一比值，

将第一比值与第二比值相乘，得到第一绝对位置角度；

第二绝对位置角度以如下方式获得：

计算第一电平的时长与周期参数的比值，得到第一比值，

将第一比值与第二比值相乘，得到第二绝对位置角度；

8.一种编码盘，输出正交的第一脉冲信号、和第二脉冲信号，其特征在于，该编码盘还根据编码盘当前旋转的绝对位置角度输出PWM信号，PWM信号是以周期参数周期性地输出当前绝对位置角度对应的电平的波形，

其中，绝对位置角度以如下方式确定：

提取PWM信号中的周期参数、以及表征直驱电机输出转轴当前绝对位置角度的第一电平的时长，

计算第一电平的时长与周期参数的比值，得到第一比值，

将第一比值与第二比值相乘，得到绝对位置角度。

9.一种闸机设备，包括，直驱电机，以及为拦挡部件提供转动扭矩使拦挡部件转动的门翼结构机芯，所述门翼结构机芯安装于直驱电机的输出转轴上，其特征在于，

所述直驱电机的输出转轴还安装有如权利要求8所述编码盘，用于生成直驱电机转轴绝对位置角度信号对应的PWM信号，

所述闸机设备还包括如权利要求7所述的驱动控制器。