CN114879567A - 一种用于通道闸机的伺服控制主板 - Google Patents

一种用于通道闸机的伺服控制主板 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种用于通道闸机的伺服控制主板，通过设置控制单元、转动角度校准单元以及控制信号处理单元，控制单元包括用于与伺服电机连接向伺服电机发送控制信号的控制信号发送模块和接收伺服电机返回的检测信号的检测信号接收模块，转动角度校准单元与设置于通道闸机的闸杆一端用于检测闸杆转动角度的转动角度检测器连接用于接收转动角度检测器发送的转动角度信号，控制信号处理单元用于接收来自上位机的控制信号脉冲以及根据转动角度校准单元提供的转动校准参数对控制信号脉冲进行处理，以将处理后的控制信号脉冲提供给控制单元的控制信号发送模块使控制单元按照处理后的控制信号控制伺服电机，使通道闸机的伺服控制更加安全可靠。

Description

一种用于通道闸机的伺服控制主板
技术领域
本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种用于通道闸机的伺服控制主板。
背景技术
相较于普通电机，伺服电器由于控制机制的不同，以及通过设置传感器提供反馈机制，使伺服电机能够对其转速、转动角度和位置进行控制，因此伺服电器经常被应用于一些需要进行精准控制的场合。在各种类型的伺服电机当中，直流无刷电机以其优异的稳定性倍受青睐，在通道闸机控制方面也得到了广泛的使用。然后由于通道闸机复杂的使用环境使然，在伺服电机停止工作期间，例如闸杆抬升到顶点等待汽车通过的时候，或者汽车通过后闸杆回到原始位置后控制器发出下一次开闸指令之前，通道闸机容易受到一些人为因素或其它因素的影响导致其位置偏离了上一次停止时所处的位置，这样的偏移会使道闸的下一次控制期间产生误差，从而导致潜在的安全问题。另外，在通道闸机的闸杆受到伺服电机控制运动期间，也容易受到逆向或顺向外力的影响导致闸杆抬升或下降过程中被阻碍、加速甚至停止或者逆向运动，有可能会导致通道闸机出现程序错误使得闸杆无法复位或抬升到足够的高度，严重的情况下甚至会导致伺服电机以及通道闸机的传动结构损坏。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种用于通道闸机的伺服控制主板以解决本发明背景技术中所提出的技术问题。
所述用于通道闸机的伺服控制主板包括控制单元、转动角度校准单元以及控制信号处理单元，所述控制单元包括用于与伺服电机连接向所述伺服电机发送控制信号的控制信号发送模块和接收所述伺服电机返回的检测信号的检测信号接收模块，所述转动角度校准单元与设置于所述通道闸机的闸杆一端用于检测所述闸杆转动角度的转动角度检测器连接用于接收所述转动角度检测器发送的转动角度信号，所述控制信号处理单元与上位机以及所述转动角度校准单元连接用于接收来自所述上位机的控制信号脉冲以及根据所述转动角度校准单元提供的转动校准参数对所述控制信号脉冲进行处理，以将处理后的控制信号脉冲提供给所述控制单元的控制信号发送模块使所述控制单元按照所述处理后的控制信号控制所述伺服电机。
进一步的，所述闸杆靠近转动轴一端设置有转角标识符，所述转角标识符包括最大限位角标识符、最小限位角标识符以及位于所述最大限位角标识符和所述最小限位角标识符之间的若干居间转角标识符，所述转动角度校准单元通过所述转动角度检测器实时检测所述转角标识符以获取所述闸杆在所述伺服电机的驱动下所转动的角度。
进一步的，所述伺服电机包括霍尔传感器、电磁绕组和输入轴，所述检测信号为所述霍尔传感器检测到的所述输出轴的转动圈数，所述控制单元还包括检测信号匹配模块，用于通过所述检测信号接收模块获取所述霍尔传感器检测到的所述输出轴的转动圈数后与所述控制信号发送模块发送给所述电磁绕组的控制信号相匹配。
进一步的，所述控制单元还包括转动角度记录模块，当所述检测信号匹配模块的匹配结果为正常时，所述转动角度记录模块记录所述输出轴的转动圈数对应的所述闸杆转动角度作为下一次控制信号对应的初始角度；当所述检测信号匹配模块的匹配结果为异常时，所述控制单元通过所述控制信号发送模块发送校准控制信号以控制所述闸杆转动到对应角度。
进一步的，在所述上位机未向所述控制信号处理单元发送控制信号时，如所述转动角度校准单元通过所述转动角度检测器检测到所述闸杆的转动角度发生变化，所述转动角度校准单元根据所述转角标识符确定所述闸杆的转动角度发送给所述控制单元以使所述转动角度记录模块记录所述闸杆转动角度作为下一次控制信号对应的初始角度。
进一步的，所述转动角度校准单元与所述控制单元通信连接以获取所述霍尔传感器检测到的所述输出轴的转动圈数。
进一步的，所述转动角度校准单元与所述控制单元通信连接以获取所述控制信号发送模块向所述电磁绕组发送的控制信号。
进一步的，所述转动角度校准单元与所述控制信号处理单元通信连接以获取所述控制信号处理单元发送给所述控制信号发送模块的所述处理后的控制信号，并通过所述控制信号处理单元从所述控制单元获取所述霍尔传感器检测到的所述输出轴的转动圈数。
进一步的，所述转动角度校准单元根据所述闸杆在所述伺服电机的驱动下所转动的角度以及所述霍尔传感器检测到的所述输出轴的转动圈数计算得到所述转动校准参数发送给所述控制信号处理单元以使所述控制信号处理单元对所述上位机发送的所述控制信号脉冲进行处理。
进一步的，当所述霍尔传感器检测到的所述输出轴的转动圈数对应的所述闸杆转动的目标角度大于所述转动角度检测器检测到的实际角度时，根据所述目标角度与所述实际角度之差计算得到的校准参数使得所述控制信号处理单元降低所述上位机输入的控制信号脉冲的频率、信号幅度或者脉冲宽度等参数中的一个或多个以降低所述伺服电机驱动所述闸杆的转动速度。
本发明提出一种用于通道闸机的伺服控制主板，通过设置控制单元、转动角度校准单元以及控制信号处理单元，控制单元包括用于与伺服电机连接向伺服电机发送控制信号的控制信号发送模块和接收伺服电机返回的检测信号的检测信号接收模块，转动角度校准单元与设置于通道闸机的闸杆一端用于检测闸杆转动角度的转动角度检测器连接用于接收转动角度检测器发送的转动角度信号，控制信号处理单元用于接收来自上位机的控制信号脉冲以及根据转动角度校准单元提供的转动校准参数对控制信号脉冲进行处理，以将处理后的控制信号脉冲提供给控制单元的控制信号发送模块使控制单元按照处理后的控制信号控制伺服电机，使通道闸机的伺服控制更加安全可靠。
附图说明
图1是本发明一个实施例提供的一种通道闸机控制系统的示意框图；
图2是本发明一个实施例提供的一种用于通道闸机的伺服控制主板的示意框图；
图3是本发明一个实施例提供的一种转动角度检测器的示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施方式”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
下面参照图1至图3来描述根据本发明一些实施方式提供的一种用于通道闸机的伺服控制主板。
图1示出了本发明提出的一种通道闸机控制系统的示意框图，如图1所示，所述通道闸机控制系统包括上位机、转动角度检测器、伺服控制主板以及伺服电机，所述上位机用于生成控制所述伺服电机的控制信号，所述转动角度检测器用于检测通道闸机的闸杆的转动角度，所述伺服控制主板用于根据所述上位机发送的控制信号控制所述伺服电机，具体的，所述伺服电机为直流无刷伺服电机。
具体的，如衅2所示，本发明提出了一种用于通道闸机的伺服控制主板，包括控制单元、转动角度校准单元以及控制信号处理单元，所述控制单元包括用于与伺服电机连接向所述伺服电机发送控制信号的控制信号发送模块和接收所述伺服电机返回的检测信号的检测信号接收模块，所述转动角度校准单元与设置于所述通道闸机的闸杆一端用于检测所述闸杆转动角度的转动角度检测器连接用于接收所述转动角度检测器发送的转动角度信号，所述控制信号处理单元与上位机以及所述转动角度校准单元连接用于接收来自所述上位机的控制信号脉冲以及根据所述转动角度校准单元提供的转动校准参数对所述控制信号脉冲进行处理，以将处理后的控制信号脉冲提供给所述控制单元的控制信号发送模块使所述控制单元按照所述处理后的控制信号控制所述伺服电机。采用该实施方式的技术方案，当所述通道闸机的闸杆在运动或者静止状态下受到外力作用时，所述转动角度校准单元根据所述闸杆的转动角度生成相应的校准参数，所述上位机生成的方波控制信号发送到所述伺服控制主板的所述控制信号处理单元后，所述控制信号处理单元根据所述校准参数对所述方法控制信号进行处理，从而使得所述伺服电机根据所述处理后的控制信号驱动所述闸杆进行运动，使伺服电机的驱动力与所述闸杆受到外力作用后的转动速度相匹配以减小所述闸杆与外力的反向作用力。
如图3所示，所述闸杆靠近转动轴一端设置有转角标识符，所述转角标识符包括最大限位角标识符、最小限位角标识符以及位于所述最大限位角标识符和所述最小限位角标识符之间的若干居间转角标识符，所述转动角度校准单元通过所述转动角度检测器实时检测所述转角标识符以获取所述闸杆在所述伺服电机的驱动下所转动的角度。示例性的，所述转动角度检测器包括摄像装置以及挡板，所述摄像装置与所述挡板均固定设置于所述挡板上设置所述闸杆靠近转动轴的端部的一侧，所述挡板上设置有一缝隙，在所述闸杆转动到最大限位角(例如闸杆转动90度与地面垂直)与最小限位角(闸杆转动角度为0度处于水平状态)之间的任一角度时，所述摄像装置通过所述挡板上的缝隙可以拍摄到所述闸杆上对应所述角度的所述转角标识符。为了便于理解，图中仅示出了少量的转角标识符，在实际应用中，为了提高所述转动角度检测器对所述闸杆转动角度的检测精度，可以相应所述转角标识符的数量，此处不再缀述。
继续参见图1，所述伺服电机包括霍尔传感器、电磁绕组和输入轴，所述检测信号为所述霍尔传感器检测到的所述输出轴的转动圈数，如图2所示，所述控制单元还包括检测信号匹配模块，用于通过所述检测信号接收模块获取所述霍尔传感器检测到的所述输出轴的转动圈数后与所述控制信号发送模块发送给所述电磁绕组的控制信号相匹配。进一步的，所述控制单元还包括转动角度记录模块，当所述检测信号匹配模块的匹配结果为正常时，所述转动角度记录模块记录所述输出轴的转动圈数对应的所述闸杆转动角度作为下一次控制信号对应的初始角度；当所述检测信号匹配模块的匹配结果为异常时，所述控制单元通过所述控制信号发送模块发送校准控制信号以控制所述闸杆转动到对应角度。在该实施方式中，所述控制信号发送模块发送给所述电磁绕组的控制信号中的方波信号数量与其控制的输出轴的转动圈数具有对应关系，通过将所述霍尔传感器所检测到的所述输出轴的转动圈数与所述控制信号中的方波数量相匹配，从而确定所述输出轴的转动圈数是否符合预期，当所述输出轴的转动圈数与所述控制信号的方波信号数量相对应，则所述检测信号匹配模块判断匹配结果为正常，当所述输出轴的转动圈数与所述控制信号的方波信号数量不对应，则计算转动圈数误差值，通过所述控制信号发送模块发送校准控制信号以控制所述伺服电机转动所述输出轴以补偿所述误差。
进一步的，在所述上位机未向所述控制信号处理单元发送控制信号时，如所述转动角度校准单元通过所述转动角度检测器检测到所述闸杆的转动角度发生变化，所述转动角度校准单元根据所述转角标识符确定所述闸杆的转动角度发送给所述控制单元以使所述转动角度记录模块记录所述闸杆转动角度作为下一次控制信号对应的初始角度。当所述通道闸机的闸杆处于静止状态，例如上升到最高点或者停止在最低点时受到外力的作用发生转动，由于这个转动不是由上位机发送的控制信号所触发的，因此会导致所述转动角度记录模块记录的所述闸标的转动角度与实际值不符，所述转动角度校准单元通过所述转动角度检测器检测所述闸杆的角度变化值发送给所述转动角度记录模块以使所述转动角度记录模块记录所述闸杆转动角度作为下一次控制信号对应的初始角度。
进一步的，所述转动角度校准单元与所述控制单元通信连接以获取所述霍尔传感器检测到的所述输出轴的转动圈数。进一步的，所述转动角度校准单元与所述控制单元通信连接以获取所述控制信号发送模块向所述电磁绕组发送的控制信号。在该实施方式中，所述转动角度校准单元与所述控制单元电连接，直接通过所述控制单元获取所述霍尔传感器检测到的所述输出轴的转动圈数以及所述控制信号发送模块向所述电磁绕组发送的控制信号，从而可以根据这些数据计算得到校准参数，实现方案较为简单。
进一步的，所述转动角度校准单元与所述控制信号处理单元通信连接以获取所述控制信号处理单元发送给所述控制信号发送模块的所述处理后的控制信号，并通过所述控制信号处理单元从所述控制单元获取所述霍尔传感器检测到的所述输出轴的转动圈数。在该实施方式中，所述转动角度校准单元与所述控制单元不直接建立通信连接，通过所述控制信号处理单元从所述控制单元获取所述霍尔传感器检测到的所述输出轴的转动圈数，采用该实施方式，可以避免占用所述控制单元的更多接口。
进一步的，所述转动角度校准单元根据所述闸杆在所述伺服电机的驱动下所转动的角度以及所述霍尔传感器检测到的所述输出轴的转动圈数计算得到所述转动校准参数发送给所述控制信号处理单元以使所述控制信号处理单元对所述上位机发送的所述控制信号脉冲进行处理。在所述伺服电机驱动所述闸杆转动的过程中，受到外力因素等原因的影响，所述闸杆的转动角度与所述伺服电机的输出轴的转动圈数之间的对应关系会产生偏差，所述转动角度校准单元通过获取所述霍尔传感器检测到的所述输出轴的转动圈数以及所述闸杆的转动角度，确定两者之间是否存在偏差，当存在偏差时，计算得到相应的校准参数发送给所述控制信号处理单元以对上位机发送的控制信号脉冲进行处理生成新的控制信号。
具体的，当所述霍尔传感器检测到的所述输出轴的转动圈数对应的所述闸杆转动的目标角度大于所述转动角度检测器检测到的实际角度时，根据所述目标角度与所述实际角度之差计算得到的校准参数使得所述控制信号处理单元降低所述上位机输入的控制信号脉冲的频率、信号幅度或者脉冲宽度等参数中的一个或多个以降低所述伺服电机驱动所述闸杆的转动速度，减小所述闸杆与外力的反向作用力。当所述霍尔传感器检测到的所述输出轴的转动圈数对应的所述闸杆转动的目标角度小于所述转动角度检测器检测到的实际角度时，根据所述目标角度与所述实际角度之差计算得到的校准参数使得所述控制信号处理单元提高所述上位机输入的控制信号脉冲的频率、信号幅度或者脉冲宽度等参数中的一个或多个以提高所述伺服电机驱动所述闸杆的转动速度，减小所述闸杆与外力的反向作用力。
本发明提出一种用于通道闸机的伺服控制主板，通过设置控制单元、转动角度校准单元以及控制信号处理单元，控制单元包括用于与伺服电机连接向伺服电机发送控制信号的控制信号发送模块和接收伺服电机返回的检测信号的检测信号接收模块，转动角度校准单元与设置于通道闸机的闸杆一端用于检测闸杆转动角度的转动角度检测器连接用于接收转动角度检测器发送的转动角度信号，控制信号处理单元用于接收来自上位机的控制信号脉冲以及根据转动角度校准单元提供的转动校准参数对控制信号脉冲进行处理，以将处理后的控制信号脉冲提供给控制单元的控制信号发送模块使控制单元按照处理后的控制信号控制伺服电机，使通道闸机的伺服控制更加安全可靠。
应当说明的是，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。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种用于通道闸机的伺服控制主板，其特征在于，包括控制单元、转动角度校准单元以及控制信号处理单元，所述控制单元包括用于与伺服电机连接向所述伺服电机发送控制信号的控制信号发送模块和接收所述伺服电机返回的检测信号的检测信号接收模块，所述转动角度校准单元与设置于所述通道闸机的闸杆一端用于检测所述闸杆转动角度的转动角度检测器连接用于接收所述转动角度检测器发送的转动角度信号，所述控制信号处理单元与上位机以及所述转动角度校准单元连接用于接收来自所述上位机的控制信号脉冲以及根据所述转动角度校准单元提供的转动校准参数对所述控制信号脉冲进行处理，以将处理后的控制信号脉冲提供给所述控制单元的控制信号发送模块使所述控制单元按照所述处理后的控制信号控制所述伺服电机。
2.根据权利要求1所述的用于通道闸机的伺服控制主板，其特征在于，所述闸杆靠近转动轴一端设置有转角标识符，所述转角标识符包括最大限位角标识符、最小限位角标识符以及位于所述最大限位角标识符和所述最小限位角标识符之间的若干居间转角标识符，所述转动角度校准单元通过所述转动角度检测器实时检测所述转角标识符以获取所述闸杆在所述伺服电机的驱动下所转动的角度。
3.根据权利要求2所述的用于通道闸机的伺服控制主板，其特征在于，所述伺服电机包括霍尔传感器、电磁绕组和输入轴，所述检测信号为所述霍尔传感器检测到的所述输出轴的转动圈数，所述控制单元还包括检测信号匹配模块，用于通过所述检测信号接收模块获取所述霍尔传感器检测到的所述输出轴的转动圈数后与所述控制信号发送模块发送给所述电磁绕组的控制信号相匹配。
4.根据权利要求3所述的用于通道闸机的伺服控制主板，其特征在于，所述控制单元还包括转动角度记录模块，当所述检测信号匹配模块的匹配结果为正常时，所述转动角度记录模块记录所述输出轴的转动圈数对应的所述闸杆转动角度作为下一次控制信号对应的初始角度；当所述检测信号匹配模块的匹配结果为异常时，所述控制单元通过所述控制信号发送模块发送校准控制信号以控制所述闸杆转动到对应角度。
5.根据权利要求4所述的用于通道闸机的伺服控制主板，其特征在于，在所述上位机未向所述控制信号处理单元发送控制信号时，如所述转动角度校准单元通过所述转动角度检测器检测到所述闸杆的转动角度发生变化，所述转动角度校准单元根据所述转角标识符确定所述闸杆的转动角度发送给所述控制单元以使所述转动角度记录模块记录所述闸杆转动角度作为下一次控制信号对应的初始角度。
6.根据权利要求5所述的用于通道闸机的伺服控制主板，其特征在于，所述转动角度校准单元与所述控制单元通信连接以获取所述霍尔传感器检测到的所述输出轴的转动圈数。
7.根据权利要求6所述的用于通道闸机的伺服控制主板，其特征在于，所述转动角度校准单元与所述控制单元通信连接以获取所述控制信号发送模块向所述电磁绕组发送的控制信号。
8.根据权利要求5所述的用于通道闸机的伺服控制主板，其特征在于，所述转动角度校准单元与所述控制信号处理单元通信连接以获取所述控制信号处理单元发送给所述控制信号发送模块的所述处理后的控制信号，并通过所述控制信号处理单元从所述控制单元获取所述霍尔传感器检测到的所述输出轴的转动圈数。
9.根据权利要求7或8所述的用于通道闸机的伺服控制主板，其特征在于，所述转动角度校准单元根据所述闸杆在所述伺服电机的驱动下所转动的角度以及所述霍尔传感器检测到的所述输出轴的转动圈数计算得到所述转动校准参数发送给所述控制信号处理单元以使所述控制信号处理单元对所述上位机发送的所述控制信号脉冲进行处理。
10.根据权利要求9所述的用于通道闸机的伺服控制主板，其特征在于，当所述霍尔传感器检测到的所述输出轴的转动圈数对应的所述闸杆转动的目标角度大于所述转动角度检测器检测到的实际角度时，根据所述目标角度与所述实际角度之差计算得到的校准参数使得所述控制信号处理单元降低所述上位机输入的控制信号脉冲的频率、信号幅度或者脉冲宽度等参数中的一个或多个以降低所述伺服电机驱动所述闸杆的转动速度。
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