CN209086718U - 一种磁电式闭环自检免维护高速栏杆机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种磁电式闭环自检免维护高速栏杆机，结构中包括固定在地面上的机箱，在机箱内部上方设置有动力电机及其减速箱，减速箱的传动输出主轴凸出到机箱之外并连接有一组栏杆臂；在机箱内部下方设置有控制动力电机动作和工作状态的MCU控制器，以及分别与MCU控制器、动力电机通信连接的的电机驱动器；所述动力电机采用大扭矩、高细分的步进电机，在此步进电机的转子轴上设置一组霍尔元件，此霍尔元件连接一组信号放大器，此信号放大器与所述MCU控制器的信号输入端连接。本实用新型通过自检结构的设置对拦杆的负载实际位置与位置指令值相比较，能够有效防止栏杆失步，提高系统的控制精度。

Description

一种磁电式闭环自检免维护高速栏杆机

技术领域

本实用新型涉及高速公路收费控制系统，尤其是涉及高速公路出入口的栏杆机。

背景技术

步进电动机是一种能直接将数字脉冲信号转换成角位移或线位移的特殊电机，步进电动机的输出位移量与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比，转向取决于控制绕组中的通电顺序，它能按照控制脉冲的要求，快速启动、反转、制动和无级调速。正常工作时能够不失步，步距精度高，每步停止转动时具有自锁能力，在负载能力范围内，不受电压大小、负载大小、环境条件等外界因素干扰，因此被广泛应用于高速公路、收费停车场等限制车辆自由通行场所的栏杆机中，在栏杆机的控制系统中作为驱动装置。

但是，现有用于高速公路栏杆机上的步进电动机均采用开环控制系统，电机响应控制指令后的实际运行情况，控制系统是无法预测和监视的。在某些运行速度范围宽、负载大小变化频繁的场合，步进电动机很容易失步，使整个系统趋于失控状态，导致栏杆机出现误抬、误砸等非正常工作状态。另外，对于高精度控制系统，采用开环控制往往满足不了精度要求。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种磁电式闭环自检免维护高速栏杆机，通过自检结构的设置对栏杆的负载实际位置与位置指令值相比较，能够有效防止栏杆失步，提高系统的控制精度。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案如下。

一种磁电式闭环自检免维护高速栏杆机，用于控制高速公路收费出入口内的车辆通行；其结构中包括固定在地面上的机箱，在机箱内部上方设置有动力电机及其减速箱，减速箱的传动输出主轴凸出到机箱之外并连接有一组栏杆臂；在机箱内部下方设置有控制动力电机动作和工作状态的MCU控制器，以及分别与MCU控制器、动力电机通信连接的的电机驱动器；所述动力电机采用大扭矩、高细分的步进电机，在此步进电机的转子轴上设置一组霍尔元件，此霍尔元件连接一组信号放大器，此信号放大器与所述MCU控制器的信号输入端连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述机箱上还设置有一组风速传感器，此风速传感器与所述MCU控制器的信号输入端连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述霍尔元件内部采用全桥或半桥采样电路。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述信号放大器采用电阻或电压式数字信号放大器。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述信号放大器采用三极管或运放器件进行信号放大。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述栏杆臂通过减速箱与所述步进电机动力输出轴连接，二者的传动比设置为1:16。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述电机驱动器细分设置为3000p/r，所述霍尔元件对应设置为1000p/r。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本实用新型首先通过自检结构的设置对栏杆的负载实际位置与位置指令值相比较，能够有效防止栏杆失步，提高系统的控制精度。本实用新型的霍尔元件对步进电机转子的角度位移值进行响应，随着角度位移的变化产生电阻或电压数值变化，后者通过信号放大器进行信号放大输入给MCU控制器，通过与系统设定的位置指令值对比，即可检验和校准栏杆位置，防止失步造成系统混乱，有效够消除位置偏差，提高系统的控制精度。更进一步，本实用新型还设置有风速传感器，由于栏杆的失步及位置偏差通常都是风压造成的，一旦出现位置偏差，系统首先核实风速传感器发送的风速数值，如果风速较大，则直接反馈控制信号实时调整栏杆位置即可，无需人工维护和维修；反之如果风速传感器显示栏杆失步时风力微弱，则系统故障的可能性较大，提示应当考虑进行系统维护和维修。

附图说明

图1是本实用新型一个具体实施方式的结构示意图。

图中：机箱1；减速箱2；栏杆臂3；动力电机4；电机驱动器5；MCU控制器6；霍尔元件7；信号放大器8；风速传感器9。

具体实施方式

实施例1、产品结构。

参看附图，本实用新型用于控制高速公路收费出入口内的车辆通行，包括机箱1，减速箱2及传动装置，栏杆臂3，动力电机4，电机驱动器5，MCU控制器6，霍尔元件7，信号放大器8，风速传感器9。动力电机4采用步进电机，其输出轴与减速箱2及传动装置上固定在一起，栏杆臂3固定在减速箱2及传动装置的输出主轴上，MCU控制器6与其电机驱动器5连接，电机驱动器5与步进电机4相连，霍尔元件7安装步进电机4中心轴底部用于位置采集信号，经信号放大器8放大后接入MCU控制器6，风速传感器9检测风速信号接入MCU控制器6。

实施例2、工作原理。

参看附图，本实用新型的工作原理在于：具体使用时，MCU控制器6给电机驱动器5发送驱动命令，驱动信号包括使能、方向和PWM（脉冲宽度编码），驱动器根据命令信号控制步进电机方向和转速。连接步进电机中心轴底部的霍尔元件7将检测到的电机位置信息通过数值变换发送给MCU控制器5，MCU控制器5接受到位置信息后会根据当前位置与设定指令位置比较，来调整PWM输出频率，使得栏杆臂3高速、平稳的动作。

在正常运动过程中，霍尔元件7将检测到的电机位置信息转换为对应的编码脉冲数，根据这个编码脉冲数，MCU控制器5可以跟踪栏杆臂3当前的位置和速度，MCU控制器5根据当前的位置以及目标位置或者根据当前的速度以及目标速度结合控制算法给出电机的控制信号完成闭环控制。在栏杆臂在动作过程中遇阻导致失步时，MCU控制器5可根据反馈位置信息保障栏杆臂能转到设定角度。

在机箱1顶部安装有风速传感器9，检测当前风速和风向， MCU控制器5根据检测信息，自动调整发送给电机驱动器5的脉冲频率，增大电磁转矩，使其克服风阻，达到正常动作的目的。

在栏杆臂动作过程中受阻时，可通过磁电检测装置反馈信息计算出电机当前转速，MCU控制器5根据当前实际转速与当前设计转速的差值，自动调整发送给电机驱动器5的脉冲频率，增大电磁转矩，使其达到正常动作的目的；当调整的控制脉冲频率降低到一定值但转速还为零或负值，则认为栏杆臂3砸到物体，应立即停止并反转。

通过以上描述可实现栏杆机在周围环境阻力较大时也能正常工作，并且在下落过程中接触到物体可自动抬起，防止砸伤物体。

上述描述仅作为本实用新型可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一限制条件。

Claims (7)

1.一种磁电式闭环自检免维护高速栏杆机，用于控制高速公路收费出入口内的车辆通行；

其结构中包括固定在地面上的机箱（1），在机箱（1）内部上方设置有动力电机（4）及其减速箱（2），减速箱（2）的传动输出主轴凸出到机箱之外并连接有一组栏杆臂（3）；在机箱内部下方设置有控制动力电机动作和工作状态的MCU控制器（6），以及分别与MCU控制器（6）、动力电机（4）通信连接的电机驱动器（5）；

所述动力电机（4）采用大扭矩、高细分的步进电机，在此步进电机的转子轴上设置一组霍尔元件（7），此霍尔元件（7）连接一组信号放大器（8），此信号放大器（8）与所述MCU控制器（6）的信号输入端连接。

2.根据权利要求1所述的磁电式闭环自检免维护高速栏杆机，其特征在于：所述机箱（1）上还设置有一组风速传感器（9），此风速传感器（9）与所述MCU控制器（6）的信号输入端连接。

3.根据权利要求1或2所述的磁电式闭环自检免维护高速栏杆机，其特征在于：所述霍尔元件（7）内部采用全桥或半桥采样电路。

4.根据权利要求1或2所述的磁电式闭环自检免维护高速栏杆机，其特征在于：所述信号放大器（8）采用电阻或电压式数字信号放大器。

5.根据权利要求1或2所述的磁电式闭环自检免维护高速栏杆机，其特征在于：所述信号放大器（8）采用三极管或运放器件进行信号放大。

6.根据权利要求1或2所述的磁电式闭环自检免维护高速栏杆机，其特征在于：所述栏杆臂（3）通过减速箱（2）与所述动力电机（4）动力输出轴连接，二者的传动比设置为1:16。

7.根据权利要求1或2所述的磁电式闭环自检免维护高速栏杆机，其特征在于：所述电机驱动器（5）细分设置为3000p/r，所述霍尔元件（7）对应设置为1000p/r。