數字高速欄桿制造技術

本發明專利技術數字高速欄桿，是由高扭矩混合式交流步進電機、軟件編程控制驅動單元、減速機，共同配合驅動欄桿的抬起、下落，是將全數字執行系統應用于欄桿。研發的欄桿0.58s的閃電開啟，是迄今為止，世界上最快的欄桿機。本發明專利技術采用高性能的處理器，按照欄桿預期的運動方式(設置角度、軌跡路線)和控制策略(設置運轉精度、轉速快慢)編寫程序代碼，把代碼下載到控制器。通過連接步進電機的驅動器來控制電機。按照預先編制好的欄桿軌跡運動進行欄桿抬起、下落。本發明專利技術可應用于高速公路不停車收費系統、人工收費系統、車輛自動分類系統、橋梁、隧道、停車場的收費系統，以及公寓小區、貨場等單位的通行管理場合。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種數字高速欄桿，應用于高速公路不停車收費系統(ElectronicToll Collection,簡稱ETC)、高速公路人工收費系統(Manual Toll Collection,簡稱MTC)、車輛自動分類系統(Automatic Vehicle Classification,簡稱AVC)、橋梁、隧道、停車場的收費系統，以及公寓小區、貨場等單位的通行管理場合。
技術介紹
國內市場上欄桿普遍存在的現象I)由于欄桿加工、安裝的偏差，出現電機齒輪咬合不好、齒輪潤滑油消耗過大，導致傳動阻力增大，欄桿軸承容易損壞； 2)欄桿機箱里的電機主軸一松動，容易引起欄桿起落不穩和抖動，導致螺栓易損壞；3)欄桿起落無法到達“死點”位置，使電機長時間發熱，加速了損壞電機、曲柄和連桿頻率和誤抬桿次數的增多。4)欄桿機體箱內部零件多、機械結構復雜，易損壞。5)欄桿調控角度不精確，不能靈活應用各行業的需求。6)設備成本昂貴，難以推廣。本專利技術是由專門設計的軟件控制、高扭矩混合式交流步進電機、減速機、控制驅動器等，共同配合驅動欄桿的抬起和落下。通過軟件編程設計，可任意設定欄桿的轉速、轉動次數、旋轉角度和控制欄桿的運行狀態。
技術實現思路
3. I技術特點I)欄桿起落平穩、無抖動本專利技術采用高性能的處理器，通過修改寄存器初速度值、加速度值、減速度值、末速度值，控制步進電機的啟動、停止整個過程。利用加、減速變速運動的控制方法使欄桿起落平穩運行，解決傳統欄桿起落時間短、運行速度過快引起的不平穩、終點抖動等現象。2)全數字化調控本專利技術將全數字調控應用于不同的欄桿機，可進行0° 360°范圍內全方位數字化角度調控和速度調速。不需要傳感器，打破傳統欄桿調控精度范圍0° 90°和調控精度不準確。3) 一體化機芯本專利技術采用一體化機芯，具有成本低、結構簡單穩定、易維護等特點，解決市場上出售的機械式欄桿內部結構復雜，難以維護。4)行程保護通過對路面坡度、路面寬窄、路面障礙物等檢測，采用數字控制技術，可以對欄桿的極限位置進行精確設定，確保抬落桿時內部結構不被損壞，延長使用壽命。同時欄桿到達極限位置時具有自鎖功能，使欄桿不被反向抬起或下落。5)時間保護通過設定欄桿起落時間，欄桿在設定的時間內可執行欄桿抬起、下落。6)主動防砸本專利技術欄桿在下落過程中如果有輕微碰觸車輛、人員，欄桿會立即抬起返回至豎直狀態，避免欄桿繼續下落對車輛和人員造成傷害。同時欄桿臂將采用高強度、低密度的碳纖維材質，表面附有泡棉管，具有質輕、高強度、耐腐蝕，耐撞、不傷人和車等特點。同時也減輕了電機的負載，延長了電機的使用壽命O·7)人機交互本專利技術采用軟件控制與文本控制相結合的技術，使欄桿的位置狀態信息通過通信端口設備可以實時反饋，打破傳統欄桿人機交互性能差。8)轉型應用根據步進電機自身特點(成本低、運行可靠、精度高、轉速高)，將原先主要應用于數控機床精密制造等工業生產領域，轉向應用于高速數字欄桿機上。3. 2、技術方案3. 2. I構造方式步進電機和減速機通過聯軸器驅動欄桿運動。I)按照欄桿預期的運動方式(設置角度、軌跡路線)和控制策略(設置運轉精度、轉速快慢)，編寫程序代碼。2)將程序代碼下載到控制器。3)控制器輸出連接到步進電機的驅動器。4)用驅動器控制步進電機，并按照預先設計好的軌跡進行欄桿抬起落下。3. 2. 2技術原理本專利技術高速數字欄桿，可接收數字控制信號電脈沖轉換成與之相對應的角位移或直線位移，每次輸入一個脈沖信號，電機將轉動一個角度，并帶動欄桿移動。利用軟件編程技術可以設置脈沖信號頻率、脈沖個數、方向信號。 利用控制器控制加速和減速脈沖數、脈沖總數，從而控制欄桿的轉速(力口速/減速)，達到調速的目的。 利用電機的脈沖個數控制欄桿停止的位置和欄桿起落角度偏移的軌跡路線，達到準確定位的目的。 利用控制器不同的輸入點有效控制欄桿的轉向，達到調整欄桿的方向。 利用細分驅動器，使步距角減少、運行平滑，達到提高運轉精度，減弱電機噪聲和過熱、過流和欠電壓保護等情形； 利用減速器，降低轉速和增大轉矩，提高精度的準確度。避免因電機負載突變引起沖擊過大，造成過流現象。 曲線加減速運行欄桿起落采用軟件編程設定電機驅動器。在啟動開始加速時，做無沖擊性的緩啟動，驅動欄桿進行“啟動-加速-高速運行-減速-停止”。運行速度采用分階梯式上升，“減速、恒速、加速”的速度值可以調整設定。在低于啟動頻率下啟動欄桿，將逐步增加脈沖頻率提高欄桿的運行速度，避免發生失步現象。在欄桿停止前從最高速度逐步減小脈沖率，使其降到能夠停止的速度，使欄桿能夠精確定位，如圖I所示。欄桿在起動區域內起動，通過加速到達運行區域。在運行區域內，電機不能直接制動，否則會造成失步，必須通過減速到達起動區域，才可以進行制動。欄桿在啟動運行時，受慣性的原因，啟動瞬間的重力矩值最大。隨著欄桿逐漸抬起，重力矩將逐漸減小，停止時豎直狀態的重力矩值最小。而電機在運行時，轉速是隨著欄桿起落將由小變到大再變到小這一過程。如圖2所示。3. 2. 3實現方法見圖8 脈沖形成先輸出一個高電平，延時一段時間后，再輸入一個低電平，形成一個下降沿，每個 下降沿有效，電機相應轉動一個脈沖角。脈沖的周期取決于控制器脈沖的總數。 轉速控制通過硬件中斷或軟件延時兩種方式，控制系統發出時鐘脈沖的頻率或換相的周期，在欄桿加速過程中，脈速頻率逐漸增加，反之減速過程中，脈沖頻率逐漸減少。I)硬件中斷通過可編程的硬件定時器對系統時鐘脈沖或某一頻率的脈沖進行計數，計數值由編程決定。當計數達到預定的脈沖數時，產生中斷信號，得到所需的延時時間或定時時間間隔。通過編程設定計數值，以滿足不同的定時和計數要求。2)軟件延時根據所需要的時間常數，編寫程序完成指令操作。要對設定指令的執行時間進行多次計算、測試分析后，設定延時時間值。 旋轉方向控制通過改變內部繞組通電方式和通電順序，控制欄桿的旋轉方向。分三步第一，A相通電，使轉子齒與A相定子齒對齊。第二，A相通電，同時接通B相，形成合成磁場，然后對準A、B兩極軸線的角等分線，使轉子齒轉動。第三，使A相切斷，B相仍保持接通。依次類推，繞組以正時序或反時序方式轉換。磁場每旋轉一周，轉子將前進一個齒距，每次轉換使轉子轉動一定的角度。I)正時序旋轉AB —BC —CA —AB2)反時序旋轉AB — CA — BC — ABy序 Ail·力式I制I十六進制1— AB0000001103H 2— BC— 0000011006H 一I CA0000010105H正時序旋轉模塊03H、06H、05H存放在正轉模型為起始地址的內存單元，反時序旋轉模塊03H、06H、05H存放在以反轉模型為起始地址的內存單元。然后通過標志位，判斷電機的旋轉方向。最后輸出相應的控制脈沖，判斷脈沖信號是否輸出完畢。3. 2. 4流程圖見圖9至圖14所示3. 3、結構關系 本專利技術數字高速欄桿組成部分欄桿臂、機體箱、機芯、控制器四部分。I)欄桿臂材質采用碳纖維，表面附有泡棉管。2)機體箱采用上下兩件式，上邊是防雨機蓋，下部是主機箱機蓋。機體箱是由2mm厚冷軋鋼板制成，表面經磷化噴塑處理可置于室外環境。 3)機芯是由步進電機、減速器、主軸、平衡彈簧等組成。4)控制器控制接口采本文檔來自技高網...

【技術保護點】
本專利技術數字高速欄桿屬于機電一體化產品，由高扭矩混合式交流步進電機、軟件編程控制驅動單元、減速機一體化機芯，共同配合驅動欄桿的抬起、下落。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：潘海軍，郝彥軍，
申請(專利權)人：北京博宇通達科技有限公司，
類型：發明
國別省市：