数字高速栏杆制造技术

本发明专利技术数字高速栏杆，是由高扭矩混合式交流步进电机、软件编程控制驱动单元、减速机，共同配合驱动栏杆的抬起、下落，是将全数字执行系统应用于栏杆。研发的栏杆0.58s的闪电开启，是迄今为止，世界上最快的栏杆机。本发明专利技术采用高性能的处理器，按照栏杆预期的运动方式(设置角度、轨迹路线)和控制策略(设置运转精度、转速快慢)编写程序代码，把代码下载到控制器。通过连接步进电机的驱动器来控制电机。按照预先编制好的栏杆轨迹运动进行栏杆抬起、下落。本发明专利技术可应用于高速公路不停车收费系统、人工收费系统、车辆自动分类系统、桥梁、隧道、停车场的收费系统，以及公寓小区、货场等单位的通行管理场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种数字高速栏杆，应用于高速公路不停车收费系统(ElectronicToll Collection,简称ETC)、高速公路人工收费系统(Manual Toll Collection,简称MTC)、车辆自动分类系统(Automatic Vehicle Classification,简称AVC)、桥梁、隧道、停车场的收费系统，以及公寓小区、货场等单位的通行管理场合。
技术介绍
国内市场上栏杆普遍存在的现象I)由于栏杆加工、安装的偏差，出现电机齿轮咬合不好、齿轮润滑油消耗过大，导致传动阻力增大，栏杆轴承容易损坏； 2)栏杆机箱里的电机主轴一松动，容易引起栏杆起落不稳和抖动，导致螺栓易损坏；3)栏杆起落无法到达“死点”位置，使电机长时间发热，加速了损坏电机、曲柄和连杆频率和误抬杆次数的增多。4)栏杆机体箱内部零件多、机械结构复杂，易损坏。5)栏杆调控角度不精确，不能灵活应用各行业的需求。6)设备成本昂贵，难以推广。本专利技术是由专门设计的软件控制、高扭矩混合式交流步进电机、减速机、控制驱动器等，共同配合驱动栏杆的抬起和落下。通过软件编程设计，可任意设定栏杆的转速、转动次数、旋转角度和控制栏杆的运行状态。
技术实现思路
3. I技术特点I)栏杆起落平稳、无抖动本专利技术采用高性能的处理器，通过修改寄存器初速度值、加速度值、减速度值、末速度值，控制步进电机的启动、停止整个过程。利用加、减速变速运动的控制方法使栏杆起落平稳运行，解决传统栏杆起落时间短、运行速度过快引起的不平稳、终点抖动等现象。2)全数字化调控本专利技术将全数字调控应用于不同的栏杆机，可进行0° 360°范围内全方位数字化角度调控和速度调速。不需要传感器，打破传统栏杆调控精度范围0° 90°和调控精度不准确。3) 一体化机芯本专利技术采用一体化机芯，具有成本低、结构简单稳定、易维护等特点，解决市场上出售的机械式栏杆内部结构复杂，难以维护。4)行程保护通过对路面坡度、路面宽窄、路面障碍物等检测，采用数字控制技术，可以对栏杆的极限位置进行精确设定，确保抬落杆时内部结构不被损坏，延长使用寿命。同时栏杆到达极限位置时具有自锁功能，使栏杆不被反向抬起或下落。5)时间保护通过设定栏杆起落时间，栏杆在设定的时间内可执行栏杆抬起、下落。6)主动防砸本专利技术栏杆在下落过程中如果有轻微碰触车辆、人员，栏杆会立即抬起返回至竖直状态，避免栏杆继续下落对车辆和人员造成伤害。同时栏杆臂将采用高强度、低密度的碳纤维材质，表面附有泡棉管，具有质轻、高强度、耐腐蚀，耐撞、不伤人和车等特点。同时也减轻了电机的负载，延长了电机的使用寿命O·7)人机交互本专利技术采用软件控制与文本控制相结合的技术，使栏杆的位置状态信息通过通信端口设备可以实时反馈，打破传统栏杆人机交互性能差。8)转型应用根据步进电机自身特点(成本低、运行可靠、精度高、转速高)，将原先主要应用于数控机床精密制造等工业生产领域，转向应用于高速数字栏杆机上。3. 2、技术方案3. 2. I构造方式步进电机和减速机通过联轴器驱动栏杆运动。I)按照栏杆预期的运动方式(设置角度、轨迹路线)和控制策略(设置运转精度、转速快慢)，编写程序代码。2)将程序代码下载到控制器。3)控制器输出连接到步进电机的驱动器。4)用驱动器控制步进电机，并按照预先设计好的轨迹进行栏杆抬起落下。3. 2. 2技术原理本专利技术高速数字栏杆，可接收数字控制信号电脉冲转换成与之相对应的角位移或直线位移，每次输入一个脉冲信号，电机将转动一个角度，并带动栏杆移动。利用软件编程技术可以设置脉冲信号频率、脉冲个数、方向信号。 利用控制器控制加速和减速脉冲数、脉冲总数，从而控制栏杆的转速(力口速/减速)，达到调速的目的。 利用电机的脉冲个数控制栏杆停止的位置和栏杆起落角度偏移的轨迹路线，达到准确定位的目的。 利用控制器不同的输入点有效控制栏杆的转向，达到调整栏杆的方向。 利用细分驱动器，使步距角减少、运行平滑，达到提高运转精度，减弱电机噪声和过热、过流和欠电压保护等情形； 利用减速器，降低转速和增大转矩，提高精度的准确度。避免因电机负载突变引起冲击过大，造成过流现象。 曲线加减速运行栏杆起落采用软件编程设定电机驱动器。在启动开始加速时，做无冲击性的缓启动，驱动栏杆进行“启动-加速-高速运行-减速-停止”。运行速度采用分阶梯式上升，“减速、恒速、加速”的速度值可以调整设定。在低于启动频率下启动栏杆，将逐步增加脉冲频率提高栏杆的运行速度，避免发生失步现象。在栏杆停止前从最高速度逐步减小脉冲率，使其降到能够停止的速度，使栏杆能够精确定位，如图I所示。栏杆在起动区域内起动，通过加速到达运行区域。在运行区域内，电机不能直接制动，否则会造成失步，必须通过减速到达起动区域，才可以进行制动。栏杆在启动运行时，受惯性的原因，启动瞬间的重力矩值最大。随着栏杆逐渐抬起，重力矩将逐渐减小，停止时竖直状态的重力矩值最小。而电机在运行时，转速是随着栏杆起落将由小变到大再变到小这一过程。如图2所示。3. 2. 3实现方法见图8 脉冲形成先输出一个高电平，延时一段时间后，再输入一个低电平，形成一个下降沿，每个 下降沿有效，电机相应转动一个脉冲角。脉冲的周期取决于控制器脉冲的总数。 转速控制通过硬件中断或软件延时两种方式，控制系统发出时钟脉冲的频率或换相的周期，在栏杆加速过程中，脉速频率逐渐增加，反之减速过程中，脉冲频率逐渐减少。I)硬件中断通过可编程的硬件定时器对系统时钟脉冲或某一频率的脉冲进行计数，计数值由编程决定。当计数达到预定的脉冲数时，产生中断信号，得到所需的延时时间或定时时间间隔。通过编程设定计数值，以满足不同的定时和计数要求。2)软件延时根据所需要的时间常数，编写程序完成指令操作。要对设定指令的执行时间进行多次计算、测试分析后，设定延时时间值。 旋转方向控制通过改变内部绕组通电方式和通电顺序，控制栏杆的旋转方向。分三步第一，A相通电，使转子齿与A相定子齿对齐。第二，A相通电，同时接通B相，形成合成磁场，然后对准A、B两极轴线的角等分线，使转子齿转动。第三，使A相切断，B相仍保持接通。依次类推，绕组以正时序或反时序方式转换。磁场每旋转一周，转子将前进一个齿距，每次转换使转子转动一定的角度。I)正时序旋转AB —BC —CA —AB2)反时序旋转AB — CA — BC — ABy序 Ail·力式I制I十六进制1— AB0000001103H 2— BC— 0000011006H 一I CA0000010105H正时序旋转模块03H、06H、05H存放在正转模型为起始地址的内存单元，反时序旋转模块03H、06H、05H存放在以反转模型为起始地址的内存单元。然后通过标志位，判断电机的旋转方向。最后输出相应的控制脉冲，判断脉冲信号是否输出完毕。3. 2. 4流程图见图9至图14所示3. 3、结构关系 本专利技术数字高速栏杆组成部分栏杆臂、机体箱、机芯、控制器四部分。I)栏杆臂材质采用碳纤维，表面附有泡棉管。2)机体箱采用上下两件式，上边是防雨机盖，下部是主机箱机盖。机体箱是由2mm厚冷轧钢板制成，表面经磷化喷塑处理可置于室外环境。 3)机芯是由步进电机、减速器、主轴、平衡弹簧等组成。4)控制器控制接口采本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术数字高速栏杆属于机电一体化产品，由高扭矩混合式交流步进电机、软件编程控制驱动单元、减速机一体化机芯，共同配合驱动栏杆的抬起、下落。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：潘海军，郝彦军，
申请(专利权)人：北京博宇通达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：