摆门机芯控制器的制作方法

1.本实用新型涉及一种通道闸机控制系统领域。更具体地说，本实用新型涉及一种摆门机芯控制器。


背景技术：

2.通道闸机作为一种重要的通道管控终端，已经越来越多的在各种场景中应用，如高铁、地铁、写字楼、工厂园区等。摆闸因为具有安全可靠，结构简单等优点成为闸机发展的一个重要方向，而摆门机芯作为闸机的最终动作执行机构，必须保证安全、稳定。现有摆闸机芯控制器只能控制电机的运行，而机芯其他外设功能需要额外增加控制板来控制，不但不利于系统的稳定性，也额外增加了成本。


技术实现要素：

3.本实用新型的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
4.本实用新型还有一个目的是提供一种摆门机芯控制器，其能够同时控制电机运行和其他外设功能的实现，提高了摆门机芯控制器系统的稳定性，同时降低成本。
5.为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种摆门机芯控制器，包括：
6.主控芯片，其为dsp控制芯片；所述主控芯片上设有永磁同步电机驱动接口连接永磁同步电机来带动门翼机构转动；所述主控芯片上还设有外设功能接口，所述外设功能接口包括连接上位机控制模块的上位机通信接口、连接刹车模块的刹车接口、连接断电回位模块的断电回位接口。
7.优选的是，所述外设功能接口还包括连接数码显示模块的数码显示接口、连接电源的电源接口。
8.优选的是，所述主控芯片上还设有连接拨码开关的芯片插座。
9.优选的是，所述上位机通信接口包括rs232接口、数字i/o接口、can总线接口。
10.优选的是，所述刹车模块包括牙嵌式离合器，连接至刹车接口上。
11.优选的是，所述断电回位模块包括吸盘式磁铁，连接至断电回位接口。
12.优选的是，所述永磁同步电机驱动接口包含uvw三相驱动电路接口，用来连接永磁同步电机的三相动力线；以及编码器信号处理电路接口、用来连接永磁同步电机的电机增量编码器信号输出线。
13.本实用新型至少包括以下有益效果：本实用新型提供的摆门机芯控制器无需额外增加控制器，即可同时控制电机的运行和其他外设功能的实现，表现为：本实用新型提供的摆门机芯控制器可以实现双向开关门、急停、消防开门、闯闸刹车和双向数据通信等功能，降低了系统成本，并且高了系统的稳定性。
14.本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
15.图1为本实用新型一个技术方案中所述摆门机芯控制器的原理图；
16.图2为本实用新型另一个技术方案中摆门机芯控制开门动作的流程图；
17.图3为本实用新型另一个技术方案中电机编码器信号处理电路框图；
18.图4为本实用新型另一个技术方案中电机电流采集电路框图；
19.图5为本实用新型另一个技术方案中所述摆门机芯的结构示意图；
20.图6为本实用新型另一个技术方案中所述can总线接口电路框图；
21.图7为本实用新型另一个技术方案中所述数字i/o接口电路框图；
22.图8为本实用新型另一个技术方案中所述刹车模块和断电回位模块的电路框图；
23.图9为本实用新型另一个技术方案中所述电机编码器中的一路信号处理电路框图。
具体实施方式
24.下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
25.应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
26.如图1所示，本实用新型提供一种一种摆门机芯控制器，包括：
27.主控芯片1，其为dsp控制芯片，具体型号为tms320f28335；所述主控芯片1上设有永磁同步电机驱动接口2连接永磁同步电机3来带动门翼机构4转动；所述主控芯片1上还设有外设功能接口，所述外设功能接口包括连接上位机控制模块的上位机通信接口5、连接刹车模块的刹车接口7、连接断电回位模块的断电回位接口6。
28.在上述技术方案中，如图2，在门翼机构处于关门状态下，上位控制模块向机芯控制器发送个“开门信号”，该信号到达机芯控制器后先转换成dsp处理器能识别的ttl电平信号，然后改ttl信号被dsp处理器接收，在dsp内部通过程序识别计算，产生电机的控制信号。电机控制信号通过永磁同步电机驱动接口电路控制永磁同步电机。永磁同步电机驱动接口电路包括电机功率驱动电路、电机编码器信号处理电路和电流采集电路，电机功率驱动电路产生驱动电机转动的u、v、w三相动力电源，编码器处理电路负责处理电机增量编码器信号，电流采集电路实时采集电机uvw三相的驱动电流，并且将处理后的信号反馈给dsp处理器，参与电机运动控制的计算，形成一个电机运行状态的闭环控制。其中，编码器信号处理电路框图和三相电流采集电路框图如3和图4。如图3，电机编码器为abz增量编码器，a、b为2路方波信号，z为零位脉冲信号，为了加强抗干扰性能，信号采用了差分传输方式。差分信号首先经过差分转单端芯片电路转换为单端信号，然后经过光耦隔离，提高抗干扰性能，最后信号进入dsp芯片处理在图4中，r9为电流采样电阻，u2a为运算放大器，本电路功能是采集r9电阻两端的信号，然后经过滤波电路抑制干扰，再将信号反向放大一个倍数，然后信号由dsp进行采集和处理。另外，电路还可以保证无论流入r9的电流方向正反，运放正负输入端电势差一直为正。滤波电路由r3、r4、c2、c3、c4组成。永磁同步电机带动门翼完成开门动作，根据编码器的反馈进行精确的位置控制。同理，如果门翼机构在开门状态下，上位机模块发送“关门信号”，门翼机构会在控制器的控制下完成关门动作。如果关门状态下，控制器没有
收到上位机控制机构的“开门信号”，而强行“闯闸”通过时，控制器会通过编码器反馈的信号检测出这种行为，此时，本控制器会通过刹车驱动电路控制刹车动作，从而使得门翼机构锁止，以达到阻止“闯闸”。
29.如图5，本实用新型所提供的摆门机芯控制器应用在摆门机芯上，其中一种摆门机芯的结构图如图5所示。在图5中，11为断电回位模块、12为门翼机构、13为刹车模块、14为永磁同步电机驱动模块。其中门翼类型包括亚克力门翼、钢管门翼、钢化玻璃门翼。断电回位模块的主要作用是机芯在断电后能够使得门翼打开，其原理是：当机芯上电后，机芯控制电机推动门翼和回位机构从0度开门位置运行180度，这个过程中不断加大机构内部回位弹簧的扭力，到180度位置后机芯控制回位机构磁铁吸合，从而将回位弹簧与门轴断开，使得门翼可以自由运动。当机芯断电后，回位机构磁铁失电断开，回位弹簧与门轴连接，门翼在回位弹簧的扭力带动下回到0度开门位置。
30.刹车模块的工作过程为：当门翼处于关门位置时，强行推动门翼(闯闸)，机芯控制器通过电机的编码器来计算门翼运动的角度，当检测推动角度大于设定角度时，会控制刹车驱动电路使能，使得牙嵌式离合器(刹车模块的一种表现形式)的上下两个刹车盘吸合，从而产生较大摩擦力，阻止门翼被推开。一定时间后，机芯控制器控制刹车驱动电路失能，牙嵌式离合器上下刹车片松开，控制器检测门翼再没有运动时判断为闯闸结束，然后控制电机动作到关门位置。
31.如图1，在其中一个技术方案中，所述外设功能接口还包括连接数码显示模块8的数码显示接口、连接电源的电源接口10，所示数码显示模块8用来实时显示机芯控制器的运行状态，方便维护人员维护查看，电源接口10连接24v电源供电，以人体安全电压供电。
32.如图1，在其中一个技术方案中，所述主控芯,1上还设有连接拨码开关9的芯片插座，用来设置左右机芯、设置宽窄门翼、设置老化模式、设置门翼基准位置等。
33.如图1，在其中一个技术方案中，所述上位机通信接口包括rs232接口、数字i/o接口、can总线接口。使得摆门机芯控制器使用更加灵活、抗干扰性更强、安全性更高。其中can总线接口的电路框图如图6，u1为can收发器；r1为120欧姆终端匹配电阻；tvs1、tvs2为两个瞬态抑制二极管管，用做can总线过压保护以及抑制静电干扰等；pptc1、pptc2为两个自恢复保险，其作用是抑制can总线浪涌干扰。u1的1脚4脚接dsp芯片，j4为can总线插座。在门翼机构处于关门状态下时，上位机控制模块通过can总线向控制器发送一个“开门信号”，该信号到达控制器后先由can收发电路将can总线电平信号转换为dsp处理器能识别的ttl电平信号，改ttl信号被dsp处理器接收，在dsp内部通过程序识别计算，产生电机的控制信号，在运行过程中，dsp会将机芯运行状态实时的通过can总线接口传输给上位机控制模块，接收机芯状态信息。同理，上位机控制模块还可以通过rs232接口和数字i/o接口来发送命令以及接收机芯状态信息。其中数字i/o接口的电路框图如图7，j10接口即为i/o控制接口，door_set_1、door_set_2、door_set_3为上位机控制信号线，door_out_1、door_out_2、door_out_3为机芯反馈信号线；em_signal为紧急信号输入线，信号形式为干接点信号。u30和u31为光耦隔离芯片，上位机的3条控制信号线通过光耦隔离后进入dsp系统，dsp输出的3条反馈信号线通过光耦隔离进入上位机，防止互相干扰。
34.如图1，在其中一个技术方案中，所述刹车模块包括牙嵌式离合器，连接至刹车接口7上，刹车模块的工作过程为：当门翼处于关门位置时，强行推动门翼(闯闸)，机芯控制器
通过电机的编码器来计算门翼运动的角度，当检测推动角度大于设定角度时，会控制刹车驱动电路使能，使得牙嵌式离合器的上下两个刹车盘吸合，从而产生较大摩擦力，阻止门翼被推开。一定时间后，机芯控制器控制刹车驱动电路失能，牙嵌式离合器上下刹车片松开，控制器检测门翼再没有运动时判断为闯闸结束，然后控制电机动作到关门位置。
35.在图1中，在其中一个技术方案中，所述断电回位模块包括吸盘式磁铁，连接至断电回位接口6，断电回位模块的主要作用是机芯在断电后能够使得门翼打开，其原理是：当机芯上电后，机芯控制电机推动门翼和回位机构从0度开门位置运行180度，这个过程中不断加大机构内部回位弹簧的扭力，到180度位置后机芯控制回位机构磁铁吸合，从而将回位弹簧与门轴断开，使得门翼可以自由运动。当机芯断电后，回位机构磁铁失电断开，回位弹簧与门轴连接，门翼在回位弹簧的扭力带动下回到0度开门位置。
36.如图8，断电回位模块和刹车模块的电路相同，其中，j4接口即为刹车/回位机构接口；首先由dsp控制引脚发出控制信号，u5为电平转换芯片，将dsp的控制信号电平由3.3v转为5v，提高驱动能力；r23、r28组成分压电路可以控制驱动电压，限制驱动电流；q2为n沟道mos管，控制信号可以驱动其漏极和源极导通或关断，导通时将会通过j4接口同回位或刹车形成导电回路，此时刹车和回位磁铁会吸合工作，反之电路关断，刹车和回位机构磁铁松开。d3为续流二极管，可以加快感性负载的通断；d4为接口工作指示灯，亮起表示工作。
37.在其中一个技术方案中，所述永磁同步电机驱动接口包含uvw三相驱动电路接口，用来连接永磁同步电机的三相动力线；以及编码器信号处理电路接口、用来连接永磁同步电机的电机增量编码器信号输出线，电机编码器只需使用一个abz增量编码器即可，无需霍尔换向信号。可减少线数量，降低电机成本。
38.在上述技术方案中，本实用新型提供的摆门机芯控制器采用抗干扰性能强、运行速度快的工业级dsp芯片作为主控芯片，集成了永磁同步电机控制算法和机芯外设驱动算法；其电机类型为永磁同步电机，且电机编码器只需使用一个abz增量编码器即可，无需霍尔换向信号。可减少线数量，同时降低电机成本。其中电机编码器中一路信号处理电路框图如图9，其中，a+、a
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为电机编码器中的一路差分脉冲信号，r5为线缆的匹配电阻，r1、r9、c1、c4组成滤波电路，u16为差分接收器芯片，输入差分信号输出单端信号，u16输出信号经过u17光耦隔离芯片进行电气隔离处理，形成信号enc_a后输入dsp处理器。编码器其他信号处理方式同理。
39.如上所述，根据本实用新型，本实用新型至少包括以下有益效果：其一、本实用新型提供的摆门机芯控制器无需额外增加控制器，即可同时控制电机的运行和其他外设功能的实现，表现为：双向开关门、急停、消防开门、闯闸刹车和双向数据通信，降低了系统成本，并且高了系统的稳定性。
40.尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。