2651 防恐電子擋車器設(shè)計(jì)——擋車器總體及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2651 防恐電子擋車器設(shè)計(jì)——擋車器總體及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),電子,擋車,設(shè)計(jì),總體,整體,控制系統(tǒng) 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告學(xué) 生 姓 名： 王鋒學(xué) 號(hào)：0501510137專 業(yè) ： 機(jī)械工程及自動(dòng)化設(shè)計(jì) (論文 )題目 ： 防恐電子擋車器設(shè)計(jì)—擋車器總體及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)指 導(dǎo) 教 師 : 張衛(wèi) 張少文2009 年 3 月 22 日開題報(bào)告填寫要求1．開題報(bào)告（含“文獻(xiàn)綜述” ）作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；2．開題報(bào)告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見；3． “文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報(bào)告第一欄目?jī)?nèi)，學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15 篇科技論文的信息量，一般一本參考書最多相當(dāng)于三篇科技論文的信息量（不包括辭典、手冊(cè)） ；4．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo) GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2009 年 3 月 15 日”或“2009-03-15”。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫2000 字左右的文獻(xiàn)綜述：文 獻(xiàn) 綜 述摘要 本文介紹了目前電子擋車器的發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了其分類及組成；針對(duì)目前市場(chǎng)上的擋車器存在的不足，指出了本設(shè)計(jì)課題的意義；最后總結(jié)了擋車器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及其控制原理。關(guān)鍵詞 電子擋車器 防恐 控制系統(tǒng)1 擋車器的發(fā)展現(xiàn)狀隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國的交通運(yùn)輸業(yè)也發(fā)生了日新月異的變化，各大高速公路如雨后春筍般地興建，因此給電子擋車器的要求也越來越高。越來越多的擋車器運(yùn)用到了高等級(jí)公路、道路、社區(qū)、各企事業(yè)單位大門等方面。如圖1所示的某高級(jí)住宅小區(qū)的欄桿式自動(dòng)電子擋車器 [1～3] 。圖 1 住宅區(qū)欄桿式自動(dòng)擋車器 1.1 擋車器分類隨著社會(huì)不斷的發(fā)展與進(jìn)步，擋車器其結(jié)果也越來越固定成型。而且越來越受到大眾的歡迎。但目前,我國專業(yè)設(shè)計(jì)制造擋車器設(shè)備的公司和廠家很少,僅有的幾家也只能在基本功能上滿足設(shè)備使用要求,對(duì)產(chǎn)品的專業(yè)機(jī)械和控制電子性能設(shè)計(jì)還不夠理想,有些甚至在使用中出錯(cuò)。目前市場(chǎng)上有各式各樣的擋車器：(1)根據(jù)切換速度的快慢可分為：高速擋車器，其動(dòng)作時(shí)間一般為 1.2s～2s；中速擋車器，其動(dòng)作的時(shí)間一般為 2.5s～3s；低速擋車器，其動(dòng)作時(shí)間一般為 4.5s 以上。(2)根據(jù)外形結(jié)構(gòu)可分為：直臂型擋車器，欄柵型擋車器，曲臂型擋車器。如圖：圖 2 直臂型擋車器 圖 3 曲臂型擋車器圖 4 欄柵型擋車器(3)根據(jù)控制的方式可分為：手動(dòng)控制、遙控控制和通訊控制。(4)根據(jù)擋車器的應(yīng)用范圍可分為高速公路收費(fèi)站自動(dòng)擋車器,汽車擋車器,高檔住宅區(qū)智能擋車器,城市軌道交通擋車器等幾種 [4]。1.2 擋車器的組成擋車器的大體控制結(jié)構(gòu)由可編程控制器、傳感器，執(zhí)行機(jī)構(gòu)，人工智能系統(tǒng)等四大部分組成，其關(guān)系結(jié)構(gòu)如圖 5 所示 [10.12]。圖 5 擋車器控制結(jié)構(gòu)2 擋車器的控制技術(shù)2.1 高速公路收費(fèi)站自動(dòng)擋車器的控制系統(tǒng)我國目前國內(nèi)高速公路收費(fèi)站自動(dòng)擋車器詳細(xì)說明主要特點(diǎn)及功能如下：(1)分部式彈簧可調(diào)節(jié)擋車桿不同長(zhǎng)度的系統(tǒng)平衡，確保系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。(2)采用國外進(jìn)口低速力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)，功耗低，力量大，具有正常的堵轉(zhuǎn)功能，堵轉(zhuǎn)時(shí)小電流壓住擋車桿不抖動(dòng)。可編程控制器 傳感器人工智能系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(3)主控制器集成度高，邏輯功能強(qiáng)，可與環(huán)路感應(yīng)器、位機(jī)等外圍設(shè)備配合使用。(4)機(jī)箱涂覆國外進(jìn)口噴粉沫，靜電噴涂后180度高溫烘干，抗腐蝕不裉色，極其美觀大方。(5)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連桿長(zhǎng)度可調(diào)，可使擋車桿橫平豎直，美觀整齊。(6)斷電時(shí)擋桿自動(dòng)抬起，避免交通堵塞，不影響人工收費(fèi)。(7)采用關(guān)節(jié)軸承傳動(dòng)，能克服機(jī)械誤差造成的傳動(dòng)磨擦阻力，使機(jī)械性能更完美。(8)機(jī)箱門位置任選，可根據(jù)需要四個(gè)方位任意變換。(9)防砸車功能可確保機(jī)器和汽車的安全 [5.6]。目前高速公路收費(fèi)站自動(dòng)擋車器的一般功能為: 自動(dòng)擋車器與環(huán)形線圈檢測(cè)器、通行指示燈配合工作,無車輛通行時(shí)，紅燈亮，擋車桿呈水平狀；收費(fèi)完畢后，收費(fèi)員按放行鍵后，通行指示燈由紅變綠，自動(dòng)擋車器升桿。當(dāng)車體離開環(huán)形線圈檢測(cè)器后，檢測(cè)器向主機(jī)發(fā)出車輛通過信號(hào)，主機(jī)控制自動(dòng)擋車器落桿。擋車桿兩自由度旋轉(zhuǎn)以避免特殊情況下的硬性碰撞，對(duì)自動(dòng)擋車器的可靠性要求很高，不能出現(xiàn)誤動(dòng)作。在正常情況下,根據(jù)擋車桿的機(jī)械旋轉(zhuǎn)速度,從水平位置到垂直位置時(shí)間不超過 115 s ,因此,在升桿過程中,如果 115 s 之后無垂直檢測(cè)信號(hào)反饋,則判斷有故障。還可通過接觸器輔助觸點(diǎn)反饋來判斷升桿或落桿時(shí)電機(jī)故障。根據(jù)擋車器的功能畫出其系統(tǒng)流程圖如圖 6 所示。升降電機(jī)的空開和接觸器的電流整定值根據(jù)實(shí)際電機(jī)功率相應(yīng)匹配。在升桿和落桿的過程中,若出現(xiàn)故障則進(jìn)行故障報(bào)警輸出,報(bào)警指示燈亮 [7,8]。圖 6　擋車器動(dòng)作流程圖2.2 住宅小區(qū)擋車器控制系統(tǒng)在目前的高檔住宅區(qū)中，大門擋車器只有抬桿和落桿的功能，并且完全由門衛(wèi)人員通過手動(dòng)按扭來控制，如圖7所示。圖 7 門衛(wèi)人員通過手動(dòng)按扭控制圖擋車器與門衛(wèi)計(jì)算機(jī)的接口電路的主要功能是實(shí)現(xiàn)門衛(wèi)計(jì)算機(jī)與擋車器之間的通信與控制能力, 并實(shí)現(xiàn)光電隔離以保護(hù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全。由于接口電路的功能相對(duì)簡(jiǎn)單, 單片機(jī)系統(tǒng)要處理的數(shù)據(jù)也很少, 89C52 片內(nèi)的存貯器容量已足以滿足應(yīng)用要求,不必進(jìn)行擴(kuò)展。這樣的選擇既充分發(fā)揮了單片機(jī)的功能, 又最大限度地降低了電路的復(fù)雜性, 增強(qiáng)了實(shí)時(shí)系統(tǒng)的可靠性 [9.13]。系統(tǒng)的控制核心一般為 89C52 是單片機(jī)，控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖 8 所示。 單片機(jī)系統(tǒng)經(jīng)光電隔離器件與擋車器 I/O 相連, 輸出的指令滿足擋車器接口的電氣要求串行通信口的信號(hào)經(jīng) MAX232 芯片轉(zhuǎn)換為 RS232 發(fā)電平后與門衛(wèi)計(jì)算機(jī)的串行通信口相連, 以接受門衛(wèi)計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令。這里還設(shè)置了一組 LED 指示燈是供測(cè)試時(shí)使用的。其作用是在不連接擋車器的情況下就能觀察到上位機(jī)(門衛(wèi)計(jì)算機(jī))發(fā)出的指令是否正確地從單片機(jī)輸出。這樣既方便了軟件的調(diào)試, 又能在系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)迅速查找故障位置。這是一種非常好的設(shè)計(jì)思路, 從系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的情況看, 這一功能非常適用。圖 8 擋車器微機(jī)控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)單片機(jī)系統(tǒng)的軟件主要有兩個(gè)內(nèi)容, 其一是負(fù)責(zé)與主位機(jī)的通信；其二是控制擋車器的動(dòng)作。通信軟件中應(yīng)考慮上、下位機(jī)的握手信號(hào), 以確保通信的暢道, 并使上位機(jī)知道下位機(jī)的工作是否正常 [10～12] 。3 研究意義 眾所周知好的事物有它好的一面，也有不足的一面。目前就普通的擋車器存在的問題是：結(jié)構(gòu)不牢固，容易被強(qiáng)行沖撞，容易壞。而達(dá)不到攔車的目的。所以必須要研究出結(jié)構(gòu)牢固，強(qiáng)行沖撞不壞的擋車器來取而代之。其新的名字為防恐電子擋車器。近幾年，恐怖活動(dòng)日益猖獗，特別是一些公共場(chǎng)所如：機(jī)場(chǎng)、車站、港口、橋梁和政府部門機(jī)構(gòu)等都是恐怖分子感興趣的場(chǎng)所，為此各國采取了形式多樣的反恐措施。作為阻擋恐怖活動(dòng)的第一道關(guān)卡，擋車器起到關(guān)鍵的作用，而防恐電子擋車器專門為之設(shè)計(jì)的。它可以有效的防止恐怖分子沖撞普通擋車器類似事件的發(fā)生。本課題擬設(shè)計(jì)的防恐電子擋車器采用國內(nèi)外先進(jìn)的單片機(jī)控制設(shè)備，擬采用特殊的材料，具有壽命長(zhǎng)、性能穩(wěn)定、抗干擾性強(qiáng)、高性價(jià)比、高抗沖撞擊能力、實(shí)現(xiàn)靈活、易擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。而使用的微型單片機(jī)控制器具有體積小、使用簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)、快速高效等特點(diǎn)，便于方便控制與使用 [14,15]。4 結(jié)語在當(dāng)今不斷發(fā)生暴力恐怖等惡劣的條件環(huán)境下，進(jìn)一步研究處理好擋車器, 研究開發(fā)出新型的防恐電子擋車器已是燃眉之急。鑒與在目前常見的擋車器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)上，造出新的擋車器，在功能上更加強(qiáng)大，在結(jié)構(gòu)外觀上更加突出。為建立更和諧的社會(huì)獻(xiàn)出一份力量。參 考 文 獻(xiàn)[1] 探矽工作室.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)圣經(jīng)[M].第二版.北京:中國青年出版社,2003.[2] 劉麗芳,宋煥章,王明仕.計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社,2004.[3] 寧志剛,汪仁煌.基于PXA255的PDA交通管理系統(tǒng)在Linux 環(huán)境下的實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2004.[4] 張其善,楊東凱.嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)—GPS 車輛監(jiān)控系統(tǒng)[J].電子設(shè)計(jì)應(yīng)用,2006.[5] 李伯成.微型計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2004.[6] 鐵道部工務(wù)局.鐵路工務(wù)技術(shù)手冊(cè)軌道[M].北京:中國鐵道出版社, 2000.[7] 何立民.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京: 北京航空航天大學(xué)出版社,1992.[8] 高莉萍.北京地鐵八通線土橋車輛段停車列檢庫工藝設(shè)計(jì)[J].都市快軌交通, 2005,18(4).[9] 徐正和.射頻識(shí)別技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2001.[10] 蘇平.單片機(jī)原理與接口技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2003.[11] 胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社,1996.[12] 陳光東.單片徽型計(jì)葬機(jī)原理與接口技術(shù)[M].武漢：華中理工大學(xué)出版社,1993.[13] 蔣毓成.地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國計(jì)劃出版社,2003.[14] 徐正和,蔣毓成.城市軌道交通線路終端防護(hù)設(shè)備—DDCQ2型滑移式緩沖擋車器[J].城市軌道交通研究,2003.[15] 任靜.關(guān)于地鐵軌道設(shè)計(jì)中涉及多專業(yè)問題的思考[J].都市快軌交通,2005,18(1).畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：一．本課題需要解決的問題 近幾年，恐怖活動(dòng)日益猖獗，特別是一些公共場(chǎng)所如：機(jī)場(chǎng)、車站、港口、橋梁和政府部門機(jī)構(gòu)等都是恐怖分子感興趣的場(chǎng)所，為此各國采取了形式多樣的反恐措施。作為阻擋恐怖活動(dòng)的第一道關(guān)卡，擋車器起到關(guān)鍵的作用，而防恐電子擋車器專門為之設(shè)計(jì)的。它可以有效的防止恐怖分子沖撞普通擋車器類似事件的發(fā)生。所以本課題擬設(shè)計(jì)一種剛性擋車器，在重點(diǎn)進(jìn)行抗沖撞設(shè)計(jì)的同時(shí)，充分發(fā)揮單片機(jī)控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制。相關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)條件及要求如下：（1）路幅寬：5 米；（2）極限沖擊力：1000KN；（3）動(dòng)作時(shí)間：10s；（4）控制核心：?jiǎn)纹瑱C(jī)；（5）控制方式：現(xiàn)場(chǎng)按鈕控制、中央計(jì)算機(jī)集中控制、地感應(yīng)智能控制。二．?dāng)M采用的研究手段防恐電子擋車器整體的技術(shù)指標(biāo)是選擇和設(shè)計(jì)必須考慮的一個(gè)關(guān)鍵問題, 根據(jù)課題要求一般技術(shù)指標(biāo)及設(shè)計(jì)方案初步構(gòu)思如下:（1）結(jié)構(gòu)形式恐怖活動(dòng)日益猖獗，目前就普通的擋車器結(jié)構(gòu)不牢固，容易被強(qiáng)行沖撞，容易壞。而達(dá)不到攔車的目的。而防恐電子擋車器在重點(diǎn)進(jìn)行抗沖撞設(shè)計(jì)上下了功夫。采用先進(jìn)的材料，結(jié)構(gòu)采用平板式，充分發(fā)揮單片機(jī)控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制，抗極限沖擊力為1000KN。（2）控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)以8051單片機(jī)為控制核心，采用按鈕式。目前所用的單片機(jī)的型號(hào)有8051，8091等幾種。原因有下：與PLC相比，價(jià)格便宜，控制上比較方便。車輛的經(jīng)過。由地感應(yīng)智能控制感受到，然后傳止中央計(jì)算機(jī)集中控制，經(jīng)過它的處理傳到現(xiàn)場(chǎng)按鈕控制綠燈時(shí)擋板合下，紅燈時(shí)擋板上抬，成一定的角度。然后達(dá)到執(zhí)行強(qiáng)行擋車效果。如圖1所示：圖 1 控制硬件結(jié)構(gòu)圖結(jié)合綜述對(duì)擋車器的介紹，并對(duì)其進(jìn)行比較，可知防恐電子擋車器結(jié)構(gòu)牢固，不容易被強(qiáng)行沖撞，不容易壞，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易設(shè)計(jì)。所以防恐電子擋車器初步采用 8051 單片機(jī)控制，部分結(jié)構(gòu)可參照綜述中給出的擋車器的示意圖。地感應(yīng)智能控制中央計(jì)算機(jī)集中控制現(xiàn)場(chǎng)按鈕控制執(zhí)行擋 車 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告指導(dǎo)教師意見：1．對(duì)“文獻(xiàn)綜述”的評(píng)語：該生通過閱讀與本課題相關(guān)的參考文獻(xiàn)，進(jìn)行了一定的總結(jié)，撰寫的本文獻(xiàn)綜述能夠反映“防恐電子擋車器設(shè)計(jì)—擋車器總體及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的課題背景以及相關(guān)知識(shí)，論文撰寫較通順，符合規(guī)范，達(dá)到了撰寫文獻(xiàn)綜述要求和目的，為畢業(yè)設(shè)計(jì)后期分析打下了良好的基礎(chǔ)。2．對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測(cè)：“防恐電子擋車器設(shè)計(jì)—擋車器總體及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)”這一課題的深度、廣度及工作量均適中，合適學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間完成，希望該生能獨(dú)立的進(jìn)行擋車器總體及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究，完成課題的要求，撰寫畢業(yè)論文，達(dá)到進(jìn)行科研訓(xùn)練和本科畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求。指導(dǎo)教師： 年 月 日所在專業(yè)審查意見：負(fù)責(zé)人： 年 月 日