電動欄桿機硬軟件結構解析
閱讀：3062發布時間：2015-7-23
本文設計的電動欄桿機選用低速無刷電機直接拖動攔桿機構，控制器采用STM32作為主控制器，并由STM32內部PWM模塊產生PWM波形驅動智能功率模塊（IPM）中的功率器件的導通與關斷來驅動無刷電機的運轉。控制器檢測無刷電機的霍爾信號以計算出程，在電動運行的過程中，僅以抬起zui大位置點為原點，原點檢測是通過檢測無刷電機的電流變化來實現。這種方案不僅可以適應不同的電動欄桿機的應用場合，能與各種車道控制器聯網，其運行舒適感也得到大幅度提高。
1、硬件結構-硬件電路
電動欄桿機采用全數字控制方式，大大降低了硬件電路的復雜程度，其硬件電路由電源電路、STM32控制電路、IPM驅動電路、位置信號處理和通信電路及其他外圍電路組成。為了降低成本，提高產品競爭力，電動欄桿機采用非隔離方式設計。
電源設計，電動欄桿機的主要器件是無刷電機，為了降低電機磁場對電源的干擾以及提高系統的電磁兼容能力，電源輸入通道設計成標準的二級EMI濾波器，前級為共模濾波加后級差模濾波。
主控制芯片，控制器采用基于Cortex-M3內核的32位嵌入式控制器--STM32F107,這是一款非常適合于網絡通訊的微處理器，片內集成MAC控制器、CAN總線控制器和多路串行通訊接口，另外這款芯片也集成完整的電機控制模塊，可以靈活控制無刷直流電機和其他交直流電機。
位置檢測，為了實現電動欄桿快速運行并防止到位沖擊，使用霍爾傳感器檢測機構的行程，STM32內部集成編碼器接口可以對轉動中的抖動進行抑制。
以太網接口，STM32F107內部集成了MAC控制器，可以輸出25MHz或50MHz時鐘信號，可以驅動外部以太網物理層（PHY）芯片，并支持MII和RMII,提高了設計人員選擇*的PHY芯片的靈活性。本設計中采用DP83848作為PHY芯片，可以實現CSMA/CD部分功能。
其他通訊接口，為了與總線式車道控制器或與其他系統聯網運行，電動欄桿機除了設計以太網接口以外還設計了CAN總線接口與485通訊接口。
地感線圈接口，為了實現防砸功能，欄桿機留有地感線圈接口，采用STM32的定時器接品檢測LC振蕩電路的振蕩頻率，用以判斷是否有汽車經過，以及經過的速度。當有汽車*通過欄桿機位置時，欄桿機自動落下。
2、軟件設計
電動欄桿機的主要功能是完成對無刷電機的驅動的控制，以及檢測地感線圈信號。電機的運行及速度參數由總線控制。整個軟件程序采用模塊化設計思想，用ANSIC進行編寫，通過用戶的需求進行功能組合滿足不同場合應用，系統軟件采用KeilMDK開發環境。
ModBus/TCP報文結構，電動欄桿機與上位機之間的通訊采用以太網聯接和ModBus/TCP通訊協議，欄桿機作為協議從站。ModBus/TCP報文結構是將ModBus數據打包到TCP報文內。
寄存器定義，通訊協議中寄存器定義為主從站之間的通訊規約，如4001寄存器為欄桿機速度，4002寄存器為欄桿機緩行距離等。
運行特性，本次設計的電動欄桿機控制器原理樣機為無刷電機功率為60W,轉子極數為100極，電機額定轉速為100rpm.通過測試欄桿打開至80度時可以達到0.3s至2.0s的起桿速度，并且速度可調。
