防恐電子擋車器設計——擋車器總體及控制系統(tǒng)設計
防恐電子擋車器設計——擋車器總體及控制系統(tǒng)設計,防恐電子擋車器設計——擋車器總體及控制系統(tǒng)設計,電子,擋車,設計,總體,整體,控制系統(tǒng)
南京理工大學泰州科技學院
畢業(yè)設計(論文)開題報告
學 生 姓 名：
王鋒
學 號：
0501510137
專 業(yè)：
機械工程及自動化
設計(論文)題目：
防恐電子擋車器設計
—擋車器總體及控制系統(tǒng)設計
指 導 教 師:
張衛(wèi) 張少文
2009年 3 月 22日
開題報告填寫要求
1．開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；
2．開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見；
3．“文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫（或打印）在本開題報告第一欄目內(nèi)，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于15篇科技論文的信息量，一般一本參考書最多相當于三篇科技論文的信息量（不包括辭典、手冊）；
4．有關年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。
畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告
1．結(jié)合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫
2000字左右的文獻綜述：
文 獻 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；針對目前市場上的擋車器存在的不足，指出了本設計課題的意義；最后總結(jié)了擋車器控制系統(tǒng)的設計方法及其控制原理。
關鍵詞 電子擋車器 防恐 控制系統(tǒng)
1 擋車器的發(fā)展現(xiàn)狀
隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展，科學技術的不斷進步，我國的交通運輸業(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用到了高等級公路、道路、社區(qū)、各企事業(yè)單位大門等方面。如圖1所示的某高級住宅小區(qū)的欄桿式自動電子擋車器[1～3]。
圖1 住宅區(qū)欄桿式自動擋車器
1.1 擋車器分類
隨著社會不斷的發(fā)展與進步，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)設計制造擋車器設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備使用要求,對產(chǎn)品的專業(yè)機械和控制電子性能設計還不夠理想,有些甚至在使用中出錯。目前市場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，其動作時間一般為1.2s～2s；中速擋車器，其動作的時間一般為2.5s～3s；低速擋車器，其動作時間一般為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：手動控制、遙控控制和通訊控制。
(4)根據(jù)擋車器的應用范圍可分為高速公路收費站自動擋車器,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)行機構(gòu)，人工智能系統(tǒng)等四大部分組成，其關系結(jié)構(gòu)如圖5所示[10.12]。
可編程控制器
傳感器
人工智能系統(tǒng)
執(zhí)行機構(gòu)
圖5 擋車器控制結(jié)構(gòu)
2 擋車器的控制技術
2.1 高速公路收費站自動擋車器的控制系統(tǒng)
我國目前國內(nèi)高速公路收費站自動擋車器詳細說明主要特點及功能如下：
(1)分部式彈簧可調(diào)節(jié)擋車桿不同長度的系統(tǒng)平衡，確保系統(tǒng)平穩(wěn)運行。
(2)采用國外進口低速力矩電機驅(qū)動，功耗低，力量大，具有正常的堵轉(zhuǎn)功能，堵轉(zhuǎn)時小電流壓住擋車桿不抖動。
(3)主控制器集成度高，邏輯功能強，可與環(huán)路感應器、位機等外圍設備配合使用。
(4)機箱涂覆國外進口噴粉沫，靜電噴涂后180度高溫烘干，抗腐蝕不裉色，極其美觀大方。
(5)傳動機構(gòu)連桿長度可調(diào)，可使擋車桿橫平豎直，美觀整齊。
(6)斷電時擋桿自動抬起，避免交通堵塞，不影響人工收費。
(7)采用關節(jié)軸承傳動，能克服機械誤差造成的傳動磨擦阻力，使機械性能更完美。
(8)機箱門位置任選，可根據(jù)需要四個方位任意變換。
(9)防砸車功能可確保機器和汽車的安全[5.6]。
目前高速公路收費站自動擋車器的一般功能為:
自動擋車器與環(huán)形線圈檢測器、通行指示燈配合工作,無車輛通行時，紅燈亮，擋車桿呈水平狀；收費完畢后，收費員按放行鍵后，通行指示燈由紅變綠，自動擋車器升桿。當車體離開環(huán)形線圈檢測器后，檢測器向主機發(fā)出車輛通過信號，主機控制自動擋車器落桿。擋車桿兩自由度旋轉(zhuǎn)以避免特殊情況下的硬性碰撞，對自動擋車器的可靠性要求很高，不能出現(xiàn)誤動作。在正常情況下,根據(jù)擋車桿的機械旋轉(zhuǎn)速度,從水平位置到垂直位置時間不超過115 s ,因此,在升桿過程中,如果115 s 之后無垂直檢測信號反饋,則判斷有故障。還可通過接觸器輔助觸點反饋來判斷升桿或落桿時電機故障。根據(jù)擋車器的功能畫出其系統(tǒng)流程圖如圖6 所示。升降電機的空開和接觸器的電流整定值根據(jù)實際電機功率相應匹配。在升桿和落桿的過程中,若出現(xiàn)故障則進行故障報警輸出,報警指示燈亮[7,8]。
圖6 擋車器動作流程圖
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)人員通過手動按扭來控制，如圖7所示。
圖7 門衛(wèi)人員通過手動按扭控制圖
擋車器與門衛(wèi)計算機的接口電路的主要功能是實現(xiàn)門衛(wèi)計算機與擋車器之間的通信與控制能力, 并實現(xiàn)光電隔離以保護計算機系統(tǒng)的安全。由于接口電路的功能相對簡單, 單片機系統(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用要求, 不必進行擴展。這樣的選擇既充分發(fā)揮了單片機的功能, 又最大限度地降低了電路的復雜性, 增強了實時系統(tǒng)的可靠性[9.13]。
系統(tǒng)的控制核心一般為89C52是單片機，控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖8所示。 單片機系統(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經(jīng)MAX232芯片轉(zhuǎn)換為RS232發(fā)電平后與門衛(wèi)計算機的串行通信口相連, 以接受門衛(wèi)計算機發(fā)出的指令。這里還設置了一組LED指示燈是供測試時使用的。其作用是在不連接擋車器的情況下就能觀察到上位機(門衛(wèi)計算機)發(fā)出的指令是否正確地從單片機輸出。這樣既方便了軟件的調(diào)試, 又能在系統(tǒng)運行出現(xiàn)故障時迅速查找故障位置。這是一種非常好的設計思路, 從系統(tǒng)實際運行的情況看, 這一功能非常適用。
圖8 擋車器微機控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
單片機系統(tǒng)的軟件主要有兩個內(nèi)容, 其一是負責與主位機的通信；其二是控制擋車器的動作。通信軟件中應考慮上、下位機的握手信號, 以確保通信的暢道, 并使上位機知道下位機的工作是否正常 [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，容易被強行沖撞，容易壞。而達不到攔車的目的。所以必須要研究出結(jié)構(gòu)牢固，強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，恐怖活動日益猖獗，特別是一些公共場所如：機場、車站、港口、橋梁和政府部門機構(gòu)等都是恐怖分子感興趣的場所，為此各國采取了形式多樣的反恐措施。作為阻擋恐怖活動的第一道關卡，擋車器起到關鍵的作用，而防恐電子擋車器專門為之設計的。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。
本課題擬設計的防恐電子擋車器采用國內(nèi)外先進的單片機控制設備，擬采用特殊的材料，具有壽命長、性能穩(wěn)定、抗干擾性強、高性價比、高抗沖撞擊能力、實現(xiàn)靈活、易擴展等優(yōu)點。而使用的微型單片機控制器具有體積小、使用簡單、通用性強、快速高效等特點，便于方便控制與使用[14,15]。
4 結(jié)語
在當今不斷發(fā)生暴力恐怖等惡劣的條件環(huán)境下，進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)與特點上，造出新的擋車器，在功能上更加強大，在結(jié)構(gòu)外觀上更加突出。為建立更和諧的社會獻出一份力量。
參 考 文 獻
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畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 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，恐怖活動日益猖獗，特別是一些公共場所如：機場、車站、港口、橋梁和政府部門機構(gòu)等都是恐怖分子感興趣的場所，為此各國采取了形式多樣的反恐措施。作為阻擋恐怖活動的第一道關卡，擋車器起到關鍵的作用，而防恐電子擋車器專門為之設計的。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。所以本課題擬設計一種剛性擋車器，在重點進行抗沖撞設計的同時，充分發(fā)揮單片機控制技術的優(yōu)勢，實現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制。
相關設計技術條件及要求如下：
（1）路幅寬：5米；
（2）極限沖擊力：1000KN；
（3）動作時間：10s；
（4）控制核心：單片機；
（5）控制方式：現(xiàn)場按鈕控制、中央計算機集中控制、地感應智能控制。
二．擬采用的研究手段
防恐電子擋車器整體的技術指標是選擇和設計必須考慮的一個關鍵問題, 根據(jù)課題要求一般技術指標及設計方案初步構(gòu)思如下:
（1）結(jié)構(gòu)形式
恐怖活動日益猖獗，目前就普通的擋車器結(jié)構(gòu)不牢固，容易被強行沖撞，容易壞。而達不到攔車的目的。而防恐電子擋車器在重點進行抗沖撞設計上下了功夫。采用先進的材料，結(jié)構(gòu)采用平板式，充分發(fā)揮單片機控制技術的優(yōu)勢，實現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制，抗極限沖擊力為1000KN。
（2）控制系統(tǒng)硬件設計
以8051單片機為控制核心，采用按鈕式。目前所用的單片機的型號有8051，8091等幾種。原因有下：與PLC相比，價格便宜，控制上比較方便。車輛的經(jīng)過。由地感應智能控制感受到，然后傳止中央計算機集中控制，經(jīng)過它的處理傳到現(xiàn)場按鈕控制綠燈時擋板合下，紅燈時擋板上抬，成一定的角度。然后達到執(zhí)行強行擋車效果。如圖1所示：
現(xiàn)場按鈕控制
中央計算機集中控制
地感應智能控制
執(zhí)行擋 車
圖1 控制硬件結(jié)構(gòu)圖
結(jié)合綜述對擋車器的介紹，并對其進行比較，可知防恐電子擋車器結(jié)構(gòu)牢固，不容易被強行沖撞，不容易壞，結(jié)構(gòu)簡單易設計。所以防恐電子擋車器初步采用8051單片機控制，部分結(jié)構(gòu)可參照綜述中給出的擋車器的示意圖。
畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告
指導教師意見：
1．對“文獻綜述”的評語：
該生通過閱讀與本課題相關的參考文獻，進行了一定的總結(jié)，撰寫的本文獻綜述能夠反映“防恐電子擋車器設計—擋車器總體及控制系統(tǒng)設計”的課題背景以及相關知識，論文撰寫較通順，符合規(guī)范，達到了撰寫文獻綜述要求和目的，為畢業(yè)設計后期分析打下了良好的基礎。
2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結(jié)果的預測：
“防恐電子擋車器設計—擋車器總體及控制系統(tǒng)設計”這一課題的深度、廣度及工作量均適中，合適學生在畢業(yè)設計期間完成，希望該生能獨立的進行擋車器總體及控制系統(tǒng)設計的研究，完成課題的要求，撰寫畢業(yè)論文，達到進行科研訓練和本科畢業(yè)設計的要求。
指導教師：
年 月 日
所在專業(yè)審查意見：
負責人：
年 月 日
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