电动栏杆机硬软件结构解析
时间：2015-07-23 阅读：2996
1、硬件结构-硬件电路
电动栏杆机采用全数字控制方式，大大降低了硬件电路的复杂程度，其硬件电路由电源电路、STM32控制电路、IPM驱动电路、位置信号处理和通信电路及其他外围电路组成。为了降低成本，提高产品竞争力，电动栏杆机采用非隔离方式设计。
电源设计，电动栏杆机的主要器件是无刷电机，为了降低电机磁场对电源的干扰以及提高系统的电磁兼容能力，电源输入通道设计成标准的二级EMI滤波器，前级为共模滤波加后级差模滤波。
主控制芯片，控制器采用基于Cortex-M3内核的32位嵌入式控制器--STM32F107,这是一款非常适合于网络通讯的微处理器，片内集成MAC控制器、CAN总线控制器和多路串行通讯接口，另外这款芯片也集成完整的电机控制模块，可以灵活控制无刷直流电机和其他交直流电机。
位置检测，为了实现电动栏杆快速运行并防止到位冲击，使用霍尔传感器检测机构的行程，STM32内部集成编码器接口可以对转动中的抖动进行抑制。
以太网接口，STM32F107内部集成了MAC控制器，可以输出25MHz或50MHz时钟信号，可以驱动外部以太网物理层（PHY）芯片，并支持MII和RMII,提高了设计人员选择*的PHY芯片的灵活性。本设计中采用DP83848作为PHY芯片，可以实现CSMA/CD部分功能。
其他通讯接口，为了与总线式车道控制器或与其他系统联网运行，电动栏杆机除了设计以太网接口以外还设计了CAN总线接口与485通讯接口。
地感线圈接口，为了实现防砸功能，栏杆机留有地感线圈接口，采用STM32的定时器接品检测LC振荡电路的振荡频率，用以判断是否有汽车经过，以及经过的速度。当有汽车*通过栏杆机位置时，栏杆机自动落下。
2、软件设计
电动栏杆机的主要功能是完成对无刷电机的驱动的控制，以及检测地感线圈信号。电机的运行及速度参数由总线控制。整个软件程序采用模块化设计思想，用ANSIC进行编写，通过用户的需求进行功能组合满足不同场合应用，系统软件采用KeilMDK开发环境。
ModBus/TCP报文结构，电动栏杆机与上位机之间的通讯采用以太网联接和ModBus/TCP通讯协议，栏杆机作为协议从站。ModBus/TCP报文结构是将ModBus数据打包到TCP报文内。
寄存器定义，通讯协议中寄存器定义为主从站之间的通讯规约，如4001寄存器为栏杆机速度，4002寄存器为栏杆机缓行距离等。
运行特性，本次设计的电动栏杆机控制器原理样机为无刷电机功率为60W,转子极数为100极，电机额定转速为100rpm.通过测试栏杆打开至80度时可以达到0.3s至2.0s的起杆速度，并且速度可调。