本文設(shè)計的電動欄桿機(jī)選用低速無刷電機(jī)直接拖動攔桿機(jī)構(gòu)，控制器采用STM32作為主控制器，并由STM32內(nèi)部PWM模塊產(chǎn)生PWM波形驅(qū)動智能功率模塊（IPM）中的功率器件的導(dǎo)通與關(guān)斷來驅(qū)動無刷電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)?？刂破鳈z測無刷電機(jī)的霍爾信號以計算出程，在電動運(yùn)行的過程中，僅以抬起zui大位置點(diǎn)為原點(diǎn)，原點(diǎn)檢測是通過檢測無刷電機(jī)的電流變化來實現(xiàn)。這種方案不僅可以適應(yīng)不同的電動欄桿機(jī)的應(yīng)用場合，能與各種車道控制器聯(lián)網(wǎng)，其運(yùn)行舒適感也得到大幅度提高。
　　
　　1、硬件結(jié)構(gòu)-硬件電路
　　
　　電動欄桿機(jī)采用全數(shù)字控制方式，大大降低了硬件電路的復(fù)雜程度，其硬件電路由電源電路、STM32控制電路、IPM驅(qū)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(chǎn)品競爭力，電動欄桿機(jī)采用非隔離方式設(shè)計。
　　
　　電源設(shè)計，電動欄桿機(jī)的主要器件是無刷電機(jī)，為了降低電機(jī)磁場對電源的干擾以及提高系統(tǒng)的電磁兼容能力，電源輸入通道設(shè)計成標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)核的32位嵌入式控制器--STM32F107,這是一款非常適合于網(wǎng)絡(luò)通訊的微處理器，片內(nèi)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(jī)控制模塊，可以靈活控制無刷直流電機(jī)和其他交直流電機(jī)。
　　
　　位置檢測，為了實現(xiàn)電動欄桿快速運(yùn)行并防止到位沖擊，使用霍爾傳感器檢測機(jī)構(gòu)的行程，STM32內(nèi)部集成編碼器接口可以對轉(zhuǎn)動中的抖動進(jìn)行抑制。
　　
　　以太網(wǎng)接口，STM32F107內(nèi)部集成了MAC控制器，可以輸出25MHz或50MHz時鐘信號，可以驅(qū)動外部以太網(wǎng)物理層（PHY）芯片，并支持MII和RMII,提高了設(shè)計人員選擇*的PHY芯片的靈活性。本設(shè)計中采用DP83848作為PHY芯片，可以實現(xiàn)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(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，電動欄桿機(jī)除了設(shè)計以太網(wǎng)接口以外還設(shè)計了CAN總線接口與485通訊接口。
　　
　　地感線圈接口，為了實現(xiàn)防砸功能，欄桿機(jī)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(jīng)過，以及經(jīng)過的速度。當(dāng)有汽車*通過欄桿機(jī)位置時，欄桿機(jī)自動落下。
　　
　　2、軟件設(shè)計
　　
　　電動欄桿機(jī)的主要功能是完成對無刷電機(jī)的驅(qū)動的控制，以及檢測地感線圈信號。電機(jī)的運(yùn)行及速度參數(shù)由總線控制。整個軟件程序采用模塊化設(shè)計思想，用ANSIC進(jìn)行編寫，通過用戶的需求進(jìn)行功能組合滿足不同場合應(yīng)用，系統(tǒng)軟件采用KeilMDK開發(fā)環(huán)境。
　　
　　ModBus/TCP報文結(jié)構(gòu)，電動欄桿機(jī)與上位機(jī)之間的通訊采用以太網(wǎng)聯(lián)接和ModBus/TCP通訊協(xié)議，欄桿機(jī)作為協(xié)議從站。ModBus/TCP報文結(jié)構(gòu)是將ModBus數(shù)據(jù)打包到TCP報文內(nèi)。
　　
　　寄存器定義，通訊協(xié)議中寄存器定義為主從站之間的通訊規(guī)約，如4001寄存器為欄桿機(jī)速度，4002寄存器為欄桿機(jī)緩行距離等。
　　
　　運(yùn)行特性，本次設(shè)計的電動欄桿機(jī)控制器原理樣機(jī)為無刷電機(jī)功率為60W,轉(zhuǎn)子極數(shù)為100極，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速為100rpm.通過測試欄桿打開至80度時可以達(dá)到0.3s至2.0s的起桿速度，并且速度可調(diào)。