1.导言
电动栏杆机是机电一体化设备，不只运用于公路、桥梁和口岸，一起也广泛运用在各种场区的禁行办理场合。电动栏杆体系规划的技能水平对产品的功耗、寿数及牢靠性影响很大。现在我国的高速公路收费站内每一条车道都装备一台电动栏杆机。电动栏杆的快速与安稳工作对车辆快速经过收费站有着十分重要的含义。
传统的电动栏杆机大多选用继电器操控带有大减速比减速异步电机的结构方法，大多数电动栏杆需要与上位机联网，由上位机宣布操控指令，经过核算机内的接口卡操控栏杆机的起停，并检测安装在电动栏杆机上的行程开关来操控抬起与落下的行程。因为核算机的不安稳性与体系不牢靠性，使得电动栏杆机的牢靠性下降，电动栏杆机毛病引起的高速公路车流不畅层出不穷。别的选用核算机作为操控器使得电动栏杆机的本钱大幅进步，而选用核算机的理由只是是为了与上位机联网，因而规划一款带有以太网总线的嵌入式电动栏杆机操控器既处理了牢靠性与安稳性问题，也使得体系总本钱大幅下降。
2.整体结构
本文规划的电动栏杆机选用低速无刷电机直接拖动拦杆组织，操控器选用STM32作为主操控器，并由STM32内部PWM模块发生PWM波形驱动智能功率模块(IPM)中的功率器材的导通与关断来驱动无刷电机的工作。操控器检测无刷电机的霍尔信号以核算出行程，在电动工作的过程中，仅以抬起最大方位点为原点，原点检测是经过检测无刷电机的电流改变来完成。这种计划不只能够习惯不同的电动栏杆机的运用场合，能与各种车道操控器联网，其工作舒适感也得到大幅度进步。
3.硬件结构
3.1 硬件电路
电动栏杆机选用全数字操控方法，大大下降了硬件电路的杂乱程度，其硬件电路由电源电路、STM32操控电路、IPM驱动电路、方位信号处理和通讯电路及其他外围电路组成。为了下降本钱，进步产品竞争力，电动栏杆机选用非阻隔方法规划。
3.2 电源规划
电动栏杆机的首要器材是无刷电机，为了下降电机磁场对电源的搅扰以及进步体系的电磁兼容才能，电源输入通道规划成规范的二级EMI滤波器，前级为共模滤波加后级差模滤波。
3.3 主操控芯片
操控器选用根据Cortex-M3内核的32位嵌入式操控器–STM32F107,这是一款十分合适于网络通讯的微处理器，片内集成MAC操控器、CAN总线操控器和多路串行通讯接口，别的这款芯片也集成完好的电机操控模块，能够灵敏操控无刷直流电机和其他交直流电机。
3.4 方位检测
为了完成电动栏杆快速工作并避免到位冲击，运用霍尔传感器检测组织的行程，STM32内部集成编码器接口能够对滚动中的颤动进行按捺。
3.5 以太网接口
STM32F107内部集成了MAC操控器，能够输出25MHz或50MHz时钟信号，能够驱动外部以太网物理层(PHY)芯片，并支撑MII和RMII,进步了规划人员挑选最佳的PHY芯片的灵敏性。
本规划中选用DP83848作为PHY芯片，能够完成CSMA/CD部分功用。
3.6 其他通讯接口
为了与总线式车道操控器或与其他体系联网工作，电动栏杆机除了规划以太网接口以外还规划了CAN总线接口与485通讯接口。
3.7 地感线圈接口
为了完成防砸功用，栏杆机留有地感线圈接口，选用STM32的定时器接品检测LC振动电路的振动频率，用以判别是否有轿车经过，以及经过的速度。当有轿车彻底经过栏杆机方位时，栏杆机主动落下。
4.软件规划
电动栏杆机的首要功用是完成对无刷电机的驱动的操控，以及检测地感线圈信号。电机的工作及速度参数由总线操控。整个软件程序选用模块化规划思维，用ANSI C进行编写，经过用户的需求进行功用组合满意不同场合运用，体系软件选用Keil MDK开发环境。
4.1 ModBus/TCP报文结构
电动栏杆机与上位机之间的通讯选用以太网联接和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，详细报文结构如表1所示。
4.2 寄存器界说
通讯协议中寄存器界说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间隔等。
5.工作特性
本次规划的电动栏杆机操控器原理样机为无刷电机功率为60W,转子极数为100极，电机额外转速为100rpm.经过测验栏杆翻开至80度时能够到达0.3s至2.0s的起杆速度，而且速度可调。
6.定论
现在大多数进口电动栏杆机也选用相似技能，但其报价是国产设备的数倍之多，本次规划这款电动栏杆机操控器具有结构简略、功能牢靠、兼容性强等特色，特别合适多车道联网的电子不泊车收费体系。
