自动验票闸门用低速无刷直流电机的直驱控制
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摘 要：本文实现了用单片机和红外传感器控制直流无刷电机直接驱动自动验票闸门。论文分析了用单片机和红外传感器控制直流无刷电机的控制原理，同时阐述了利用时间继电器控制直流无刷电机的控制原理，用以对比；以单片机为核心设计控制电路，实现对直流无刷电机的正、反转与停转的控制，直接驱动自动验票闸门。
关键词：直流无刷电机 自动验票闸门 直驱控制
1. 引言
随着人们生活水平快速发展，自动验票闸门系统在交通、旅游等方面得到了广泛的应用。通过深入调查后发现，现有自动验票闸门系统采用直流电机通过齿轮减速器控制，导致控制精度不高，损耗较大且寿命不长，在实际运行中经常出现夹住行人或行李的现象。并且由于齿轮减速属于机械传动装置，反应不够灵敏，不易于控制，有一定安全隐患[1]。
由于直流无刷电动机既具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具备直流电动机运行效率高、噪声低、调速性能良好等诸多特点，故在军工行业、航天、家电等方面得到了广泛应用[2]。
基于直流无刷电机这些优点，针对上述问题，本文采用单片机控制直流无刷电机直接驱动自动验票闸门，同时，结合红外传感器等辅助设备实现对自动验票闸门更加迅速、精确、灵敏的控制。该系统不需要齿轮减速器，能有效减少齿轮传动引起的摩擦，减少噪音，可有效避免由于齿轮减速所带来的弊端，使电机易于控制，反应加快，且可以根据需求对其运行方式进行灵活控制。
2. 用直流无刷电机直接驱动自动验票闸门整体结构
用低速无刷直流电机直驱控制的自动验票闸门，包括底座、电机控制器、时间继电器、电机控制线、直流无刷电机、门箱、阻拦门、电机转轴[3]。其整体结构侧视图如图1（a）所示，整体结构及其工作状态正视图如图1（b）所示。
图中电机控制器与时间继电器连接，电机控制线一端连接电机控制器，一端连接直流电机，电机转轴伸出箱体外，连接阻拦门。直流无刷电机通过电机转轴直接与阻拦门连接，带动其旋转。控制器的控制电路由三个并联时间继电器电路构成。
3. 用时间继电器实现控制验票闸门的原理
本电路主要由延时范围为0～1s的时间继电器组成，简易方便、运用灵活，通过控制电机的正转、制动、停止，实现了闸门的打开、暂停、关闭的过程。其整体电路图如图2所示。其中，1、5、4、8、9、12、13、14为其引脚标号：其中13、14接总电源，1、4为常闭端口，5、8为常开端口。
图中所示电路功能说明如表1所示，表格中所示时间可通过调节时间继电器中时间整定值改变。
4. 用单片机和红外传感器控制直流无刷电机的原理
用时间继电器实现的直流无刷电机直驱验票闸门虽然简易方便，但受时间继电器本身精度限制，闸门不能充分发挥直驱的优点，运行时发现如下缺点：
1）电路功能不太完善，不能自如地控制反转阶段的时间。
2）电机断电后的自动调整造成转轴的回转，影响到闸门位置的准确性。
3）控制时间不够精确，不能充分发挥直流无刷电机易于控制，反应灵敏的优点。
针对上述问题，将更为精确的单片机应用到控制电路中，在提高了电机反应灵敏性的同时结合红外感应器，实现了直流无刷电机的自动调速和启停[4]，图3为单片机和红外传感器控制直流无刷电机原理图。
图3 用单片机控制无刷直流电机的电路图
上述控制中，主要程序如下：
#include "reg51.h"
#include "intrins.h"
sbit input1=P1^0；
sbit input2=P1^1；
sbit s1=P1^6；
sbit s2=P1^7；＼＼定义接口名称
void Delay（unsigned int dt） ＼＼自定义延时程序
{unsigned int j=0；
for（；dt>0；dt--）
{ for（j=0；j
{；}
}
}
void main（） ＼＼主程序开始
{while（1）
{if（input1==0）＼＼检测是否有卡刷入
{s2=0； ＼＼电机反转，开门
Delay（1100）；
s2=1； ＼＼适当延时后制动，开门结束
while（1）
{if（input2==0）
{break；}
}；＼＼无限循环程序，检测乘客是否通过
Delay（500）；
s1=0； ＼＼行人通过并经短暂延时后，首先将电机控制方式在制动状态下转换为正转模式
Delay（500）；
s2=0； ＼＼再经短暂延时后，接通s2常开触点，使电机脱离制动状态，开始正转，关门
Delay（950）；
s2=1； ＼＼在适当延时后断开s2常开触点，使电机制动，关门结束
Delay（500）；
s1=1；＼＼经短暂延时后，恢复控制回路至初始状态
}}}
5. 结束语
本文以stc12c4052AD单片机为核心，结合红外感应器的应用，实现了对直流无刷电机的精确控制，提高了电机反应的灵敏性，并使直流无刷电机的调速和启停实现自动化。经过调试，该系统运行可靠、精确。将直流无刷电机应用于自动验票闸门将极大改善现有自动验票闸门自身的不足，为人们提供更优质更便捷的服务。综合直流无刷电机的各种优良特性，将低速无刷直流电机运用于自动验票系统将会成为未来的主流趋势[5]。
参考文献
[1] 戴建强.铁路自动验票机研究与设计.铁路技术创新.2012年04期
[2] 王家敏，陈德荣.基于DSP控制的无刷直流电机在轨道交通屏蔽门中的应用.工业控制计算机.2004年11期
[3] 杨承东.轨道交通自动售检票系统国产化现状与展望.都市快轨交通。2012年06期
[4] 李倩，刘明基，李祥永.基于MC33033的无刷直流电动机速度控制
[5] 王雪鹏.城市轨道交通自动售验票系统阻拦方式选择. 2012中国城市轨道交通关键技术论坛暨第三届中国（长春）国际轨道交通论坛.2012-10-18