STM32拍打式闸门控制器设计+电路图+PCB图(5)
⑸过载能力：步进电机一般不具有过载能力。伺服电机具有较强过载能力。
⑹速度响应性能：步进电机从静止加速到工作转速（通常为每分钟几百转）需要200～400ms。伺服电机加速性能较好，可用于要求快速启停的控制场合。
通常要求闸门机构开门用时为0.7s，根据闸门机构固有参数及所需角加速度（按10πrad/s2）计算得电机转矩应达到4.7 N•m[14][15]，本系统中选用的电机为森创86BYG250CN型步进电机，其保持转矩可达7.5N•m。通过森创SH-20806N-D-A型两相混合式步进电机细分驱动器接入电路板，该型号驱动器部分参数如表2.2所示。
供电电源 24～70VDC，容量0.2KVA
驱动方式 恒相流PWM控制
励磁方式 整步、半步、4细分、8细分、16细分、32细分、64细分
使用场合 避免粉尘、油雾及腐蚀性气体
温度 0℃～+50℃
表2.2 森创SH-20806N-D-A型两相混合式步进电机细分驱动器参数
电机驱动器典型连接图如图2.7。系统接线时，应当遵循强电线（电机相线、电源线）与弱电信号线分开的原则，避免控制信号受到强电线的干扰。在无法分开布线或有强干扰源（变频器、电磁阀等）存在的情况下，最好使用屏蔽电缆传输控制信号；采用较高的电平控制信号也对抗干扰有积极意义。当控制信号不是TTL电平时，应根据信号电压大小在各信号输入端口（非公共端口）外串限流电阻，每路信号都要使用单独的限流电阻，不可共用。
图2.7 电机驱动器典型连接
2.3.2位置检测装置
由于步进电机在运转时可能出现失步等问题导致无法将闸门开关至要求的位置，在开关闸门过程中，需通过一些辅助设备让闸门准确开关到位。本系统中采用了位置检测装置作为闸门开关到位的辅助设备，每组由一块位置传感器挡片和三个对射式微型光电传感器组成，对应一台电机，在一个闸门通道两边各装有一组。
对射式微型光电传感器选用OMRON EE-SV3-C型传感器，该传感器采用24V供电，输出高电平为24V，在传感器供电时需在供电引脚处焊接大小为3K的限流电阻对传感器进行保护，两边各使用三个传感器，被遍号为a、b、c。位置传感器挡片采用不透明材料，其厚度小于对射式微型光电传感器发射端和接受端中间间隙大小，形状如图2.8所示，当闸门处于关闭状态时，图中的挡片A、B、C三处的突出部分正好分别挡住三个传感器a、b、c，其中B、C两处突出部分宽相同，A处宽为B处宽的两倍。
工作原理如下：根据开关闸门位置的要求，通常要求闸机可以在需要时改变出入口顺序，故闸门需要具备往两个方向开门的能力，因此系统在机械结构上将闸门转动范围限制在关门位置的±90°以内，即正常开门位置到反向开门位置。位置检测装置安装如图2.9所示，三个传感器安装在同一高度，固定于机壳，挡片被固定在转动轴上，高度在传感器的发射端和接收端之间，挡片的突出部分在安装后可挡住传感器。当闸门随电机转动时，挡片也随转动轴转动，此时在不同位置挡片遮挡三个传感器的情况也各不相同，将传感器a、b、c的信号按顺序排列，作为编码，则可以不同编码值代表挡片遮挡的不同状态，即可得出此时门的位置范围，由此来辅助控制电路对步进电机控制使闸门能准确开关到位。根据两边传感器布置及挡片形状，可从理论上得出两边闸门的位置传感器输出编码对应的闸门运动范围，其示意图如图2.10。若传感器挡片采用较简单的形状，如仅在A、B、C三个位置存在三个宽与B处宽相同的突出部分，则产生的编码仅仅能指示出门在两向开门位置及关门位置，当门处于其他位置时将无法通过编码确定门的位置范围，这将对门的位置复位和开闭控制非常不利；若采用更复杂的挡片形状，如在一个带有数个突出或凹陷部分的圆形，则该模块产生的编码数将大大增加，同一编码将对应更多的区域，不利于位置的确定；若采用更多的传感器，则编码数量将大大增加，不利于数据的分析和程序处理。因此，本系统采用了目前的挡片形状及传感器布置。