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南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
學(xué) 生 姓 名：
王鋒
學(xué) 號：
0501510137
專 業(yè)：
機械工程及自動化
設(shè)計(論文)題目：
防恐電子擋車器設(shè)計
—擋車器總體及控制系統(tǒng)設(shè)計
指 導(dǎo) 教 師:
張衛(wèi) 張少文
2009年 3 月 22日
開題報告填寫要求
1．開題報告（含“文獻(xiàn)綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；
2．開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時交給指導(dǎo)教師簽署意見；
3．“文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內(nèi)，學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15篇科技論文的信息量，一般一本參考書最多相當(dāng)于三篇科技論文的信息量（不包括辭典、手冊）；
4．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo)GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。
畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告
1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫
2000字左右的文獻(xiàn)綜述：
文 獻(xiàn) 綜 述
摘要 本文介紹了目前電子擋車器的發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了其分類及組成；針對目前市場上的擋車器存在的不足，指出了本設(shè)計課題的意義；最后總結(jié)了擋車器控制系統(tǒng)的設(shè)計方法及其控制原理。
關(guān)鍵詞 電子擋車器 防恐 控制系統(tǒng)
1 擋車器的發(fā)展現(xiàn)狀
隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國的交通運輸業(yè)也發(fā)生了日新月異的變化，各大高速公路如雨后春筍般地興建，因此給電子擋車器的要求也越來越高。越來越多的擋車器運用到了高等級公路、道路、社區(qū)、各企事業(yè)單位大門等方面。如圖1所示的某高級住宅小區(qū)的欄桿式自動電子擋車器[1～3]。
圖1 住宅區(qū)欄桿式自動擋車器
1.1 擋車器分類
隨著社會不斷的發(fā)展與進(jìn)步，擋車器其結(jié)果也越來越固定成型。而且越來越受到大眾的歡迎。但目前,我國專業(yè)設(shè)計制造擋車器設(shè)備的公司和廠家很少,僅有的幾家也只能在基本功能上滿足設(shè)備使用要求,對產(chǎn)品的專業(yè)機械和控制電子性能設(shè)計還不夠理想,有些甚至在使用中出錯。目前市場上有各式各樣的擋車器：
(1) 根據(jù)切換速度的快慢可分為：高速擋車器，其動作時間一般為1.2s～2s；中速擋車器，其動作的時間一般為2.5s～3s；低速擋車器，其動作時間一般為4.5s以上。
(2)根據(jù)外形結(jié)構(gòu)可分為：直臂型擋車器，欄柵型擋車器，曲臂型擋車器。如圖：
圖2 直臂型擋車器
圖3 曲臂型擋車器
圖4 欄柵型擋車器
(3)根據(jù)控制的方式可分為：手動控制、遙控控制和通訊控制。
(4)根據(jù)擋車器的應(yīng)用范圍可分為高速公路收費站自動擋車器,汽車擋車器,高檔住宅區(qū)智能擋車器,城市軌道交通擋車器等幾種[4]。
1.2 擋車器的組成
擋車器的大體控制結(jié)構(gòu)由可編程控制器、傳感器，執(zhí)行機構(gòu)，人工智能系統(tǒng)等四大部分組成，其關(guān)系結(jié)構(gòu)如圖5所示[10.12]。
可編程控制器
傳感器
人工智能系統(tǒng)
執(zhí)行機構(gòu)
圖5 擋車器控制結(jié)構(gòu)
2 擋車器的控制技術(shù)
2.1 高速公路收費站自動擋車器的控制系統(tǒng)
我國目前國內(nèi)高速公路收費站自動擋車器詳細(xì)說明主要特點及功能如下：
(1)分部式彈簧可調(diào)節(jié)擋車桿不同長度的系統(tǒng)平衡，確保系統(tǒng)平穩(wěn)運行。
(2)采用國外進(jìn)口低速力矩電機驅(qū)動，功耗低，力量大，具有正常的堵轉(zhuǎn)功能，堵轉(zhuǎn)時小電流壓住擋車桿不抖動。
(3)主控制器集成度高，邏輯功能強，可與環(huán)路感應(yīng)器、位機等外圍設(shè)備配合使用。
(4)機箱涂覆國外進(jìn)口噴粉沫，靜電噴涂后180度高溫烘干，抗腐蝕不裉色，極其美觀大方。
(5)傳動機構(gòu)連桿長度可調(diào)，可使擋車桿橫平豎直，美觀整齊。
(6)斷電時擋桿自動抬起，避免交通堵塞，不影響人工收費。
(7)采用關(guān)節(jié)軸承傳動，能克服機械誤差造成的傳動磨擦阻力，使機械性能更完美。
(8)機箱門位置任選，可根據(jù)需要四個方位任意變換。
(9)防砸車功能可確保機器和汽車的安全[5.6]。
目前高速公路收費站自動擋車器的一般功能為:
自動擋車器與環(huán)形線圈檢測器、通行指示燈配合工作,無車輛通行時，紅燈亮，擋車桿呈水平狀；收費完畢后，收費員按放行鍵后，通行指示燈由紅變綠，自動擋車器升桿。當(dāng)車體離開環(huán)形線圈檢測器后，檢測器向主機發(fā)出車輛通過信號，主機控制自動擋車器落桿。擋車桿兩自由度旋轉(zhuǎn)以避免特殊情況下的硬性碰撞，對自動擋車器的可靠性要求很高，不能出現(xiàn)誤動作。在正常情況下,根據(jù)擋車桿的機械旋轉(zhuǎn)速度,從水平位置到垂直位置時間不超過115 s ,因此,在升桿過程中,如果115 s 之后無垂直檢測信號反饋,則判斷有故障。還可通過接觸器輔助觸點反饋來判斷升桿或落桿時電機故障。根據(jù)擋車器的功能畫出其系統(tǒng)流程圖如圖6 所示。升降電機的空開和接觸器的電流整定值根據(jù)實際電機功率相應(yīng)匹配。在升桿和落桿的過程中,若出現(xiàn)故障則進(jìn)行故障報警輸出,報警指示燈亮[7,8]。
圖6 擋車器動作流程圖
2.2住宅小區(qū)擋車器控制系統(tǒng)
在目前的高檔住宅區(qū)中，大門擋車器只有抬桿和落桿的功能，并且完全由門衛(wèi)人員通過手動按扭來控制，如圖7所示。
圖7 門衛(wèi)人員通過手動按扭控制圖
擋車器與門衛(wèi)計算機的接口電路的主要功能是實現(xiàn)門衛(wèi)計算機與擋車器之間的通信與控制能力, 并實現(xiàn)光電隔離以保護(hù)計算機系統(tǒng)的安全。由于接口電路的功能相對簡單, 單片機系統(tǒng)要處理的數(shù)據(jù)也很少, 89C52片內(nèi)的存貯器容量已足以滿足應(yīng)用要求, 不必進(jìn)行擴展。這樣的選擇既充分發(fā)揮了單片機的功能, 又最大限度地降低了電路的復(fù)雜性, 增強了實時系統(tǒng)的可靠性[9.13]。
系統(tǒng)的控制核心一般為89C52是單片機，控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖8所示。 單片機系統(tǒng)經(jīng)光電隔離器件與擋車器I/O相連, 輸出的指令滿足擋車器接口的電氣要求串行通信口的信號經(jīng)MAX232芯片轉(zhuǎn)換為RS232發(fā)電平后與門衛(wèi)計算機的串行通信口相連, 以接受門衛(wèi)計算機發(fā)出的指令。這里還設(shè)置了一組LED指示燈是供測試時使用的。其作用是在不連接擋車器的情況下就能觀察到上位機(門衛(wèi)計算機)發(fā)出的指令是否正確地從單片機輸出。這樣既方便了軟件的調(diào)試, 又能在系統(tǒng)運行出現(xiàn)故障時迅速查找故障位置。這是一種非常好的設(shè)計思路, 從系統(tǒng)實際運行的情況看, 這一功能非常適用。
圖8 擋車器微機控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
單片機系統(tǒng)的軟件主要有兩個內(nèi)容, 其一是負(fù)責(zé)與主位機的通信；其二是控制擋車器的動作。通信軟件中應(yīng)考慮上、下位機的握手信號, 以確保通信的暢道, 并使上位機知道下位機的工作是否正常 [10～12]。
3 研究意義
眾所周知好的事物有它好的一面，也有不足的一面。目前就普通的擋車器存在的問題是：結(jié)構(gòu)不牢固，容易被強行沖撞，容易壞。而達(dá)不到攔車的目的。所以必須要研究出結(jié)構(gòu)牢固，強行沖撞不壞的擋車器來取而代之。其新的名字為防恐電子擋車器。
近幾年，恐怖活動日益猖獗，特別是一些公共場所如：機場、車站、港口、橋梁和政府部門機構(gòu)等都是恐怖分子感興趣的場所，為此各國采取了形式多樣的反恐措施。作為阻擋恐怖活動的第一道關(guān)卡，擋車器起到關(guān)鍵的作用，而防恐電子擋車器專門為之設(shè)計的。它可以有效的防止恐怖分子沖撞普通擋車器類似事件的發(fā)生。
本課題擬設(shè)計的防恐電子擋車器采用國內(nèi)外先進(jìn)的單片機控制設(shè)備，擬采用特殊的材料，具有壽命長、性能穩(wěn)定、抗干擾性強、高性價比、高抗沖撞擊能力、實現(xiàn)靈活、易擴展等優(yōu)點。而使用的微型單片機控制器具有體積小、使用簡單、通用性強、快速高效等特點，便于方便控制與使用[14,15]。
4 結(jié)語
在當(dāng)今不斷發(fā)生暴力恐怖等惡劣的條件環(huán)境下，進(jìn)一步研究處理好擋車器, 研究開發(fā)出新型的防恐電子擋車器已是燃眉之急。鑒與在目前常見的擋車器的結(jié)構(gòu)與特點上，造出新的擋車器，在功能上更加強大，在結(jié)構(gòu)外觀上更加突出。為建立更和諧的社會獻(xiàn)出一份力量。
參 考 文 獻(xiàn)
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[3] 寧志剛,汪仁煌.基于PXA255的PDA交通管理系統(tǒng)在Linux 環(huán)境下的實現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2004.
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畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告
２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：
一．本課題需要解決的問題
近幾年，恐怖活動日益猖獗，特別是一些公共場所如：機場、車站、港口、橋梁和政府部門機構(gòu)等都是恐怖分子感興趣的場所，為此各國采取了形式多樣的反恐措施。作為阻擋恐怖活動的第一道關(guān)卡，擋車器起到關(guān)鍵的作用，而防恐電子擋車器專門為之設(shè)計的。它可以有效的防止恐怖分子沖撞普通擋車器類似事件的發(fā)生。所以本課題擬設(shè)計一種剛性擋車器，在重點進(jìn)行抗沖撞設(shè)計的同時，充分發(fā)揮單片機控制技術(shù)的優(yōu)勢，實現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制。
相關(guān)設(shè)計技術(shù)條件及要求如下：
（1）路幅寬：5米；
（2）極限沖擊力：1000KN；
（3）動作時間：10s；
（4）控制核心：單片機；
（5）控制方式：現(xiàn)場按鈕控制、中央計算機集中控制、地感應(yīng)智能控制。
二．?dāng)M采用的研究手段
防恐電子擋車器整體的技術(shù)指標(biāo)是選擇和設(shè)計必須考慮的一個關(guān)鍵問題, 根據(jù)課題要求一般技術(shù)指標(biāo)及設(shè)計方案初步構(gòu)思如下:
（1）結(jié)構(gòu)形式
恐怖活動日益猖獗，目前就普通的擋車器結(jié)構(gòu)不牢固，容易被強行沖撞，容易壞。而達(dá)不到攔車的目的。而防恐電子擋車器在重點進(jìn)行抗沖撞設(shè)計上下了功夫。采用先進(jìn)的材料，結(jié)構(gòu)采用平板式，充分發(fā)揮單片機控制技術(shù)的優(yōu)勢，實現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制，抗極限沖擊力為1000KN。
（2）控制系統(tǒng)硬件設(shè)計
以8051單片機為控制核心，采用按鈕式。目前所用的單片機的型號有8051，8091等幾種。原因有下：與PLC相比，價格便宜，控制上比較方便。車輛的經(jīng)過。由地感應(yīng)智能控制感受到，然后傳止中央計算機集中控制，經(jīng)過它的處理傳到現(xiàn)場按鈕控制綠燈時擋板合下，紅燈時擋板上抬，成一定的角度。然后達(dá)到執(zhí)行強行擋車效果。如圖1所示：
現(xiàn)場按鈕控制
中央計算機集中控制
地感應(yīng)智能控制
執(zhí)行擋 車
圖1 控制硬件結(jié)構(gòu)圖
結(jié)合綜述對擋車器的介紹，并對其進(jìn)行比較，可知防恐電子擋車器結(jié)構(gòu)牢固，不容易被強行沖撞，不容易壞，結(jié)構(gòu)簡單易設(shè)計。所以防恐電子擋車器初步采用8051單片機控制，部分結(jié)構(gòu)可參照綜述中給出的擋車器的示意圖。
畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告
指導(dǎo)教師意見：
1．對“文獻(xiàn)綜述”的評語：
該生通過閱讀與本課題相關(guān)的參考文獻(xiàn)，進(jìn)行了一定的總結(jié)，撰寫的本文獻(xiàn)綜述能夠反映“防恐電子擋車器設(shè)計—擋車器總體及控制系統(tǒng)設(shè)計”的課題背景以及相關(guān)知識，論文撰寫較通順，符合規(guī)范，達(dá)到了撰寫文獻(xiàn)綜述要求和目的，為畢業(yè)設(shè)計后期分析打下了良好的基礎(chǔ)。
2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計（論文）結(jié)果的預(yù)測：
“防恐電子擋車器設(shè)計—擋車器總體及控制系統(tǒng)設(shè)計”這一課題的深度、廣度及工作量均適中，合適學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計期間完成，希望該生能獨立的進(jìn)行擋車器總體及控制系統(tǒng)設(shè)計的研究，完成課題的要求，撰寫畢業(yè)論文，達(dá)到進(jìn)行科研訓(xùn)練和本科畢業(yè)設(shè)計的要求。
指導(dǎo)教師：
年 月 日
所在專業(yè)審查意見：
負(fù)責(zé)人：
年 月 日