港口貨車運(yùn)輸管理的發(fā)卡機(jī)電路設(shè)計(jì)

宋春華， 馮建, 蔣祖星

(廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510800)

港口貨車運(yùn)輸管理的發(fā)卡機(jī)電路設(shè)計(jì)

宋春華， 馮建, 蔣祖星

(廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510800)

針對(duì)港口大、中和小三種類型貨車管理，研發(fā)了自動(dòng)發(fā)卡機(jī)構(gòu)，電源電路軟件實(shí)現(xiàn)連續(xù)輸出電流，輸入和輸出采用光電耦合電路，電機(jī)控制有異常處理及保護(hù)功能，程序使用C語言，提高了系統(tǒng)的精度，減少了系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間。通過樣機(jī)及電路調(diào)試與檢測(cè)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，滿足港口企業(yè)運(yùn)輸管理的需求。

港口貨車;發(fā)卡機(jī)構(gòu);光電耦合;C語言;電路設(shè)計(jì)

0 引 言

隨著港口運(yùn)輸?shù)慕ㄔO(shè)，對(duì)運(yùn)輸管理、交通控制、安全管理的要求日益提高，自動(dòng)發(fā)卡機(jī)在越來越多的運(yùn)輸領(lǐng)域中被采用。國外在發(fā)卡機(jī)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，主要研發(fā)商有美國的Asahi Seiko、kytronics等公司，美國Asahi Seiko公司的發(fā)卡機(jī)SCD-2500系列發(fā)卡機(jī)是非接觸式IC卡，環(huán)境為溫度-10 ℃～+ 40 ℃,濕度30%～90%，儲(chǔ)存卡容量為445個(gè)1.8毫米厚的卡。kytronics公司的發(fā)卡機(jī)每小時(shí)1 200張卡片，最大的裝卡量達(dá)2 000卡，可同時(shí)使用1、2或4卡夾。國外的發(fā)卡裝置總體上機(jī)械化程度高，卡的厚度一致，發(fā)卡環(huán)境較好，卡為新卡，無水、污漬、折彎等，發(fā)卡難度較低，價(jià)格昂貴。

國內(nèi)有大量的產(chǎn)品供應(yīng)商，主要有石家莊優(yōu)創(chuàng)、金晟安發(fā)、廣州電子所卡機(jī)等產(chǎn)品，提供產(chǎn)品從功能上基本類似，產(chǎn)品性能差異不大，缺少有特色的專業(yè)產(chǎn)品，根據(jù)客戶反饋在實(shí)際使用中，并沒有達(dá)到理想的效果，卡卡、多出卡、響應(yīng)慢等現(xiàn)象沒有根本改善，至今還未在全國范圍普及使用[1-8]。

本文運(yùn)用CAD/PROE軟件建立了發(fā)卡機(jī)的三維模型，針對(duì)各模塊的功能需要進(jìn)行了軟硬件的設(shè)計(jì)和制造，通過樣機(jī)及電路板試制與測(cè)試、運(yùn)動(dòng)過程以及故障率的性能分析，研發(fā)了滿足三種類型貨車要求的運(yùn)行穩(wěn)定可靠的自動(dòng)發(fā)卡機(jī)，提高港口貨車出入的工作效率，節(jié)省大量的人力、物力等管理成本具有重要意義。

1 發(fā)卡機(jī)結(jié)構(gòu)

發(fā)卡機(jī)控制由主控MCU對(duì)各傳感器模塊信號(hào)進(jìn)行采集，根據(jù)采集到信號(hào)對(duì)各驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以完成發(fā)卡功能。模塊針對(duì)大、中、小型三種類型，設(shè)計(jì)了IC卡盒的推送電路、一個(gè)傳送帶控制電路、IC卡盒余量檢測(cè)電路、IC卡盒傳送位移檢測(cè)電路，IC卡推送滑塊到位檢測(cè)電路、IC卡盒推送滑塊復(fù)位檢測(cè)電路，發(fā)卡機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

a 卡匣 b 箱體 f 發(fā)卡裝置 c 送卡機(jī)構(gòu) d 動(dòng)力系統(tǒng) e 控制系統(tǒng)圖1 發(fā)卡機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

2 發(fā)卡機(jī)電路的設(shè)計(jì)

2.1 電源電路

利用多個(gè)TD2676實(shí)現(xiàn)了電路軟件連續(xù)輸出電流，在很寬的輸入電壓范圍具有良好的負(fù)載和線路調(diào)整。該器件包括參考電壓、振蕩電路、誤差放大器、內(nèi)部管等的脈寬調(diào)制控制電路能夠調(diào)節(jié)占空比線性從0到100%。過電流保護(hù)和短路保護(hù)功能內(nèi)置，內(nèi)部補(bǔ)償塊建立在減少外部元件數(shù)量，TD2676為供電單元的便攜式設(shè)備?？刂齐娐分卸鄠€(gè)二極管的作用有整流、檢波、穩(wěn)壓電路、調(diào)制功能，其功能圖如圖2所示。

圖2 電源電路功能圖

2.2 隔離輸入電路

為了隔離外部電機(jī)等各種干擾信號(hào)對(duì)MCU的影響，保持系統(tǒng)穩(wěn)定準(zhǔn)確運(yùn)行，采用光電耦合器件，把MCU輸入輸出端口與外部進(jìn)行隔離，光電耦合器件采用PS2801-4。該光電耦合器為電流輸入控制器件，有4路隔離功能，輸入輸出電壓可由用戶根據(jù)實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)，范圍極寬。其輸入輸出電路如圖3所示。

外部按鍵或者傳感器信號(hào)輸入可分別接在X12、X13、X14、X15四個(gè)位置。為了簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，傳感器以及按鍵輸入信號(hào)為12 V，低電平有效。當(dāng)按鍵或者傳感器有信號(hào)之后，產(chǎn)出低電平，

PS2801-4對(duì)應(yīng)通道內(nèi)部LED通過RA14電阻限流之后導(dǎo)通，對(duì)應(yīng)通道的隔離通道電阻變小，在隔離端為了MCU輸入端口電壓匹配，上拉電壓接5 V。在輸入信號(hào)為有效低電平之后，IN12、IN13、IN14、IN15對(duì)應(yīng)信號(hào)被拉低。MCU根據(jù)這些管腳判斷外部狀態(tài)。

圖3 外部傳感器及按鍵輸入隔離電路

2.3 隔離輸出電路

MCU的IO口輸出后經(jīng)8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器74HC245驅(qū)動(dòng)后，控制信號(hào)線接到PS2801-4光電耦合器，直接對(duì)內(nèi)部控制LED進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，在光電耦合器隔離端，輸出信號(hào)對(duì)ULN2803進(jìn)行控制。當(dāng)MCU發(fā)出有效低電平信號(hào)，光耦內(nèi)部LED導(dǎo)通，PS2801-4在隔離端電阻變小，把ULN2803控制信號(hào)由高電平狀態(tài)拉到低電平狀態(tài)，從而控制ULN2803內(nèi)部達(dá)林頓管。MCU輸出光耦隔離電路如圖4所示。

圖4 光耦隔離輸出電路

2.4 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)

發(fā)卡機(jī)在傳送IC卡盒子時(shí)，為了防止盒子打滑，其傳送速度不能突變，需要將傳送速度由零逐漸增大，同時(shí)防止電機(jī)啟動(dòng)瞬間對(duì)電源系統(tǒng)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁。在主控MCU發(fā)出傳送指令之后，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊逐漸對(duì)電機(jī)進(jìn)行加速，從而完成IC卡盒子的推送或者傳送工作。為了降低主MCU的負(fù)擔(dān)，電機(jī)控制模塊核用采用ATMEGA8處理器，電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片采用L298。L298驅(qū)動(dòng)芯片工作電壓為5 V～50 V，最大電流為1 A，支持PWM調(diào)速控制。ATMEGA8處理器使用4個(gè)I/O口接受外別電機(jī)正反轉(zhuǎn)信號(hào)，4個(gè)I/O口經(jīng)光耦隔離后接L298輸入端口，整個(gè)電機(jī)控制模塊有4個(gè)輸入輸出，可同時(shí)控制2個(gè)直流電機(jī)。電機(jī)速度控制由ATMEGA8的PB2、PB1輸出的PWM波控制，其原理圖如圖5所示。

圖5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路圖

電機(jī)過流保護(hù)控制通過ADC0、ADC1模擬輸入端口對(duì)電機(jī)工作電流進(jìn)行采樣，如果采樣電流過大，ATMEGA8處理通過PWM控制電機(jī)工作功率，控制電機(jī)工作電流在正常范圍。

電流保護(hù)電路如圖6所示，在L298的ISENA、ISENB腳分別接兩個(gè)1R的電阻，然后采用ATMEGA8的ADC測(cè)量?jī)蓚€(gè)電阻的分壓，根據(jù)電壓算出電機(jī)的工作電流。

3 程序設(shè)計(jì)

發(fā)卡機(jī)的控制原理圖如圖7所示，程序采用C語言設(shè)計(jì)，具有響應(yīng)時(shí)間短，柔性控制，編程開發(fā)方便等優(yōu)點(diǎn)。其中小型貨車運(yùn)行控制程序如下：

圖7 發(fā)卡機(jī)控制原理圖

if(0==key1)

{

delay_ms(10);

if(0==key1)

{

while(0==key1);

s_motor1=1;s_motor2=0;//推出電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)

while(0==s_sen_f);//推出到位檢測(cè)

s_motor1=0;s_motor2=1;//到位，出電機(jī)復(fù)位 delay_ms(50); s_motor1=0;s_motor2=0;//推出電機(jī)停止 se_motor1=0; //傳送帶處理

se_motor2=1; time_out=0;

n=0;

TR0=1;

while(1==send_r)

{

if(time_out==1) break;

}

n=0;

TR0=0;

time_out=0;

delay_ms(200);

se_motor1=0;

se_motor2=0; s_motor1=0;s_motor2=1;//電機(jī)反轉(zhuǎn)

while(0==s_sen_b);

s_motor1=0;s_motor2=0;//電機(jī)停止

//delay_ms(500);//延時(shí)檢測(cè)

傳送帶及延時(shí)處理

}

}

4 結(jié)束語

(1)針對(duì)港口大、中和小三種類型貨車管理，設(shè)計(jì)了發(fā)卡機(jī)構(gòu)，經(jīng)研制及性能測(cè)試，運(yùn)行穩(wěn)定，滿足港口運(yùn)輸?shù)墓ぷ饕蟆?/p>

(2)電源電路用多個(gè)TD2676，軟件實(shí)現(xiàn)了電路連續(xù)輸出電流，在很寬的輸入電壓范圍上具有良好的負(fù)載和線路調(diào)整。

(3)輸入和輸出采用光電耦合電路，隔離外部電機(jī)等各種干擾信號(hào)對(duì)MCU的影響，保持系統(tǒng)穩(wěn)定準(zhǔn)確運(yùn)行。電機(jī)控制有異常處理及保護(hù)功能，功能模塊化，便于安裝、維修、功能擴(kuò)展。

(4)程序使用C語言，編程方便，移植性好，提高了系統(tǒng)的精度，減少了系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間。

[1] 林旭輝．全自動(dòng)無人值守發(fā)卡機(jī)及車型分類系統(tǒng)[J]．中國交通信息產(chǎn)業(yè)，2009,11(6)：133-135.

[2] 鄧明君.高速公路收費(fèi)站自動(dòng)發(fā)卡裝置及其系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．遼寧省交通高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2010，12(4)：14-17.

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[8] 張波.高速公路非接觸IC卡全自動(dòng)收發(fā)卡設(shè)計(jì)[C]．第一屆全國公路科技創(chuàng)新高層論壇論文集，2007.

The Design of the Circuit of the Card-issuing Machine for Port Truck Transportation Management

Song Chunhua, Feng Jian, Jiang Zuxing

(Guangdong Communication Polytechnic Institute, Guangzhou Guangdong 510800, China)

An automatic card issuer is developed for the management of small, medium and large port trucks. The software of the power supply circuit realizes continuous output current, the input and output adopts photo-coupling circuit, motor control has exception handling and protection functions, and C language is used in the program so as to improve system accuracy and reduce system response time. The prototype and circuit debugging and testing verify that system operation is stable and reliable and can meet the requirement of transportation management of port enterprises.

port truck;card issuer; photo-coupling;C language; circuit design

廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目“船用燃油檢測(cè)與監(jiān)控設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)研究”(粵科規(guī)劃[2013]137號(hào))、廣東省“創(chuàng)新強(qiáng)校工程”項(xiàng)目“廣東高校船舶自動(dòng)化集成技術(shù)開發(fā)中心”(粵財(cái)教[2013]412號(hào))

10.3969/j.issn.1000-3886.2016.06.028

TP273

A

1000-3886(2016)06-0090-03

宋春華(1967-)，男，遼寧人，博士，主要從事自動(dòng)化控制及機(jī)械設(shè)計(jì)與制造的研究

定稿日期: 2016-06-22