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南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告
學(xué) 生 姓 名：
王鋒
學(xué) 號(hào)：
0501510137
專(zhuān) 業(yè)：
機(jī)械工程及自動(dòng)化
設(shè)計(jì)(論文)題目：
防恐電子擋車(chē)器設(shè)計(jì)
—擋車(chē)器總體及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
指 導(dǎo) 教 師:
張衛(wèi) 張少文
2009年 3 月 22日
開(kāi)題報(bào)告填寫(xiě)要求
1．開(kāi)題報(bào)告（含“文獻(xiàn)綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)及所在專(zhuān)業(yè)審查后生效；
2．開(kāi)題報(bào)告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書(shū)寫(xiě)或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)；
3．“文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書(shū)寫(xiě)（或打?。┰诒鹃_(kāi)題報(bào)告第一欄目?jī)?nèi)，學(xué)生寫(xiě)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(shū)最多相當(dāng)于三篇科技論文的信息量（不包括辭典、手冊(cè)）；
4．有關(guān)年月日等日期的填寫(xiě)，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)標(biāo)GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書(shū)寫(xiě)。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開(kāi) 題 報(bào) 告
1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫(xiě)
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(chē)器的發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了其分類(lèi)及組成；針對(duì)目前市場(chǎng)上的擋車(chē)器存在的不足，指出了本設(shè)計(jì)課題的意義；最后總結(jié)了擋車(chē)器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及其控制原理。
關(guān)鍵詞 電子擋車(chē)器 防恐 控制系統(tǒng)
1 擋車(chē)器的發(fā)展現(xiàn)狀
隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國(guó)的交通運(yùn)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(chē)器的要求也越來(lái)越高。越來(lái)越多的擋車(chē)器運(yùn)用到了高等級(jí)公路、道路、社區(qū)、各企事業(yè)單位大門(mén)等方面。如圖1所示的某高級(jí)住宅小區(qū)的欄桿式自動(dòng)電子擋車(chē)器[1～3]。
圖1 住宅區(qū)欄桿式自動(dòng)擋車(chē)器
1.1 擋車(chē)器分類(lèi)
隨著社會(huì)不斷的發(fā)展與進(jìn)步，擋車(chē)器其結(jié)果也越來(lái)越固定成型。而且越來(lái)越受到大眾的歡迎。但目前,我國(guó)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)制造擋車(chē)器設(shè)備的公司和廠(chǎng)家很少,僅有的幾家也只能在基本功能上滿(mǎn)足設(shè)備使用要求,對(duì)產(chǎn)品的專(zhuān)業(yè)機(jī)械和控制電子性能設(shè)計(jì)還不夠理想,有些甚至在使用中出錯(cuò)。目前市場(chǎng)上有各式各樣的擋車(chē)器：
(1) 根據(jù)切換速度的快慢可分為：高速擋車(chē)器，其動(dòng)作時(shí)間一般為1.2s～2s；中速擋車(chē)器，其動(dòng)作的時(shí)間一般為2.5s～3s；低速擋車(chē)器，其動(dòng)作時(shí)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(chē)器，欄柵型擋車(chē)器，曲臂型擋車(chē)器。如圖：
圖2 直臂型擋車(chē)器
圖3 曲臂型擋車(chē)器
圖4 欄柵型擋車(chē)器
(3)根據(jù)控制的方式可分為：手動(dòng)控制、遙控控制和通訊控制。
(4)根據(jù)擋車(chē)器的應(yīng)用范圍可分為高速公路收費(fèi)站自動(dòng)擋車(chē)器,汽車(chē)擋車(chē)器,高檔住宅區(qū)智能擋車(chē)器,城市軌道交通擋車(chē)器等幾種[4]。
1.2 擋車(chē)器的組成
擋車(chē)器的大體控制結(jié)構(gòu)由可編程控制器、傳感器，執(zhí)行機(jī)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(jī)構(gòu)
圖5 擋車(chē)器控制結(jié)構(gòu)
2 擋車(chē)器的控制技術(shù)
2.1 高速公路收費(fèi)站自動(dòng)擋車(chē)器的控制系統(tǒng)
我國(guó)目前國(guó)內(nèi)高速公路收費(fèi)站自動(dòng)擋車(chē)器詳細(xì)說(shuō)明主要特點(diǎn)及功能如下：
(1)分部式彈簧可調(diào)節(jié)擋車(chē)桿不同長(zhǎng)度的系統(tǒng)平衡，確保系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。
(2)采用國(guó)外進(jìn)口低速力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)，功耗低，力量大，具有正常的堵轉(zhuǎn)功能，堵轉(zhuǎn)時(shí)小電流壓住擋車(chē)桿不抖動(dòng)。
(3)主控制器集成度高，邏輯功能強(qiáng)，可與環(huán)路感應(yīng)器、位機(jī)等外圍設(shè)備配合使用。
(4)機(jī)箱涂覆國(guó)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(dòng)機(jī)構(gòu)連桿長(zhǎng)度可調(diào)，可使擋車(chē)桿橫平豎直，美觀整齊。
(6)斷電時(shí)擋桿自動(dòng)抬起，避免交通堵塞，不影響人工收費(fèi)。
(7)采用關(guān)節(jié)軸承傳動(dòng)，能克服機(jī)械誤差造成的傳動(dòng)磨擦阻力，使機(jī)械性能更完美。
(8)機(jī)箱門(mén)位置任選，可根據(jù)需要四個(gè)方位任意變換。
(9)防砸車(chē)功能可確保機(jī)器和汽車(chē)的安全[5.6]。
目前高速公路收費(fèi)站自動(dòng)擋車(chē)器的一般功能為:
自動(dòng)擋車(chē)器與環(huán)形線(xiàn)圈檢測(cè)器、通行指示燈配合工作,無(wú)車(chē)輛通行時(shí)，紅燈亮，擋車(chē)桿呈水平狀；收費(fèi)完畢后，收費(fèi)員按放行鍵后，通行指示燈由紅變綠，自動(dòng)擋車(chē)器升桿。當(dāng)車(chē)體離開(kāi)環(huán)形線(xiàn)圈檢測(cè)器后，檢測(cè)器向主機(jī)發(fā)出車(chē)輛通過(guò)信號(hào)，主機(jī)控制自動(dòng)擋車(chē)器落桿。擋車(chē)桿兩自由度旋轉(zhuǎn)以避免特殊情況下的硬性碰撞，對(duì)自動(dòng)擋車(chē)器的可靠性要求很高，不能出現(xiàn)誤動(dòng)作。在正常情況下,根據(jù)擋車(chē)桿的機(jī)械旋轉(zhuǎn)速度,從水平位置到垂直位置時(shí)間不超過(guò)115 s ,因此,在升桿過(guò)程中,如果115 s 之后無(wú)垂直檢測(cè)信號(hào)反饋,則判斷有故障。還可通過(guò)接觸器輔助觸點(diǎn)反饋來(lái)判斷升桿或落桿時(shí)電機(jī)故障。根據(jù)擋車(chē)器的功能畫(huà)出其系統(tǒng)流程圖如圖6 所示。升降電機(jī)的空開(kāi)和接觸器的電流整定值根據(jù)實(shí)際電機(jī)功率相應(yīng)匹配。在升桿和落桿的過(guò)程中,若出現(xiàn)故障則進(jìn)行故障報(bào)警輸出,報(bào)警指示燈亮[7,8]。
圖6 擋車(chē)器動(dòng)作流程圖
2.2住宅小區(qū)擋車(chē)器控制系統(tǒng)
在目前的高檔住宅區(qū)中，大門(mén)擋車(chē)器只有抬桿和落桿的功能，并且完全由門(mén)衛(wèi)人員通過(guò)手動(dòng)按扭來(lái)控制，如圖7所示。
圖7 門(mén)衛(wèi)人員通過(guò)手動(dòng)按扭控制圖
擋車(chē)器與門(mén)衛(wèi)計(jì)算機(jī)的接口電路的主要功能是實(shí)現(xiàn)門(mén)衛(wèi)計(jì)算機(jī)與擋車(chē)器之間的通信與控制能力, 并實(shí)現(xiàn)光電隔離以保護(hù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全。由于接口電路的功能相對(duì)簡(jiǎn)單, 單片機(jī)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(mǎn)足應(yīng)用要求, 不必進(jìn)行擴(kuò)展。這樣的選擇既充分發(fā)揮了單片機(jī)的功能, 又最大限度地降低了電路的復(fù)雜性, 增強(qiáng)了實(shí)時(shí)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(jī)，控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖8所示。 單片機(jī)系統(tǒng)經(jīng)光電隔離器件與擋車(chē)器I/O相連, 輸出的指令滿(mǎn)足擋車(chē)器接口的電氣要求串行通信口的信號(hào)經(jīng)MAX232芯片轉(zhuǎn)換為RS232發(fā)電平后與門(mén)衛(wèi)計(jì)算機(jī)的串行通信口相連, 以接受門(mén)衛(wèi)計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令。這里還設(shè)置了一組LED指示燈是供測(cè)試時(shí)使用的。其作用是在不連接擋車(chē)器的情況下就能觀察到上位機(jī)(門(mén)衛(wèi)計(jì)算機(jī))發(fā)出的指令是否正確地從單片機(jī)輸出。這樣既方便了軟件的調(diào)試, 又能在系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)迅速查找故障位置。這是一種非常好的設(shè)計(jì)思路, 從系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的情況看, 這一功能非常適用。
圖8 擋車(chē)器微機(jī)控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
單片機(jī)系統(tǒng)的軟件主要有兩個(gè)內(nèi)容, 其一是負(fù)責(zé)與主位機(jī)的通信；其二是控制擋車(chē)器的動(dòng)作。通信軟件中應(yīng)考慮上、下位機(jī)的握手信號(hào), 以確保通信的暢道, 并使上位機(jī)知道下位機(jī)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(chē)器存在的問(wèn)題是：結(jié)構(gòu)不牢固，容易被強(qiáng)行沖撞，容易壞。而達(dá)不到攔車(chē)的目的。所以必須要研究出結(jié)構(gòu)牢固，強(qiáng)行沖撞不壞的擋車(chē)器來(lái)取而代之。其新的名字為防恐電子擋車(chē)器。
近幾年，恐怖活動(dòng)日益猖獗，特別是一些公共場(chǎng)所如：機(jī)場(chǎng)、車(chē)站、港口、橋梁和政府部門(mén)機(jī)構(gòu)等都是恐怖分子感興趣的場(chǎng)所，為此各國(guó)采取了形式多樣的反恐措施。作為阻擋恐怖活動(dòng)的第一道關(guān)卡，擋車(chē)器起到關(guān)鍵的作用，而防恐電子擋車(chē)器專(zhuān)門(mén)為之設(shè)計(jì)的。它可以有效的防止恐怖分子沖撞普通擋車(chē)器類(lèi)似事件的發(fā)生。
本課題擬設(shè)計(jì)的防恐電子擋車(chē)器采用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的單片機(jī)控制設(shè)備，擬采用特殊的材料，具有壽命長(zhǎng)、性能穩(wěn)定、抗干擾性強(qiáng)、高性?xún)r(jià)比、高抗沖撞擊能力、實(shí)現(xiàn)靈活、易擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。而使用的微型單片機(jī)控制器具有體積小、使用簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)、快速高效等特點(diǎn)，便于方便控制與使用[14,15]。
4 結(jié)語(yǔ)
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(chē)器, 研究開(kāi)發(fā)出新型的防恐電子擋車(chē)器已是燃眉之急。鑒與在目前常見(jiàn)的擋車(chē)器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)上，造出新的擋車(chē)器，在功能上更加強(qiáng)大，在結(jié)構(gòu)外觀上更加突出。為建立更和諧的社會(huì)獻(xiàn)出一份力量。
參 考 文 獻(xiàn)
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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開(kāi) 題 報(bào) 告
２．本課題要研究或解決的問(wèn)題和擬采用的研究手段（途徑）：
一．本課題需要解決的問(wèn)題
近幾年，恐怖活動(dòng)日益猖獗，特別是一些公共場(chǎng)所如：機(jī)場(chǎng)、車(chē)站、港口、橋梁和政府部門(mén)機(jī)構(gòu)等都是恐怖分子感興趣的場(chǎng)所，為此各國(guó)采取了形式多樣的反恐措施。作為阻擋恐怖活動(dòng)的第一道關(guān)卡，擋車(chē)器起到關(guān)鍵的作用，而防恐電子擋車(chē)器專(zhuān)門(mén)為之設(shè)計(jì)的。它可以有效的防止恐怖分子沖撞普通擋車(chē)器類(lèi)似事件的發(fā)生。所以本課題擬設(shè)計(jì)一種剛性擋車(chē)器，在重點(diǎn)進(jìn)行抗沖撞設(shè)計(jì)的同時(shí)，充分發(fā)揮單片機(jī)控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制。
相關(guān)設(shè)計(jì)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(dòng)作時(shí)間：10s；
（4）控制核心：?jiǎn)纹瑱C(jī)；
（5）控制方式：現(xiàn)場(chǎng)按鈕控制、中央計(jì)算機(jī)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(chē)器整體的技術(shù)指標(biāo)是選擇和設(shè)計(jì)必須考慮的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題, 根據(jù)課題要求一般技術(shù)指標(biāo)及設(shè)計(jì)方案初步構(gòu)思如下:
（1）結(jié)構(gòu)形式
恐怖活動(dòng)日益猖獗，目前就普通的擋車(chē)器結(jié)構(gòu)不牢固，容易被強(qiáng)行沖撞，容易壞。而達(dá)不到攔車(chē)的目的。而防恐電子擋車(chē)器在重點(diǎn)進(jìn)行抗沖撞設(shè)計(jì)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(jī)控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制，抗極限沖擊力為1000KN。
（2）控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
以8051單片機(jī)為控制核心，采用按鈕式。目前所用的單片機(jī)的型號(hào)有8051，8091等幾種。原因有下：與PLC相比，價(jià)格便宜，控制上比較方便。車(chē)輛的經(jīng)過(guò)。由地感應(yīng)智能控制感受到，然后傳止中央計(jì)算機(jī)集中控制，經(jīng)過(guò)它的處理傳到現(xiàn)場(chǎng)按鈕控制綠燈時(shí)擋板合下，紅燈時(shí)擋板上抬，成一定的角度。然后達(dá)到執(zhí)行強(qiáng)行擋車(chē)效果。如圖1所示：
現(xiàn)場(chǎng)按鈕控制
中央計(jì)算機(jī)集中控制
地感應(yīng)智能控制
執(zhí)行擋 車(chē)
圖1 控制硬件結(jié)構(gòu)圖
結(jié)合綜述對(duì)擋車(chē)器的介紹，并對(duì)其進(jìn)行比較，可知防恐電子擋車(chē)器結(jié)構(gòu)牢固，不容易被強(qiáng)行沖撞，不容易壞，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易設(shè)計(jì)。所以防恐電子擋車(chē)器初步采用8051單片機(jī)控制，部分結(jié)構(gòu)可參照綜述中給出的擋車(chē)器的示意圖。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開(kāi) 題 報(bào) 告
指導(dǎo)教師意見(jiàn)：
1．對(duì)“文獻(xiàn)綜述”的評(píng)語(yǔ)：
該生通過(guò)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(xiě)的本文獻(xiàn)綜述能夠反映“防恐電子擋車(chē)器設(shè)計(jì)—擋車(chē)器總體及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的課題背景以及相關(guān)知識(shí)，論文撰寫(xiě)較通順，符合規(guī)范，達(dá)到了撰寫(xiě)文獻(xiàn)綜述要求和目的，為畢業(yè)設(shè)計(jì)后期分析打下了良好的基礎(chǔ)。
2．對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見(jiàn)和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測(cè)：
“防恐電子擋車(chē)器設(shè)計(jì)—擋車(chē)器總體及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)”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(jì)期間完成，希望該生能獨(dú)立的進(jìn)行擋車(chē)器總體及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究，完成課題的要求，撰寫(xiě)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(jì)的要求。
指導(dǎo)教師：
年 月 日
所在專(zhuān)業(yè)審查意見(jiàn)：
負(fù)責(zé)人：
年 月 日