基于plc控制的智能型安全带系统及其控制方法
【专利摘要】本发明公开一种基于PLC控制的客车智能型安全带系统及其控制方法，设有主站层、与主站层连接的从站层、与从站层电路连接的安全带控制层，以及座椅机械部分：其中，通过设置在座椅上的传感器检测座椅上是否有乘客；通过设置在座椅上的电机，分别控制座椅上的扶手和推杆的机械运动，以使连接安全带的锁舌与锁扣能够接触或分离；通过设置在座椅上的电磁阀，分别控制锁舌和推杆的安全锁定。本发明采用PLC作为主站，单片机作为从站控制安全带的智能系上与解开，不需人为操作，可以提高安全带的使用率，提高乘客的安全性，减少车祸时的伤亡率。
【专利说明】基于PLC控制的智能型安全带系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种车辆的安全带系统，具体涉及一种基于PLC控制的客车智能型安全带系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]在客车运输中，客车乘客座椅上安装安全带的依然不多，难以保证乘客的安全。传统方式是由人工系上安全带，很多乘客不会自觉去系，使安全带失去其效果。另外，客车在行驶过程中，有些乘客不服从司机管理随意离开座椅并在客车内走动，这样会干扰司机正常驾驶，也增加乘客受伤害的几率。尤其在路况不好的情况下，在客车出事时没有系上安全带会增加乘客受伤几率，有可能造成重大交通事故。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种基于PLC控制的客车智能型安全带系统及其控制方法，提高安全带的使用效率和提高乘客的安全性。
[0004]为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供一种基于PLC控制的客车智能型安全带系统，其特点是，该客车智能型安全带系统包含座椅机械部分，对座椅机械部分的运动进行控制的安全带控制层，电路连接以控制所述安全带控制层的从站层，以及通讯连接以控制所述从站层的主站层；
所述座椅机械部分进一步包含:
座椅的扶手，由安全带控制层的第一电机驱动，来将与安全带连接的锁舌送至能够与锁扣接触的位置以系上安全带，或者将所述锁舌送至能够与锁扣分离的位置以解开安全带;
所述座椅设置的推杆，由安全带控制层的第二电机驱动，将固定在推杆上的锁扣送至能够与锁舌接触的位置以系上安全带，或者在锁舌与锁扣分离以解开安全带后将所述推杆送到推杆锁定位置。
[0005]可选地，所述扶手进一步包含:
与座椅固定连接的扶手固定部分，其中设置有所述第一电机；以及，
扶手可动部分，其在第一状态和第三状态时与所述扶手固定部分组合形成倒“U”型的扶手，第一状态时的所述扶手可动部分将所述锁舌卡住，第三状态时的所述扶手可动部分与所述锁舌分开；
在所述第一电机的驱动下，该扶手可动部分还移动至第二状态将锁舌送至能够与锁扣接触的位置以系上安全带，或者移动至第四状态使该扶手可动部分与锁定在锁扣上的锁舌接触以便解开安全带。
[0006]可选地，所述扶手固定部分与第一状态和第三状态时的所述扶手可动部分位于座椅第一侧，所述推杆与第二状态时的所述扶手可动部分位于座椅第二侧；座椅第一侧是乘客左手侧或右手侧的其中一侧，座椅第二侧是乘客左手侧或右手侧的其中另一侧。[0007]可选地，所述安全带控制层还设置有第一电磁阀，驱动圆棒伸出并卡在推杆上设置的圆口内来将位于推杆锁定位置的推杆锁定。
[0008]可选地，所述安全带控制层还设置有第二电磁阀，将与锁扣接触的锁舌锁定在锁扣中。
[0009]可选地，安全带控制层还在座椅上安装有通讯连接从站层的传感器，来检测座椅上是否有乘客。
[0010]可选地，所述座椅设置有通讯连接从站层的按钮，来向主站层发送解开安全带的请求信号。
[0011]可选地，所述的主站层包含可编程逻辑控制器和触摸屏，该主站可编程逻辑控制器通过总线连接从站层；所述的从站层包含若干个从站，每个从站包含有从站单片机，该从站单片机通过总线连接至主站层，还电路连接并控制所述安全带控制层设置的一组传感器、电机和电磁阀。
[0012]本发明的另一个技术方案是提供一种基于PLC控制的客车智能型安全带系统的控制方法，其特点是，该控制方法包含以下步骤:
步骤1、主站层判断车门是否关闭，若是关门跳转到步骤2，若没关门则继续检测车门状态；
步骤2、主站层通过串行通讯联系从站层，从站层通过传感器检测座椅上是否有乘客，若有乘客，跳转到步骤3，若无乘客，传感器持续检测座椅上是否有乘客；当从站层向主站层发出解开安全带的请求，并得到主站层的允许后，或者当主站层直接向从站层发出解开安全带的命令后，跳转到步骤4 ；
步骤3、从站层控制有乘客的座椅自动系上安全带，包括:
驱动扶手可动部分来移动与安全带连接的锁舌，以及驱动推杆来移动锁扣，直至锁舌与锁扣移动到两者相互接触的位直后，将锁舌锁定在锁扣中以系上安全带；系上安全带后，再驱动扶手可动部分移动使其与锁舌分离，直至该扶手可动部分与扶手固定部分组合形成倒“U”型的扶手；
步骤4、从站层控制有乘客的座椅自动解开安全带，包括:
驱动扶手可动部分移动至能够接触并卡住锁舌的位置，解除对锁舌的锁定，进而驱动扶手可动部分移动以使锁舌与锁扣分离以解开安全带，直至卡住锁扣的扶手可动部分与扶手固定部分组合形成倒“U”型的扶手。
[0013]可选地，系上安全带后，还驱动推杆移动至推杆锁定位置，使电磁阀驱动的圆棒伸入至该推杆上的圆口内将该推杆锁定；
解开安全带前，使电磁阀驱动的圆棒与推杆上的圆口分离以解锁推杆，并驱动推杆来移动锁定在锁扣上的锁舌，将锁舌送至能够与扶手可动部分接触的位置。
[0014]本发明基于于PLC控制的客车智能型安全带系统及和现有客车安全带技术相比，其优点在于，本发明采用PLC作为主站层和总控制，控制所有座椅的安全带使用，单片机作为从站层，对各个座椅分别控制，便于操作，提高安全带的使用效率，有利于司机对乘客情况的了解，大大提高乘客的安全性，减少车祸时的伤亡率。
【专利附图】
【附图说明】[0015]图1为本发明基于PLC控制的客车智能型安全带系统的系统架构图；
图2为本发明基于PLC控制的客车智能型安全带系统的原理框图；
图3为本发明基于PLC控制的客车智能型安全带系统的座椅示意图；
图4为本发明基于PLC控制的客车智能型安全带系统的座椅中推杆的示意图。
【具体实施方式】
[0016]以下结合附图，进一步说明本发明的具体实施例。
[0017]如图1所示，本发明公开一种基于可编程逻辑控制器(PLC)控制的智能型安全带系统。该安全带系统包含主站层1、与主站层通讯连接的从站层2、与从站层2电路连接的安全带控制层3。
[0018]主站层I包含触摸屏12，以及电路连接该触摸屏12的主站可编程逻辑控制器11，该主站可编程逻辑控制器11通过总线连接从站层2。
[0019]从站层2包含若干个从站，每个从站包含有从站单片机21，该从站单片机21通过总线连接至主站层1，并且电路连接并控制安全带控制层3下对应的一组器件:传感器31、第一电机32、第二电机33、第一电磁阀34和第二电磁阀35。
[0020]安全带控制层3中设有与从站层2中的若干个从站单片机21相对应的若干组器件，每组器件包含:传感器31、第一电机32、第二电机33、第一电磁阀34和第二电磁阀35。
[0021]本实施例中，该安全带系统的主站层I用来监控与管理整个安全带RS-485网络的情况，实现对车内所有座椅的安全带系统的控制，主站层I的触摸屏12经由主站可编程逻辑控制器11、从站单片机21、安全带控制层3对客车座椅机械部分的运动进行控制。
[0022]如图3所示为每个座椅的客车座椅机械部分，在座椅第一侧设有扶手42，在座椅第二侧设有铁制、直条型的推杆49。本例中座椅第一侧是乘客的右手侧，座椅第二侧是乘客的左手侧。
[0023]安全带46为三点式，第一点固定在座椅第一侧的侧翼上部41处，第二点45固定在座椅第一侧的侧翼下部44处，安全带46的第三点则连接于一个锁舌50处。锁舌50的一种状态是连接在座椅第一侧扶手的上半部分前端54上，扶手的上半部分前端54有一定的伸缩性，可以卡着锁舌50 ;该锁舌50的另一种状态，则是带着安全带46的第三点一起从座椅第一侧移动至座椅第二侧，并将该锁舌50连接至推杆49第一端设置的锁扣50上。
[0024]安全带系统的传感器31可以设置在座椅的靠背(或坐垫等其他位置)，用于对该座椅上是否有乘客乘坐进行检测；一般在车门关闭时，该传感器31就对座椅进行检测，当检测到此座椅有乘客时，从站层2就控制该座椅上的安全带46安全系上。
[0025]当安全带46需要安全系上时，从站层2发出控制信号，控制位于扶手42中的第一电机32运行，使扶手的上半部分47向内朝着座椅第二侧进行旋转，期间保持扶手的下半部分43不动。本例中扶手位于座椅第一侧，因而此时扶手的上半部分47是逆时针旋转
90:。
[0026]从站层2发出控制信号，第二电机33上设置的齿轮56旋转并与推杆49上的齿型轨道55啮合(图4)，根据控制使推杆49的第一端向上运动。即是说，该推杆49上靠近第二电机33的第二端连接于座椅第二侧的侧翼下部作为支点，而推杆49上远离第二电机33的第一端翘起。通过设置作用于推杆49的固定器53，可以对推杆49上下运动时的位置进行固定。
[0027]推杆49第一端向上运动时，能够使固定在推杆49第一端上的锁扣51恰好与卡在扶手的上半部分前端54的锁舌50结合。锁舌50和锁扣51结合后，从站层2发出控制信号，控制位于锁扣51里的第二电磁阀35锁死锁舌50。
[0028]从站层2发出控制信号，控制扶手42里的第一电机32运行，使扶手的上半部分47向外朝着座椅第一侧旋转(例如图中位于座椅第一侧的扶手此时是顺时针运动9(f)回到原处，使扶手的上半部分前端54与锁舌50相互分离，将锁舌50与安全带46的第三点留在锁扣51位置。扶手的下半部分43保持不动，与转回到原处的扶手上半部分47组合形成扶手42的倒“U”型结构。
[0029]从站层2发出控制信号，控制第二电机33的齿轮46旋转并作用于推杆49上的齿型轨道55，使推杆49第一端向下运动，直到推杆49上设置的一个圆口 52与位于座椅第二侧侧翼下部的第一电磁阀34正对时，推杆49停止运动，进而由从站层2发出控制信号，驱使第一电磁阀34处推出一个圆棒57来将圆口 52锁住，以锁定推杆49的位置。至此，安全带46安全系上的操作完成。
[0030]在车辆运行期间，乘客按扶手42上的按钮48时，通过从站层2向主站层I发出请求，得到主站层I允许安全带46解开的信号后，可以解开该乘客座椅上的安全带46 ;此时，可以在主站层I提醒司机小心行驶。或者，还可以在客车安全到达目的地后，由主站层I主动向各个从站层2发出控制信号，使从站层2控制传感器31停止检测，主站层I还向从站层2发出允许安全带46解开的信号，允许所有有乘客的座椅自动解开安全带46。
[0031]当安全带46需要安全解开时，从站层2发出控制信号，控制第一电磁阀34控制圆棒57离开圆口 52，控制信号控制第二电机33的齿轮56作用于推杆49上的齿型轨道55，使推杆49第一端向上运动。同时，从站层2也发出控制信号，保持扶手的下半部分43不动，而控制扶手42中的第一电机32运行，带动扶手的上半部分47向内朝着座椅第二侧旋转，例如是逆时针旋转90:。直到推杆49第一端锁扣51上的锁舌50能够卡在扶手的上半部分前端54处时，停止推杆49与扶手上半部分47各自的上述运动。
[0032]从站层2发出控制信号，控制位于锁扣51里的第二电磁阀35不再锁住锁舌50。
[0033]从站层2发出控制信号，控制第二电机33的齿轮56旋转并作用于推杆49上的齿型轨道55，使推杆49第一端向下运动，直到到推杆49上的圆口 52与第一电磁阀34正对时，推杆49停止运动。
[0034]同时，从站层2也发出控制信号，控制第一电机32运行，使扶手的上半部分47向外朝着座椅第一侧旋转,例如是顺时针运动使扶手的上半部分47与保持不动的扶手的下半部分43组合，恢复扶手42的倒“U”型结构，此时锁舌50及安全带的第三点位于扶手的上半部分前端54。至此，安全带46安全解开的操作完成。
[0035]配合参见图1、图2、图3所示，本发明基于一种基于可编程逻辑控制器(PLC)控制的客车智能型安全带系统的控制方法，包含以下步骤:
步骤1、主站层I判断车门是打开还是关闭，若是车门关闭，跳转到步骤2 ;若是车门打开，持续检测车门状态。
[0036]步骤2、主站层I对从站层2发出工作命令，从站层2对传感器31发出控制信号，由传感器31检测座椅上是否有乘客，若有乘客，跳转到步骤3，若无乘客，传感器31持续检测座椅；若是扶手47上的按钮48被按下时，从站层2向主站层I发出请求，并得到主站层I允许打开安全带46的控制信号后，或主站层I直接向从站层2发出安全带46解开的信号后，将跳转到步骤4。
[0037]步骤3、从站层2向各电机及电磁阀发出相应的控制信号，来将安全带系上，其中包括:
控制位于扶手42中的第一电机32运行，使座椅第一侧的扶手上半部分47向内朝着座椅第二侧运动(例如逆时针旋转9(f);同时，还控制第二电机33的齿轮55旋转并通过推杆49上的齿型轨道55，使推杆49的第一端向上运动；直到原先卡在扶手的上半部分前端54的锁舌50，结合至推杆49第一端上的锁扣51处，停止推杆49和扶手上半部分47各自的运动，从而使安全带46的第三点随着锁舌50 —起从座椅第一侧转移到座椅第二侧。
[0038]锁舌50和锁扣51结合后，从站层2发出控制信号，控制位于锁扣51里的第二电磁阀35锁死锁舌50，同时还控制第一电机32运行，使扶手上半部分47向外朝着座椅第一侧运动(例如是顺时针运动90:),使锁舌50离开扶手的上半部分前端54。转回原处的扶手上半部分47与保持不动的扶手下半部分43组合形成扶手42的倒“U”型结构。
[0039]从站层2还进一步发出控制信号，控制第二电机33的齿轮56通过推杆49上的齿型轨道55，使推杆49的第一端向下运动，在推杆49上的圆口 52与第一电磁阀34正对时，推杆49停止运动，从站层2发出信号控制第一电磁阀34推出圆棒57锁住圆口 52。固定器53对推杆49上下运动时的位置进行控制。
[0040]步骤4、从站层2向各电机及电磁阀发出相应的控制信号，来将安全带解开，其中包括:
控制第一电磁阀34推出圆棒57离开推杆49上的圆口 52，控制第二电机33的齿轮56通过推杆49上的齿型轨道55使推杆49第一端向上运动，使锁舌50可以卡到扶手的上半部分前端54上的位置。从站层2还同时发出控制信号，控制扶手42中的第一电机32运行，使扶手上半部分47向内朝着座椅第二侧运动(例如是逆时针运动运动到锁舌50能够
卡在扶手的上半部分前端54。从站层2发出控制信号，控制位于锁扣51里的第二电磁阀35不再锁住锁舌50。
[0041]从站层2还进一步发出控制信号，控制第二电机33的齿轮56通过推杆49上的齿型轨道55使推杆49第一端向下运动，直到推杆49上的圆口 52与第一电磁阀34正对时，推杆49停止运动。从站层2还控制第一电机32运行，使扶手上半部分47向外朝着座椅第
一侧运动(例如是顺时针运动90:)，与不动的扶手的下半部分43组合成扶手42的倒“U”型结构，此时的锁舌50带着安全带46的第三点转移到扶手的上半部分前端54，从而将安全带解开。
[0042]多座椅控制可依照上述单座椅控制方法类推。
[0043]可以理解到，在其他的应用示例中，如果将扶手与推杆的位置互换，则扶手各阶段中的旋转方向都会与上述示例中相反。而在另外的应用示例中，可以将推杆的锁定位置设在座椅侧翼的竖直方向，而在需要系上安全带时使这种推杆的第一端向下运动来与扶手上半部分的位置相匹配。[0044] 尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
【权利要求】
1.一种基于PLC控制的客车智能型安全带系统，其特征在于，该客车智能型安全带系统包含座椅机械部分，对座椅机械部分的运动进行控制的安全带控制层，电路连接以控制所述安全带控制层的从站层，以及通讯连接以控制所述从站层的主站层； 所述座椅机械部分进一步包含: 座椅的扶手，由安全带控制层的第一电机驱动，来将与安全带连接的锁舌送至能够与锁扣接触的位置以系上安全带，或者将所述锁舌送至能够与锁扣分离的位置以解开安全带; 所述座椅设置的推杆，由安全带控制层的第二电机驱动，将固定在推杆上的锁扣送至能够与锁舌接触的位置以系上安全带，或者在锁舌与锁扣分离以解开安全带后将所述推杆送到推杆锁定位置。
2.如权利要求1所述的基于PLC控制的客车智能型安全带系统，其特征在于，所述扶手进一步包含: 与座椅固定连接的扶手固定部分，其中设置有所述第一电机；以及， 扶手可动部分，其在第一状态和第三状态时与所述扶手固定部分组合形成倒“U”型的扶手，第一状态时的所述扶手可动部分将所述锁舌卡住，第三状态时的所述扶手可动部分与所述锁舌分开； 在所述第一电机的驱动下，该扶手可动部分还移动至第二状态将锁舌送至能够与锁扣接触的位置以系上安全带 ，或者移动至第四状态使该扶手可动部分与锁定在锁扣上的锁舌接触以便解开安全带。
3.如权利要求2所述的基于PLC控制的客车智能型安全带系统，其特征在于，所述扶手固定部分与第一状态和第三状态时的所述扶手可动部分位于座椅第一侧，所述推杆与第二状态和第四状态时的所述扶手可动部分位于座椅第二侧；座椅第一侧是乘客左手侧或右手侧的其中一侧，座椅第二侧是乘客左手侧或右手侧的其中另一侧。
4.如权利要求1所述的基于PLC控制的客车智能型安全带系统，其特征在于，所述安全带控制层还设置有第一电磁阀，驱动圆棒伸出并卡在推杆上设置的圆口内来将位于推杆锁定位置的推杆锁定。
5.如权利要求1所述的基于PLC控制的客车智能型安全带系统，其特征在于，所述安全带控制层还设置有第二电磁阀，将与锁扣接触的锁舌锁定在锁扣中。
6.如权利要求1所述的基于PLC控制的客车智能型安全带系统，其特征在于，安全带控制层还在座椅上安装有通讯连接从站层的传感器，来检测座椅上是否有乘客。
7.如权利要求1所述的基于PLC控制的客车智能型安全带系统，其特征在于，所述座椅设置有通讯连接从站层的按钮，来向主站层发送解开安全带的请求信号。
8.如权利要求1所述的基于PLC控制的客车智能型安全带系统，其特征在于，所述的主站层包含可编程逻辑控制器和触摸屏，该主站可编程逻辑控制器通过总线连接从站层；所述的从站层包含若干个从站，每个从站包含有从站单片机，该从站单片机通过总线连接至主站层，还电路连接并控制所述安全带控制层设置的一组传感器、电机和电磁阀。
9.一种如权利要求1至7中任意一项权利要求所述的基于PLC控制的客车智能型安全带系统的控制方法，其特征在于，该控制方法包含以下步骤: 步骤1、主站层判断车门是否关闭，若是关门跳转到步骤2，若没关门则继续检测车门状态； 步骤2、主站层通过串行通讯联系从站层，从站层通过传感器检测座椅上是否有乘客，若有乘客，跳转到步骤3，若无乘客，传感器持续检测座椅上是否有乘客；当从站层向主站层发出解开安全带的请求，并得到主站层的允许后，或者当主站层直接向从站层发出解开安全带的命令后，跳转到步骤4 ； 步骤3、从站层控制有乘客的座椅自动系上安全带，包括: 驱动扶手可动部分来移动与安全带连接的锁舌，以及驱动推杆来移动锁扣，直至锁舌与锁扣移动到两者相互接触的位直后，将锁舌锁定在锁扣中以系上安全带；系上安全带后，再驱动扶手可动部分移动使其与锁舌分离，直至该扶手可动部分与扶手固定部分组合形成倒“U”型的扶手； 步骤4、从站层控制有乘客的座椅自动解开安全带，包括: 驱动扶手可动部分移动至能够接触并卡住锁舌的位置，解除对锁舌的锁定，进而驱动扶手可动部分移动以使锁舌与锁扣分离以解开安全带，直至卡住锁扣的扶手可动部分与扶手固定部分组合形成倒“U”型的扶手。
10.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于， 系上安全带后，还驱动推杆移动至推杆锁定位置，使电磁阀驱动的圆棒伸入至该推杆上的圆口内将该推杆锁定； 解开安全带前，使电磁阀驱动的圆棒与推杆上的圆口分离以解锁推杆，并驱动推杆来移动锁定在锁扣上的锁舌，将锁舌送至能够与扶手可动部分接触的位置。
【文档编号】B60R22/02GK103935317SQ201410101047
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年3月19日 优先权日:2014年3月19日
【发明者】张永奎, 袁敏, 张帅 申请人:上海海事大学