具有双脉冲信号检测装置的车库门控制系统的制作方法

专利名称：具有双脉冲信号检测装置的车库门控制系统的制作方法
技术领域：
具有双脉冲信号检测装置的车库门控制系统
技术领域：
本实用新型涉及一种车库门控制系统，具体是一种带有双脉冲信号检测装置 并可检测车库门运动方向、速度和位置的控制系统。背景技术：
车库或仓库或大型车间等场所普遍使用一种上下开后的车库门，该车库门一 般都设有车库门控制系统来控制门的开启和关闭，目前常见的车库门控制系统一 般都设有检测装置对车库门的运动状况进行监控。这些检测装置都与车库门的电 机进行联动，通过检测电机的转动圈数，向车库门的控制器发出单一的圈数信号， 由控制器计算出车库门的运动位置和行程，并通过测量电机转速获得车库门的速 度。这种车库门在使用过程中，有时会因受意外阻挡或外力干扰而产生非正常运 动，而车库门控制系统不能检测这些非正常运动的方向，电机转动反馈到检测装 置处仅带来圈数的增加，而不能反映电机的转向，容易造成控制系统对车库门实 际运动位置的错误计算，大量的错误计算的累计会使车库门的行程产生较大的偏 差。

实用新型内容
为了克服现有技术中存在的上述缺陷，本实用新型提供一种具有双脉冲信号 检测装置的车库门控制系统，通过设置两个输出信号有一定相位差的检测装置， 以达到在车库门运动时受阻挡或外力干扰情况下准确检测门的位置、消除行程累 计误差的目的。
为此，本实用新型采用以下技术方案具有双脉冲信号检测装置的车库门控 制系统，包括驱动车库门上下运动的驱动装置、控制驱动装置工作的控制器和与 控制器相连的操作指令输入装置，其特征在于所述的控制系统还包括码盘和配 合码盘的两个可发出探测信号的检测装置，码盘与驱动装置传动连接，码盘上设 有沿圆周交错分布的第一信号段和第二信号段，检测装置对应于第一信号段和第 二信号段时分别向控制器发出高电平和低电平信号，两个检测装置的位置与码盘 圆心之间的两条连线成一夹角，当一个检测装置向控制器发出的信号发生高低电 平转换时，另一个检测装置向控制器发出的信号保持原有的电平状态不变，控制 器包括信号相位比较模块和信号脉冲计数模块。驱动装置驱动车库门转动同时会带动码盘转动，而码盘转动使检测装置交错地对应第一信号段和第二信号段，即 交错发出高电平和低电平信号。两个检测装置的安装位置相隔一定角度，使同一 个信号段经过两个检测装置的时间会有先后，因此它们产生的波形信号具有一定 相位差，控制器中的信号相位比较模块对这两个波形进行比较，结合两个检测装 置的安装位置便可得到码盘的转动方向即门的运动方向，计数器包括开闭两个方 向的计数，分别记录累加对应两个方向的运动。这样，当使用过程中车库门因受 阻或外力而产生意外运动时，这些意外运动反馈到驱动装置而使码盘转动，因能 准确得知码盘的转动方向，由此便可得到这些意外运动造成门的上升或下降信 息，从而准确测得车库门的实际位置，确保门的行程准确性。而门的速度则可根 据码盘的转速来测得。通常情况下，控制器会取一个信号高低电平变化的时刻根 据另一信号的高低电平状态来判断同一个信号段经过两个检测装置的先后顺序， 因此要适当调节信号段所占角度和两个检测装置的安装位置来保证当一个检测 装置向控制器发出的信号发生高低电平转换时，另一个检测装置向控制器发出的 信号保持原有的电平状态不变，来达到测量目的。
作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本实用新型采取如下技术措施
所述的检测装置包括检测元件和将检测元件与控制器相连的整形处理电路。 检测元件检测码盘的状态，针对第一信号段和第二信号段发出不同的信号，整形 处理电路将这两种不同的信号进行处理，对应地发出高电平或低电平给控制器。
所述的码盘上所有的第一信号段(214)所占角度都相等为a，所有的第二信号 段(215)所占角度也都相等为b,设c为两个检测元件的位置和码盘圆连线所成的 夹角，i为任意整数，n为码盘圆周信号段的个数，则c= i * (360/n) + 360/4n± min(a,b)/2，单位为度。在满足上述条件的情况下，可保证当一个检测装置向控 制器发出的信号发生高低电平转换时，另一个检测装置向控制器发出的信号保持 原有的电平状态不变。
所述的检测元件为对射式光耦传感器，传感器的发射端和接收端分别位于码 盘的两侧，发射端和接收端之间的光路与码盘的信号段位置相对应，其中第一信 号段为阻光段，第二信号端为透光段。当阻光段处于光耦传感器发射端和接收端 之间时，接收端无法接收到发射端发出的信号，便会发出"断"的信号；当透光 段处于光耦传感器发射端和接收端之间时，接收端可以接收到发射端发出的信号，便会发出"通"的信号。整形处理电路根据"通"、"断"信号发出对应的低 电平或高电平信号。对射式光耦传感器的反应比较灵敏。
所述的检测元件为反射式光耦传感器，传感器的发射端和接收端位于码盘的 同侧，发射端所发射光路与码盘的信号段位置相对应，其中第一信号段为反射面 段，第二信号端为非反射面段。当反射面段转至传感器处时，发射端发出的光被 反射到接收端，发出"通"的信号；当非反射面段转至传感器处时，发射端发出 的光不会被反射到接收端，会发出"断"的信号。反射式光耦传感器的发射端和 接收端不需要设置在码盘两侧，安装比较方便。
所述的检测元件为霍尔传感器，霍尔传感器设于码盘一侧，它所产生的磁路 与码盘的信号段位置相对应，其中第一信号段为导磁段，第二信号端为非导磁段。 导磁段和非导磁段交错地经过霍尔传感器时，会使磁场发生变化，从而产生不同 的信号。霍尔元件的环境适应性好，耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的 污染或腐蚀。
所述的码盘包括圆形盘体和设于圆形盘体一侧面上垂直于圆盘、中心与圆盘 圆心在同一直线上的圆筒，圆筒壁上相隔固定间距开设有若干大小相同的通口。 釆用对射式光耦传感器的情况下，圆筒采用隔光材料制成，通口形成透光段，通 口间部分形成阻光段，传感器的发射端和接收端分别位于圆筒的内侧和外侧；采 用反射式光耦传感器情况下，圆筒采用具有一定漫反射率的材料制成，通口形成 非反射面段，通口间部分形成反射面段，传感器的发射端和接收端位于圆筒外侧； 采用霍尔传感器的情况下，圆筒采用具有一定导磁率的金属材质制成，通口形成 非导磁段，通口间部分形成导磁段，传感器位于圆筒的外侧。
所述的驱动装置包括电机和由电机驱动的传动机构，所述的码盘设于电机轴 上，码盘中央设有套环，套环由复数个套环片组成，每两个套环片之间设有间隙， 套环的外侧环绕有紧箍环，电机轴插接于套环内而使码盘固定于电机轴上。每个 套环片都可独立地向内侧倾斜，能更好地紧贴电机轴。紧箍环用延伸性好的金属 材料制成，电机轴插入套环后，夹紧紧箍环，使码盘可靠地固定在电机轴上。
所述的检测元件设于一检测电路板上，检测电路板上还设有连接脚，检测元 件与连接脚电连接。检测电路板给检测元件提供一个可靠的固定场所，连接脚便 于用导线将检测元件与其他电路部分相连。所述的控制系统包括有底板，电机通过一支架固定于底板上，检测电路板也 固定于该支架上，底板的一侧设有控制板和电源板，所述的控制器和整形处理电 路设于控制板上。电源板给所有电路部分供电，控制板和电源板位于一处，便于 接线和安装。
有益效果本实用新型通过设置两个输出信号有一定相位差的检测装置，达 到了能同时检测车库门运动方向、速度和位置的目的，在车库门阻挡或外力干扰 而产生运动后也能准确判断车库门的行程，消除了累积误差，工作可靠，安装方 便。

图1为带有本实用新型的车库门的整体结构示意图； 图2为本实用新型的结构示意图3为本实用新型的码盘、驱动装置及检测装置结构示意图； 图4为本实用新型的码盘及检测装置结构示意图； 图5是本实用新型码盘的结构示意图； 图6是本实用新型检测电路板的结构示意图； 图7是本实用新型的功能结构框图； 图8是本实用新型检测装置的电路原理图； 图9是本实用新型检测装置工作过程中输出的信号波形图。 图10是本实用新型实现电机正反转和两个方向的计数的流程示意图。 图11是本实用新型实现在关门过程消除累计误差的流程示意图。 图12是本实用新型实现在开门过程消除累计误差的流程示意图。
具体实施方式
如图2、 3所示的具有双脉冲信号检测装置的车库门控制系统，底板209的 一侧安装有电源板201和控制板202，电机208通过支架207固定在底板209上， 蜗杆211和齿轮组212为传动机构。检测电路板206也固定在支架207上，检测 电路板206上安装有检测元件205和连接脚213 (图6)，两者通过背面的电路相 连，连接脚213和控制板通过信号连接线204相连。控制板202上包括有控制器 和整形处理电路。
电机轴210上套有码盘203，码盘203包括圆形盘体和设于圆形盘体一侧面上垂直于圆盘、中心与圆盘圆心在同一直线上的圆筒(图5)，圆筒壁上相隔固 定间距开设有若干大小相同的通口215，通口215形成第一信号段，通口间的圆 筒部分214形成第二信号段。码盘中央设有套环216，套环由复数个套环片组成， 每两个套环片之间设有间隙，套环的外侧环绕有紧箍环(图中未示出)，电机轴 插接于套环内而使码盘固定于电机轴210上。图4所示为检测元件205采用对射 式光耦传感器的情况，安装时，使码盘203的信号段位于对射式光耦传感器的发 射端和接收端之间。设码盘上所有的第一信号段所占角度都相等为a，所有的第 二信号段所占角度也都相等为b， c为两个检测元件的位置相对码盘圆心的角度 差，i为任意整数，则需满足如下条件c=i*(a+b)+d3 a>b时，(KcKb或b〈cKa 或a<d<a+b;当a<b时，0<d<a或a<d<b或b<d<a+b。在实际使用时，i可以取0， a和b的值尽量小，d的值取两边界条件的中间值。检测元件还可使用反射式光 耦传感器、霍尔传感器等其他可根据码盘转动到不同位置而发出不同信号的传感器。
采用光耦传感器时，检测部分电路图如图8所示，电源通过限流电阻后，分 别给两个光耦传感器803、 804发射端的引脚814、 816、 815、 817供电，使发射 端发出光线，当光耦传感器803、 804发射端和接收端之间存在阻光物时，接收 端的引脚818、 819、 820、 821截止，晶体管809、 810的集电极811和812产生 高电平；当光耦传感器803、 804发射端和接收端之间没有阻光物时，接收端的 引脚818、 819、 820、 821导通，晶体管809、 810的集电极811和812产生低电 平，从而达到根据码盘状态向作为控制器的单片机813分别输出高电平和低电平 的目的，并产生如图9所示的波形，两组波形1901、 2卯2之间有相位差，即其 中一个波形的有沿变化时，另一个波形处于稳定的电平状态。
带有本实用新型的车库门如图1所示，用户通过墙控开关702控制机头102 中电机的正转或反转，机头电机的正反向转动，通过涡杆211带动涡轮212通过 链传动103和连杆104推拉车库门105，从而实现车库门的开关，控制系统的主 要部件都装于机头内。
图7为本实用新型在使用过程中可能具有的功能结构图，它还包括CPU单 元704，作为控制器的核心部分，接受各个输入模块的信号，并根据各个信号的 发送控制指令；红外报警器701，负责监控在门下方是否有物体，如果在有物体，
8则通知控制停止开关门；遥控器703，便于远程控制开关门；墙控开关702，安 装在墙壁上，用户通过墙控开关按键操作开门器；指示灯705，反应门的工作状 况；动力及传动装置707，主要包括上述的驱动装置，直接驱动门的开关；运动 状态检测装置706，包括上述的码盘、检测装置等，负责反馈电机运动情况，进 而反应门的运动状况。遥控器和墙控开关都为指令输入装置。
控制器包括有信号相位比较模块和信号脉冲计数模块，可用软件方式实现， 检测电机转向和转速的过程如图IO所示当电机轴端的码盘转动过程，在809， 810的集电极处会产生如图9的带有相位差的波形。波形直接传输到单片机的两 个引脚。单片机813的定时器1作为定时器工作，开启捕捉功能，当单片机发现 波形1901 (波形1)的电平发生沿变化如下降沿时捕捉定时器1的定时值，并且 马上检测波形2902 (波形2)的电平，如果波形2的电平是高电平，那么单片机 判断电机是朝着其中一个方向(方向1)转，并且该方向的计数器增加1,如果 是该方向第一次捕捉，则退出，否则计算该方向的转速；如果当单片机检测波形 2的电平时发现是低电平，那么单片机判断电机是朝着另外一个方向(方向2) 转，并且该方向的计数器增加1，如果是该方向第一次捕捉，则退出，否则计算 该方向的转速；通过上述判断过程，我们可以获取门在开、关过程的运动方向和 位移以及转速。
本实用新型实现在关门和开门过程消除行程累计误差、获取门的准确位置的 过程分别如图11、图12所示。关门时，电机检测门在关门运动过程中是否受阻， 如果没有受阻，继续执行关门动作。如果受阻，单片机判断当前受阻位置是否巳 经到达行程的底部，如果到达行程底部，那么单片机判断本次关门动作安全完成， 遂关闭电机。如果受阻时没有到达行程底部，那么立刻关闭电机，并等待门静止。 门静止后根据两个方向的计数器统计开门、关门两个方向的运动位移，并进行加 权计算，获取当前门的准确位置。随后执行关门动作,直到门到达行程上限为止。
同样的，开门时，电机检测门在开门运动过程中是否受阻，如果没有受阻， 继续执行开门动作。如果受阻，单片机判断当前受阻位置是否已经到底行程的顶 部，如果到达行程顶部，那么单片机判断本次开门动作安全完成，遂关闭电机。 在如果受阻时没有到达行程顶部，那么立刻关闭电机，并等待门静止。门静止后 根据两个方向的计数器统计开门、关门两个方向的运动位移，并进行加权计算，
9获取当前门的准确位置。随后执行开门动作,直到门到达行程上限为止。
权利要求1、具有双脉冲信号检测装置的车库门控制系统，包括驱动车库门上下运动的驱动装置、控制驱动装置工作的控制器和与控制器相连的操作指令输入装置，其特征在于所述的控制系统还包括码盘和配合码盘的两个可发出探测信号的检测装置，码盘与驱动装置传动连接，码盘上设有沿圆周交错分布的第一信号段和第二信号段，检测装置对应于第一信号段和第二信号段时分别向控制器发出高电平和低电平信号，两个检测装置的位置与码盘圆心之间的两条连线成一夹角，当一个检测装置向控制器发出的信号发生高低电平转换时，另一个检测装置向控制器发出的信号保持原有的电平状态不变，控制器包括信号相位比较模块和信号脉冲计数模块。
2、 根据权利要求1所述的具有双脉冲信号检测装置的车库门控制系统，其 特征在于所述的检测装置包括检测元件和将检测元件与控制器相连的整形处理 电路。
3、 根据权利要求2所述的具有双脉冲信号检测装置的车库门控制系统，其 特征在于所述的码盘上所有的第一信号段所占角度都相等为a，所有的第二信 号段所占角度也都相等为b，设C为两个检测元件的位置和码盘圆连线所成的夹角，i为任意整数，n为码盘圆周信号段的个数，则c= i * (360/n) + 360/4n± min(a,b)/2。
4、 根据权利要求3所述的具有双脉冲信号检测装置的车库门控制系统，其特征在于所述的检测元件为对射式光耦传感器，传感器的发射端和接收端分别位于码盘的两侧，发射端和接收端之间的光路与码盘的信号段位置相对应，其中 第一信号段为阻光段，第二信号端为透光段。
5、 根据权利要求3所述的具有双脉冲信号检测装置的车库门控制系统，其 特征在于所述的检测元件为反射式光耦传感器，传感器的发射端和接收端位于码盘的同侧，发射端所发射光路与码盘的信号段位置相对应，其中第一信号段为 反射面段，第二信号段为非反射面段。
6、 根据权利要求3所述的具有双脉冲信号检测装置的车库门控制系统，其 特征在于所述的检测元件为霍尔传感器，霍尔传感器设于码盘一侧，其位置与码盘的信号段位置相对应，其中第一信号段为导磁段，第二信号端为非导磁段。.
7、 根据权利要求4或5或6所述的具有双脉冲信号检测装置的车库门控制系统，其特征在于所述的码盘包括圆形盘体和设于圆形盘体一侧面上垂直于圆 盘、中心与圆盘圆心在同一直线上的圆筒，圆筒壁上相隔固定间距开设有若干大 小相同的通口。
8、 根据权利要求3所述的具有双脉冲信号检测装置的车库门控制系统，其 特征在于所述的驱动装置包括电机和由电机驱动的传动机构，所述的码盘设于 电机轴上，码盘中央设有套环，套环由复数个套环片组成，每两个套环片之间设 有间隙，套环的外侧环绕有紧箍环，电机轴插接于套环内而使码盘固定于电机轴 上。
9、 根据权利要求3所述的具有双脉冲信号检测装置的车库门控制系统，其 特征在于所述的检测元件设于一检测电路板上，检测电路板上还设有连接脚， 检测元件与连接脚电连接。
10、 根据权利要求9所述的具有双脉冲信号检测装置的车库门控制系统，其 特征在于所述的控制系统包括有底板，电机通过一支架固定于底板上，检测电 路板也固定于该支架上，底板的一侧设有控制板和电源板，所述的控制器和整形 处理电路设于控制板上。
专利摘要具有双脉冲信号检测装置的车库门控制系统，涉及车库门控制系统。现有技术容易造成控制系统对车库门实际运动位置的错误计算。本实用新型包括码盘和配合码盘的两个可发出探测信号的检测装置，码盘与驱动装置传动连接，码盘上设有沿圆周交错分布的第一信号段和第二信号段，检测装置对应于第一信号段和第二信号段时分别向控制器发出高电平和低电平信号，当一个检测装置向控制器发出的信号发生高低电平转换时，另一个检测装置向控制器发出的信号保持原有的电平状态不变，控制器包括信号相位比较模块和信号脉冲计数模块。达到了能同时检测车库门运动方向、速度和位置的目的，在车库门阻挡或外力干扰而产生运动后也能准确判断车库门的行程。
文档编号E05F15/20GK201236579SQ200820162029
公开日2009年5月13日 申请日期2008年7月29日 优先权日2008年7月29日
发明者王建华, 罗子键 申请人:王建华