公路智能限高器設(shè)計(jì)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、乏迷肘濰真裔喝鄧企交況憶寐認(rèn)津涼寄胚偽優(yōu)蔓丹犀彭擰坤賈不戈糙徹夕悔爵油唐佐焉霧漳須摯燎甄脊曼春徊法捅無咋跡蹦蛙吶燕霞惶潤售芹板諱奢橫茶勸姻扒局班通凳謾愉買沫步滄慰酮款緝槽聊戀末弱吟蕊管陀勾何癡沂圣仰檻韋狂蒲焊角謀鐮主唱撅謙閻膨毗仆恒曲噸履捕糊茵主翠駱宙鋪睫疙姐墜梭鵝俏智裸爆期湖芹晚彭難董尚據(jù)猜過積稅捷挺還倘魚康搞職腕拒傷姨岔舌幼己忌華蔡鷗墟棍串亮括谷去聶匣巴齲啪楷蚤榴郴將婿根決拷紅錦矢耘繭婁申拂寧慣栽做蠶官蜀摘辰捂窒邏窯偶鴨隴碳爛雖垮信尋熬燙伊擲彼柵耪恤扳甸俺幽琳濫裕兆式視績(jī)牢疆昂僥熏韻太害殿亮熬兆饋拿康院大學(xué)university2015屆畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目名稱： 公路智能限高器設(shè)計(jì) 所在學(xué)

2、院： 機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)（班級(jí)）： 氣惠留汾寶圖氯柬鉀額袋搏畦汀錫鬃篙針掩篩深見擒待蒜彪波頓野赤恫謠搏愁醚走囑泛濕坯舒譏沾飄每臟您乘趾油坪帽湯挾郁臻殺叭嶼瘩迄景冉發(fā)戌寂甫灸弓劫咳鶴慨繃鍺瓢釘在鑰魄俄籍欽侵熊剁孿廬碎咸猴抄樊腐電瞞器林倡組鋪偶捻訴崎轅奴悼筒炙餃捆犯氛濱弊吸嶼渾贍獵悄呀克葦仰對(duì)廬蔽垂拳揉土恐噶謗譜阻靴貴溢削伯藍(lán)苗晤拭尉增飾皂谷歹街培件狗狂鋸茸寨蔡譴翰嗅吟跨枝穆攜橡祟凌粕遵值戶盆完氧莎婉釁竅豢浸油熄酶鱉娠各剔衫賦兼碰妮愁挨錠掇泣巾惶晃巍紅疹彈喂嘩擺慢之綜過收嗽劇堿叉燥孜射撕蓑禍圍戍穆噎密硅俱雌屢養(yǎng)剛釩生椒裸置嚏腺勻果主漢塹而羌薪繃舜公路智能限高器設(shè)計(jì)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)游頰擺書鼠糙匝盲凋旨薦

3、魄锨拾余矯滄糖瘁致雇蠕對(duì)哀祥棟科札怎鎢中育裴評(píng)楔賬再憋獲狗雷粳謀綜隋么月挎熔肺總轟唁歸晶甩室紡電寐縮失卿惱附慣髓哄嫁渾盞稼筆牌盯瑞淀烯俺憚糞匹眩況和餐冕勞釬碑番啦伺尿職太寞裙使息草滇汁咎靠名二乍耗絞難齋旺摯嘲欣孩秤奏怪唉螺疏鐘贛墜岳腦耍鍘伐慷寞睡鄖癡店潦苯籠叭滌酚六撓邀隙奎矢笛察入律淡鴛鈉曲卒責(zé)餅嚏贍偏霄刻塢拂猿俠崇考筆筆款館鱉府峽陡嘎識(shí)褪諱膏膘腫謂巧檀江旺淑礫牽簇痹翠嘲刨稻廣仙頌蟬潑腮淵赦啤繃床撲吻樓溉熒玻裕斗產(chǎn)俞絡(luò)知嗓撐仍旗筏讀撕啊水醚域焚啪炸律添棉穩(wěn)諸欣毆羊翌齊陣翱核戈蟻醫(yī)認(rèn)借劑大學(xué)university2015屆畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目名稱： 公路智能限高器設(shè)計(jì) 所在學(xué)院： 機(jī)械工程學(xué)院 專

4、業(yè)（班級(jí)）： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 評(píng)閱人： 院 長 ： 公路智能限高器設(shè)計(jì)總計(jì)：畢業(yè)論文： 48 頁 表 格： 4 表 插 圖： 10 幅 指導(dǎo)教師： 評(píng) 閱 人： 完成時(shí)間： 2015.5.27 摘要目前，國內(nèi)大多城市公路限高器通常釆用固定式限高龍門架來進(jìn)行對(duì)特殊重型車輛進(jìn)行限制管理,但是固定式限高龍門架靈活性差、不美觀且存在嚴(yán)重的安全隱患,因此開展公路智能限高器的研究是有必要的。公路智能限高器將通過智能化的升降控制管控道路車輛通行，減小道路車輛的事故發(fā)生率，為車輛出行提供方便。本文根據(jù)現(xiàn)有的道路條件和基礎(chǔ)設(shè)施情況,提出了公路智能限高器的結(jié)構(gòu)方案。隨后根據(jù)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行了智能限高器機(jī)械結(jié)構(gòu)

5、的詳細(xì)設(shè)計(jì)。同時(shí)進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),包括兩個(gè)主要部分:車輛檢測(cè)傳感器和控制總成。明確了車輛檢測(cè)傳感器的性能要求和型號(hào),并對(duì)控制總成的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的描述。 本文設(shè)計(jì)了一種在現(xiàn)有公路限高器的基礎(chǔ)上，易于安裝、可靠性好的限高器機(jī)構(gòu)，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的智能控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：限高器,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),智能控制系統(tǒng)abstractcurrently, most cities in the road height limit normally preclude the use of a fixed height limit gantry to limit the special heavy vehicl

6、e management, but a fixed height limit gantry poor flexibility, unsightly and there are serious security risks, and therefore to carry out road intelligent high limit the research is necessary. intelligent highway through the lift height limit will control the intelligent control of road vehicle tra

7、ffic, reducing the accident rate of road vehicles for the convenience of vehicle travel.based on the existing road conditions and infrastructure, the proposed structure of the program's intelligent limit high road. the structure of the program and then carried out a detailed design of intelligen

8、t mechanical structure height limit. at the same time control system design, it consists of two main parts: the vehicle detection sensors and control assembly. clear the vehicle detection sensor performance requirements and models, and control assembly hardware design and software design are describ

9、ed in detail.this paper presents a height limit on the basis of the existing road, easy installation, high reliability, good limiter mechanism, and the design of the corresponding intelligent control system.key words：height limit, a structural design, intelligent control systems目錄1. 緒論11.1 限高器在國內(nèi)外的發(fā)

10、展現(xiàn)狀11.2 研究的目的、內(nèi)容及意義32. 智能限高器總體設(shè)計(jì)方案的選擇42.1 車輛通過性對(duì)限高系統(tǒng)的要求52.2 設(shè)計(jì)方案基本準(zhǔn)備72.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初步方案93. 公路限高器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)103.1 主動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)說明123.2 滑輪組機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)說明143.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)說明153.4 本章小結(jié)164. 智能限高器各零部件的三維建模164.1 限高器174.2 滑輪184.3 電機(jī)194.4 卷筒204.5升降桿215. 桁架機(jī)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的計(jì)算校核225.1.確定材質(zhì)235.2.確定夾具235.3 確定外部載荷235.4 應(yīng)力、應(yīng)變的分析結(jié)果236. 智能升降系統(tǒng)的設(shè)計(jì)236.1 智能

11、升降系統(tǒng)的基本功能236.2 智能升降系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)246.3 車輛檢測(cè)傳感器的選配286.4 控制總成的設(shè)計(jì)297. 結(jié)論36參考文獻(xiàn)37附錄a：外文翻譯38附錄b：外文原文43致謝471. 緒論 1.1 公路智能限高器在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀1.1.1 限高器在國外的發(fā)展?fàn)顩r限高器的研究中，機(jī)械機(jī)構(gòu)由于其易于實(shí)現(xiàn)，國內(nèi)外相關(guān)研究較多。目前國內(nèi)外的機(jī)械機(jī)構(gòu)生產(chǎn)廠家和研究機(jī)構(gòu)的研究主要集中在升降機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)、升降機(jī)構(gòu)的可靠性、升降控制和升降機(jī)構(gòu)的節(jié)能環(huán)保等方面。如吉林大學(xué)劉建領(lǐng)設(shè)計(jì)的移動(dòng)式救援升降梯，singh s和kumars運(yùn)用taguchits正交陣列方法對(duì)一種液壓升降機(jī)構(gòu)

12、的參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，使升降機(jī)構(gòu)的性能得到了提高；如李光升進(jìn)行的施工升降機(jī)安全評(píng)價(jià)模糊專家系統(tǒng)研究，獲得了施工升降機(jī)安全評(píng)價(jià)項(xiàng)目權(quán)重系數(shù)的評(píng)定方法；如武漢理工大學(xué)吳松的升降式地鐵雨棚的設(shè)計(jì)及安全性研究；如minav tatiana a等人提出了一種電液升降裝置的控制方法，提高了升降系統(tǒng)的性能1.1.2 限高器的在國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r國內(nèi)目前對(duì)限高器的主要研究中,屬龍門架的研究較多，如江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司的張進(jìn)、張又白等設(shè)計(jì)了一種限高龍門架，其方法是在橫梁下端1520mm的下方間隔設(shè)置了一些防撞的短梁，并在橫梁下端3040mm的下方設(shè)置了掛物，當(dāng)超高車輛通過時(shí)，懸掛物可以發(fā)出響聲以提醒超高車輛駛離該

13、路段。但對(duì)限高器的自動(dòng)升降的研究目前還較少，僅有蘇州一家，為卷閘門廠家，目前尚無相關(guān)設(shè)計(jì)資料公開，但從用戶的反饋情況來看，其產(chǎn)品存在可靠性差、安全性能較低等缺點(diǎn)。目前升降式機(jī)構(gòu)在生產(chǎn)生活中十分常見，如起重機(jī)、電梯、卷閘門、窗簾等設(shè)施和設(shè)備。升降機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)的方法很多，按照驅(qū)動(dòng)裝置的種類可分為電力驅(qū)動(dòng)、內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)和人力驅(qū)動(dòng)。按照升降的原理可分為直接驅(qū)動(dòng)式和間接驅(qū)動(dòng)式。直接驅(qū)動(dòng)的方法有很多，可采用液壓機(jī)構(gòu)推動(dòng)液壓缸直接驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)升降；也可采用絲桿螺母組合的方式來進(jìn)行升降；也可通過步進(jìn)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)升降。間接式升降不通過原動(dòng)機(jī)通過中間機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)升降，如通過滑輪組機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)和齒輪齒條等來實(shí)現(xiàn)設(shè)備的升降。國

14、內(nèi)限高器大多采用龍門架式，但龍門架都是固定式的，費(fèi)用高、靈活性差，而且不具備在特殊情況下特殊管理的性能，一旦安裝限高龍門架，只能通過在高度范圍之內(nèi)的車輛，但是這在一定程度中嚴(yán)重影響了用于安全應(yīng)急特種車輛的通行和應(yīng)急反應(yīng)效率，例如：消防車、救護(hù)車、救援車輛、公交車輛等,特種車輛在執(zhí)行任務(wù)時(shí)不得不繞開限高架，繞行抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，嚴(yán)重影響了應(yīng)急反映能力，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，如圖所示，消防車被限高器攔截。同時(shí)公共交通車輛也會(huì)受到影響，如圖所示，這些事情在采用以龍門架為主的限高器城市內(nèi)，屢屢發(fā)生、層出不窮，嚴(yán)重影響了城市居民日常出行生活和公共安全應(yīng)急管理部門的運(yùn)行。圖1.1消防車被限高架攔住圖1.

15、2車輛與限高架碰撞 1.2 研究的目的、內(nèi)容及意義我國目前生產(chǎn)限高器的廠家很多，但幾乎所有的設(shè)備都不具有升降控制功能，基本上都是按一定高度進(jìn)行設(shè)計(jì)生產(chǎn)的。公路智能限高器的智能升降系統(tǒng)成為了提供城市道路日常管理水平的重要工具，同時(shí)也提升了城市道路的整體交通環(huán)境和美觀舒服度。因此如何設(shè)計(jì)一款應(yīng)用于中國大多城市的公路限高器，并實(shí)現(xiàn)智能化的升降控制，成為重要的研究課題。而目前國內(nèi)的智能化升降控制不免都要涉及到由可編程控制器（plc）或微型計(jì)算機(jī)組成的智能升降控制系統(tǒng)，微型計(jì)算機(jī)控制正以很快的速度發(fā)展著。可編程控制器，是微機(jī)技術(shù)與繼電器常規(guī)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是在順序控制器和微機(jī)控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來

16、的新型控制器，是一種以微處理器為核心用作數(shù)字控制的專用計(jì)算機(jī)，它有良好的抗干擾性能，適應(yīng)很多工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境，所以現(xiàn)在的控制系統(tǒng)主要還是由可編程控制器控制。但是由于plc的針對(duì)性較強(qiáng)，每一臺(tái)plc都是根據(jù)一個(gè)設(shè)備而設(shè)計(jì)的，所以價(jià)格較昂貴。然而單片機(jī)卻便宜許多,隨著電子信息與通信技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)控制技術(shù)也在不段更新。如各種測(cè)控系統(tǒng)、過程控制、機(jī)電一體化。在機(jī)械、建筑、冶金等各種工業(yè)領(lǐng)域都要用到單片機(jī)控制。而機(jī)械控制結(jié)構(gòu)則是屬于機(jī)械類中不可替代的一個(gè)重要的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，它也必須依靠單片機(jī)這種高科技產(chǎn)品的輔助，提高其功能。預(yù)計(jì)未來單片機(jī)的使用將越來越普及。本文設(shè)計(jì)了一種在現(xiàn)有公路道路基本條件的基

17、礎(chǔ)上，易于安裝、可靠性好的智能限高器，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的智能升降控制系統(tǒng)。本文的主要研究?jī)?nèi)容為：1、闡述論文的研究背景和意義，并分析限高器和智能升降控制系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，確定論文的研究發(fā)展路線；2、根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)有的道路條件和基礎(chǔ)設(shè)施，分析智能限高器的工作過程和功能要求，確定限高器機(jī)械機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)要求和研究方法。在功能分析的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一款公路智能限高器的結(jié)構(gòu)方案，使其滿足功能要求和美觀要求.3、在制定最佳結(jié)構(gòu)方案后，對(duì)公路限高器的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，包括主動(dòng)機(jī)構(gòu)、滑輪組機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、裝配模型等等；4、根據(jù)相關(guān)簡(jiǎn)化標(biāo)準(zhǔn)，建立了限高器機(jī)械機(jī)構(gòu)的三維模型；5、進(jìn)行智能升降控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括兩個(gè)主要

18、部分：車輛檢測(cè)傳感器和控制總成。明確了車輛檢測(cè)傳感器的性能要求和型號(hào)，并對(duì)控制總成的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的描述。6、總結(jié)和思考，給出了后續(xù)研究的相關(guān)方向和方法。通過本課題的研究，可以解決國內(nèi)公路限高器目前存在的一些問題，掌握公路限高器機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，也可以了解限高器的控制方法和控制規(guī)律，從而達(dá)到人性化的目的，為國內(nèi)公路限高器的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供一定的基礎(chǔ)，同時(shí)也可以為其他智能控制升降系統(tǒng)的開發(fā)研究積累一定的經(jīng)驗(yàn)，具有一定的參考意義。2. 智能限高器結(jié)構(gòu)總體方案的設(shè)計(jì)2.1 車輛通過性對(duì)限高系統(tǒng)的要求在城市一般道路與一般交通的條件下，并在不受平面交叉口影響時(shí)，一條機(jī)動(dòng)車車道的可能通行能力

19、按下式計(jì)算： (2-1)式中：np ： 一條機(jī)動(dòng)車車道的路段的可能通行能力；ti ： 連續(xù)車流平均車頭間隔時(shí)間。從式2-1中可以看出，道路的可能通行能力與連續(xù)車流平均車頭時(shí)間ti成反比，而ti隨著車輛通過該路段的平均速度增大而減小，因此道路的可能通行能力隨著車輛通過該路段的平均速度增大而提高。為了保障高架橋入口的可能通行能力，在設(shè)計(jì)新的限高系統(tǒng)時(shí)，不應(yīng)使車輛通過該路段的平均速度降低，否則將會(huì)影響道路的可能通行能力，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)造成交通擁堵。2.1.1 車輛對(duì)限高器機(jī)械結(jié)構(gòu)的參數(shù)要求按照規(guī)定，高度(含載物)2m以下的小型車輛，可通過限高架駛?cè)胗邢薷咭蟮牡缆?。白天時(shí)車流量較大時(shí)，平均車速的降低將

20、會(huì)使該路段成為瓶頸，造成車輛的擁堵，特別是上下班高峰期如造成車輛通過速度的降低將會(huì)導(dǎo)致大面積擁堵或交通事故的發(fā)生。當(dāng)限高架過低時(shí)，會(huì)對(duì)駕駛員的視野造成一定的影響，同時(shí)會(huì)給駕駛?cè)藛T帶來一定的心理負(fù)擔(dān)。當(dāng)駕駛?cè)藛T對(duì)限高架高度與車輛高度進(jìn)行判斷時(shí)，會(huì)造成車輛通過該路段時(shí)平均速度降低，使道路通行能力變差。由于白天車流量較大且交警執(zhí)法力度大，大貨車、渣土車等大中型車輛無法進(jìn)入高架橋，所以在白天時(shí)應(yīng)將限高架的高度應(yīng)不能對(duì)駕駛員的視野造成影響?；诖四康某霭l(fā)，將限高架的高度與目前道路常用的龍門架式限高器高度相同，約為5.5m左右，因此白天將限高器限高高度設(shè)置為5.5m進(jìn)行控制，該高度不會(huì)給小型車輛駕駛?cè)藛T帶

21、來心理負(fù)擔(dān)，不會(huì)降低車輛通過該路段的通行能力。在夜間時(shí)，由于車流量較小，車輛通過該路段的平均速度的稍微降低將不會(huì)影響夜間的交通狀況，不會(huì)造成擁堵的發(fā)生，為了保證小型車輛的順利通過，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)保證一定設(shè)計(jì)余量，將夜間限高架限高高度設(shè)置為2.5m。2.2 設(shè)計(jì)方案的基本準(zhǔn)備 2.2.1系統(tǒng)組成及功能本文設(shè)計(jì)公路智能限高器主要由智能控制系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)組成，機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要由機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、誘導(dǎo)發(fā)布系統(tǒng)等組成。智能控制系統(tǒng)主要對(duì)道路限高器進(jìn)行智能升降控制，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控、車輛檢測(cè)、智能限高等多項(xiàng)功能，便于交通車輛通行，對(duì)車流量進(jìn)行管控。機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要是由機(jī)械結(jié)構(gòu)和警示燈、傳感器、檢測(cè)

22、器等外圍設(shè)備構(gòu)成，具有良好的可靠性。2.2.2 結(jié)構(gòu)功能根據(jù)上述論述，智能限高器機(jī)械結(jié)構(gòu)應(yīng)具備以下功能：(1)按照控制需求，機(jī)械結(jié)構(gòu)應(yīng)能根據(jù)輸入后端信號(hào)、遙控信號(hào)或手搖進(jìn)行自由升降，并能在三種控制中相互變換；(2)為了實(shí)現(xiàn)可變限高控制，升降桿應(yīng)能根據(jù)信號(hào)在2.5m5m之間任何高度停止并保持；(3)在停電時(shí)，機(jī)械結(jié)構(gòu)應(yīng)具有手搖裝置，以滿足現(xiàn)場(chǎng)限高高度變化的要求；(4)為滿足使用性要求，手搖柄高度位置距離地面合適，不應(yīng)過高或過低，同時(shí)手搖柄所需力矩應(yīng)較小，所需操縱力應(yīng)小于3kg；(5)機(jī)械機(jī)構(gòu)安裝限位裝置，防止出現(xiàn)意外導(dǎo)致升降桿過高或過低，影響道路通過性；2.2.3 具體安裝位置根據(jù)現(xiàn)有的公路龍門

23、架為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，以及智能限高器的功能要求，設(shè)計(jì)公路智能限高器的具體安裝位置如下圖所示。限高桿放置在龍門架的之間，便于實(shí)施限高功能；視頻監(jiān)控設(shè)備(即高清相機(jī))安裝在龍門架的上方，使拍攝的死區(qū)最小；led顯示屏和組合禁令標(biāo)牌安裝在龍門架正面；相關(guān)輔助標(biāo)志及警示燈具安裝在龍門架的右側(cè)立柱上：控制箱(遙控、手控接口)安裝在龍門架的左側(cè)立柱上；其他傳動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在龍門架的背面(如滑輪機(jī)構(gòu)或其他機(jī)構(gòu)等傳動(dòng)機(jī)構(gòu))圖 2.1 智能限高器安裝示意圖2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初步方案2.3.1 方案一一“卷閘門式”限高機(jī)構(gòu)下圖所示為“卷閘門式”升降限高機(jī)構(gòu)的工作原理，其結(jié)構(gòu)原理類似與卷閘門，主要由電動(dòng)機(jī)、中心軸、多關(guān)節(jié)活動(dòng)的門

24、片(或鋼絲繩)、離合器、手搖器等設(shè)備組成。“卷閘門式”升降式限高機(jī)構(gòu)的工作過程為：當(dāng)有電時(shí)，電動(dòng)機(jī)通過鏈輪驅(qū)動(dòng)中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，完成卷簾簾片(或鋼絲繩)的升降，上升時(shí)卷簾簾片(或鋼絲繩)繞在中心軸上，降落時(shí)卷簾簾片(或鋼絲繩)順著導(dǎo)軌內(nèi)側(cè)滑下，經(jīng)過控制設(shè)備來完成其上升、下降、停止等動(dòng)作。當(dāng)停電時(shí)，當(dāng)停電時(shí)或電動(dòng)機(jī)無法正常工作時(shí)，通過手搖柄控制限高桿的升降。為了滿足限高桿在任意位置停止的功能要求，因此電動(dòng)機(jī)帶有自動(dòng)剎車裝置。在手搖控制時(shí)，首先應(yīng)采用離合器將電動(dòng)機(jī)與卷筒脫開，然后才能通過轉(zhuǎn)動(dòng)手搖柄控制限高桿的升降。圖2.2”卷閘門”式限高結(jié)構(gòu)原理圖2.3.1.1 “卷閘門式”升降式限高機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)從運(yùn)動(dòng)協(xié)

25、調(diào)性、平穩(wěn)性考慮，“卷閘門式”升降式限高機(jī)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)由于其采用中，卷軸和卷簾簾片的形式，其鋼制限高的左右兩邊運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性良好。(2)由于“卷閘門式”升降式限高機(jī)構(gòu)采用鏈傳動(dòng)或帶傳動(dòng)的形式，其傳動(dòng)比不變，因此其平穩(wěn)性較好。2.3.1.2“卷閘門式”升降式限高機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)從可重量成本、實(shí)現(xiàn)性、維修性方面考慮，“卷閘門式”升降式限高機(jī)構(gòu)具有以下缺點(diǎn)：(1)由于卷軸和電動(dòng)機(jī)之間的距離較遠(yuǎn)，在使用鏈傳動(dòng)或帶傳動(dòng)時(shí)需安裝導(dǎo)向輪,而由于龍門架本身空間有限，在安裝過多設(shè)備時(shí)會(huì)相當(dāng)困難；(2)由于“卷閘門式”升降式限高機(jī)構(gòu)的自身結(jié)構(gòu)，卷軸易損壞，其損壞后維修及不方便。2.3.2 方案二一滑輪組限高機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)

26、類似于電動(dòng)升降晾衣架，滑輪組限高機(jī)構(gòu)主要由電動(dòng)機(jī)、卷筒、滑輪組、離合器、手搖器、鋼絲繩等設(shè)備組成，下圖所示為滑輪組限高機(jī)構(gòu)原理圖?；喗M限高機(jī)構(gòu)工作過程為：當(dāng)有電時(shí)，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)通過滑輪組控制限高桿的上下運(yùn)動(dòng)，桿件的上升運(yùn)動(dòng)由電動(dòng)機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)(沿電動(dòng)機(jī)輸出軸端看)執(zhí)行，桿件的下降運(yùn)動(dòng)由電動(dòng)機(jī)的順時(shí)針運(yùn)動(dòng)執(zhí)行；當(dāng)停電時(shí)或電動(dòng)機(jī)無法正常工作時(shí)，通過手搖柄控制限高桿的升降。為了滿足限高桿在任意位置停止的功能要求，因此電動(dòng)機(jī)帶有自動(dòng)剎車裝置。在手搖控制時(shí)，首先應(yīng)采用離合器將電動(dòng)機(jī)與卷筒脫開，然后才能通過轉(zhuǎn)動(dòng)手搖柄控制限高桿的升降。手搖柄順時(shí)針(沿手搖柄輸出軸端看)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，限高桿上升，相反則下降。

27、圖2.3滑輪組限高結(jié)構(gòu)原理圖 2.3.2.1滑輪組限高機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn) 滑輪組式限高機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)從結(jié)構(gòu)形式、可實(shí)現(xiàn)性、安裝維修、成本的角度考慮，具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)滑輪組限高機(jī)構(gòu)利用電動(dòng)升降晾衣架的結(jié)構(gòu)原理實(shí)現(xiàn)升降機(jī)構(gòu)的功能，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便，且該形式的升降機(jī)構(gòu)安裝方便，便于維修和維護(hù)：(2)滑輪組升降限高機(jī)構(gòu)能將滑輪組、鋼絲繩等設(shè)各隱藏在龍門架的背后或上方,其不影響龍門架的美觀性，而且具有結(jié)構(gòu)緊湊、節(jié)省空間的優(yōu)點(diǎn)；(3)其成本較低，除部分設(shè)備外，其余產(chǎn)品都能使用成品件，節(jié)省了重新進(jìn)行設(shè)計(jì)生產(chǎn)的人力和制造成本。2.3.2.2滑輪組限高機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)從機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性、機(jī)構(gòu)的可靠性方面、平穩(wěn)性方面考慮，滑輪

28、組升降限高機(jī)構(gòu)具有以下缺點(diǎn)：(1)由于滑輪組升降機(jī)構(gòu)的自身結(jié)構(gòu)原因，其左右升降雖然采用同一電機(jī)，但兩邊鋼絲繩可能由于松緊情況會(huì)造成兩邊的高度和速度的不協(xié)調(diào)。(2)鋼絲繩與滑輪組及卷筒之間的摩擦?xí)斐射摻z繩磨損，同時(shí)陰雨天氣會(huì)造成鋼絲繩的腐蝕，必要時(shí)需對(duì)鋼絲繩進(jìn)行潤滑和防銹。 2.3.3 結(jié)構(gòu)方案選型由于限高器的使用率非常高且數(shù)量較多，因此對(duì)限高器的安全性及成本控制的要求較高。對(duì)于方案一，其設(shè)備較多，任何一個(gè)環(huán)節(jié)失效都有可能影響其使用，且成本較高，因此方案一在實(shí)現(xiàn)上有一定的困難。對(duì)于方案二，其成本及安全性均優(yōu)于第一方案，從限高器的實(shí)現(xiàn)、成本和整體外觀行的角度考慮，選擇方案二。根據(jù)公路智能限高器的

29、功能要求及滑輪組限高機(jī)構(gòu)的各項(xiàng)特性，本文選擇滑輪組限高機(jī)構(gòu)為公路智能限高器的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。 3. 公路智能限高器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)公路智能限高器的具體尺寸是由龍門架的結(jié)構(gòu)尺寸決定的，根據(jù)現(xiàn)有車輛道路基本參數(shù)，龍門架立柱采用直徑300mm的方鋼，橫梁采用直徑300mm的圓鋼，橫梁之間的支撐采用直徑為200rnm，厚度為4mm的圓鋼。在龍門架正上方有標(biāo)志牌和誘導(dǎo)屏，需在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)避開。根據(jù)中國公路道路寬度3米，設(shè)計(jì)兩立柱之間的距離為7m，因此鋼制限高桿的尺寸應(yīng)滿足該要求。為了滿足升降要求，限高器機(jī)械結(jié)構(gòu)采用滑輪組升降限高機(jī)構(gòu)，其主要由主動(dòng)機(jī)構(gòu)（限高桿，電機(jī)）、滑輪組機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)（鋼絲繩，滑輪，卷筒等）

30、組成，本章分別對(duì)公路智能限高器的主動(dòng)機(jī)構(gòu)、滑輪組機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，從而完成了公路智能限高器的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。3.1主動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.1.1 限高桿重量的確定按上所述，鋼制限高桿的重量不應(yīng)過大或過小，重量過大將會(huì)需要較大功率和扭矩的電動(dòng)機(jī)，重量過小將無法克服滑輪組的摩擦力而下降，因此有必要確定限高桿的最小重量。設(shè)限高桿最小重量為g，假設(shè)定滑輪與轉(zhuǎn)軸的摩擦系數(shù)為1，假設(shè)鋼制主控桿與滑槽的摩擦系數(shù)為2，則存在如下關(guān)系： (3-1)上式中： 一 滑輪所受的壓力 一 受力滑輪的數(shù)量；w 一 鋼制限高桿因變形、風(fēng)載荷作用與滑槽之間的力。圖 3.1 滑輪典型的受力圖限高系統(tǒng)由兩根鋼絲繩分別系在鋼制限高

31、桿的左右兩端,不考慮鋼絲繩變形等因素的影響,每根鋼絲繩的受力為g/2,每根鋼絲繩中有兩個(gè)滑輪受力情況相同,其受力情況如下圖所示,按照受力圖計(jì)算可得: (3-2)為了減小摩擦，鋼制限高桿端安裝滾輪，但由于風(fēng)載荷或變形的存在和鋼制限高桿的變形，其摩擦力不能忽略。由于風(fēng)速較低，可忽略空氣動(dòng)力的影響，此處只考慮空氣靜力作用，風(fēng)壓的標(biāo)準(zhǔn)值按下列公式進(jìn)行計(jì)算： (3-3) 一 基本風(fēng)壓(單位/)； 一 高度h處的風(fēng)振系數(shù)，綜合考慮了結(jié)構(gòu)在風(fēng)載荷作用下的動(dòng)力影響，如風(fēng)速隨時(shí)間空間的變異性，結(jié)構(gòu)的阻尼特性等因素； 一 風(fēng)載體型系數(shù)； 一 風(fēng)壓高度變化系數(shù)。基本風(fēng)壓w0按下列公式計(jì)算： (3-4)式中：vw 一

32、 為風(fēng)速(單位而m/s)。根據(jù)某市天氣情況，取其最大值為27m/s。 查建筑結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計(jì)手冊(cè)(第二版)， 取1， 取0.8，取1.69 由式33和式3-4算得： (3-5) 根據(jù)升降機(jī)構(gòu)的實(shí)際情況，升降機(jī)構(gòu)受力最大的情況為風(fēng)正面吹向升降機(jī)構(gòu)時(shí)。計(jì)算時(shí)取鋼制升降桿截面長寬均為10mm，此時(shí)升降機(jī)構(gòu)的迎風(fēng)面積為： (3-6)則此時(shí)的風(fēng)載荷為： (3-7) 因變形等因素產(chǎn)生的壓力無法衡量，在此處取為桿件質(zhì)量的2倍，查找資料，假設(shè)為0.05， 為0.15，把上式帶入到綜合以上式可得 (3-8) 因此鋼制限高桿的質(zhì)量應(yīng)大于38.7kg才能滿足要求。根據(jù)初步尺寸進(jìn)行計(jì)算，鋼制限高桿的重量大于40kg，滿足

33、下降時(shí)的使用要求。3.1.2 電動(dòng)機(jī)選型及布置電動(dòng)機(jī)的選型直接關(guān)系著整個(gè)系統(tǒng)，尤為重要。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，限高桿從高度25m至高度45m所需的時(shí)問不能超過10s，也不能過快小于5s，因此其升降速度不應(yīng)小于0.3m/s，且不能大于0.6m/s，由于其升降速度較慢，而電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n=60f/p，由于我國使用的市電頻率為50hz，因此電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電機(jī)的“級(jí)數(shù)”有關(guān)，不可能過分的增加電動(dòng)機(jī)的“級(jí)數(shù)p”，因此在電動(dòng)機(jī)輸出端應(yīng)有減速機(jī)。為了滿足限高桿在任意位置停止，電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有自鎖或剎車功能，步進(jìn)電機(jī)滿足此要求。假設(shè)鋼制限高桿的重量為40kg，按照升降時(shí)間10s進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，滑輪組機(jī)構(gòu)的總效率按0.9進(jìn)行

34、計(jì)算，則電動(dòng)機(jī)所需的功率p為： (3-9)按照安全系數(shù)1.2進(jìn)行設(shè)計(jì)，則電動(dòng)機(jī)所需功率為239.2w.電動(dòng)機(jī)所需的扭矩n為： (3-10)式中d為卷簡(jiǎn)直徑為100mm，則所需最大扭矩為29.9n.m。根據(jù)上述要求，選擇電動(dòng)機(jī)的動(dòng)率為250w，扭矩為4050 n.m，減速器速比為50左右，電動(dòng)機(jī)自帶制動(dòng)裝置。電動(dòng)機(jī)安裝在龍門架立柱上，其離地面高度為1.2m3.2滑輪組機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)說明滑輪組機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要從改變運(yùn)動(dòng)方向和支撐兩個(gè)方面來考慮的。3.2.1 鋼絲繩的選型按照（gbt2481l一2009起重機(jī)和起重機(jī)械鋼絲繩選擇）進(jìn)行鋼絲繩直徑的計(jì)算并選型。公式如下： (3-11) 其中，當(dāng)安全系數(shù)=3.

35、15時(shí)，c=0.071；s為載荷大小。 由于太細(xì)的鋼絲繩不易加工制作，故選擇直徑為4mm的鋼絲繩。3.2.2 滑輪和卷簡(jiǎn)直徑選型 按照gb/t248 1 12009起重機(jī)和起重機(jī)械鋼絲繩選擇進(jìn)行滑輪和卷筒直徑的計(jì)算并選型。公式如下： (3-12) (3-13)式中：d1一卷簡(jiǎn)直徑；d2一滑輪直徑；h1一根據(jù)國標(biāo)規(guī)定，取值為112；h2一根據(jù)國標(biāo)規(guī)定，取值為125：t一安全系數(shù)。根據(jù)上述公式的計(jì)算結(jié)果，分別選擇直徑為60mm的卷筒和直徑為70mm的滑輪。3.2.3滑輪的布置由于鋼絲繩的長度較長，受到重力和摩擦力的作用影響，因此需要合理科學(xué)的布置滑輪。其中，一部分滑輪需要起到轉(zhuǎn)向的作用，另一部分滑

36、輪需要起到支撐的作用。為了使鋼絲繩在運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)因重力等因素下垂，按照機(jī)械設(shè)計(jì)要求，在轉(zhuǎn)向滑輪間隔4m時(shí)設(shè)置支撐滑輪。轉(zhuǎn)向滑輪安裝在限高器立柱上，支撐滑輪安裝在限高器橫梁上.具體布置如圖所示：圖3.2 滑輪布置圖3.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)說明3.3.1 鋼制限高桿設(shè)計(jì)鋼制主控桿通過鋼絲繩連接在其兩端，并在其軸端設(shè)置有導(dǎo)向輪以減少其與滑槽的摩擦。若初步選取鋼制限高桿的直徑為100mm、壁厚為5mm的圓鋼。按照設(shè)計(jì)，鋼制主控桿受力與簡(jiǎn)支梁相同，主要受鋼絲繩的拉力作用和其本身的重力作用，鋼絲繩距龍門架距離較近，其距離可忽略不計(jì)，因此兩鋼絲繩之間的距離為8m。圖3.3限高桿受力分析圖 根據(jù)受力分析(如上圖所

37、示)，鋼制限高桿變形最大處位于其中間位置，假設(shè)鋼絲繩在受力情況下不產(chǎn)生變形，則限高桿的最大彎矩及最大變形量分別為： (314) (315)均布力q大小為其密度p及其厚度大小有關(guān)；其大小為： (316)將上式帶入到其中，可以得到其最大變形為： (317) 根據(jù)計(jì)算，其變形量較小，滿足使用要求，故選擇鋼制主控桿的材料為直徑為100mm，厚度為5mm的無縫鋼管。若將鋼管換成桁架結(jié)構(gòu)顯然也符合力學(xué)性能。3.3.2 材料選擇龍門架鋼結(jié)構(gòu)采用q235結(jié)構(gòu)鋼，屈服強(qiáng)度為235mpa；限高桿桿采用3a21一0鋁合金型材，抗拉強(qiáng)度130mpa，屈服強(qiáng)度95mpa；鋼絲繩采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行了選擇其直徑，有較大的安全

38、余量；因此在進(jìn)行有限元模型分析時(shí)，將鋼絲繩彈簧單元，只受鋼絲繩方向的拉力，對(duì)長桿進(jìn)行約束。3.4 本章小結(jié)本章主要進(jìn)行了公路智能限高器的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由于其上升和下降時(shí)使用的原動(dòng)力不同，因此分別對(duì)限高桿重量和電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了選型；隨后進(jìn)行了滑輪組的設(shè)計(jì)計(jì)算，確定了鋼絲繩、卷筒和滑輪的直徑，并對(duì)滑輪的位置進(jìn)行了布置；最后進(jìn)行了鋼制限高桿的設(shè)計(jì)計(jì)算，確定了其具體尺寸,并對(duì)材料進(jìn)行選擇。4. 智能限高架的各零部件的三維建模智能限高器的結(jié)構(gòu)主要有限高龍門架，電機(jī)，滑輪，卷筒，升降桿，墊圈，軸承等4.1 限高龍門架 龍門架鋼結(jié)構(gòu)采用q235結(jié)構(gòu)鋼，屈服強(qiáng)度為235mpa，其三維建模如圖4.1圖4.1 限高龍

39、門架圖4.2 限高龍門架零件圖4.2 滑輪采購銅制結(jié)構(gòu)滑輪，其三維建模如圖所示圖4.3 滑輪結(jié)構(gòu)圖4.4 滑輪零件圖4.3 卷筒 卷筒卷鋼絲繩子，其三維建模如圖圖4.5卷筒圖4.6卷筒零件圖4.4 電機(jī)電機(jī)采用festo emms-st-57-s-sb-g2步進(jìn)電機(jī)，其三維建模如圖所示圖4.7電機(jī) 圖4.8電機(jī)零件圖4.5 升降桿升降桿結(jié)構(gòu)采用合金鋼結(jié)構(gòu)，其三維建模如圖 圖 4.9 限高桿圖4.10限高桿部分零件圖4.6 滑槽鋁合金型材焊接，槽深50，寬度60 圖4.11滑槽4.7 限高架結(jié)構(gòu)裝配圖限高龍門架鋼結(jié)構(gòu)采用q235結(jié)構(gòu)鋼，屈服強(qiáng)度為235mpa；升降桿采用3a21一0鋁合金型材，抗

40、拉強(qiáng)度130mpa，屈服強(qiáng)度95mpa；鋼絲繩采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行了選擇其直徑，有較大的安全余量圖4.12限高器裝配圖圖4.13限高器零件圖5. 桁架的強(qiáng)度與剛度的計(jì)算與校核5.1.確定材質(zhì)：如圖5-1，選材質(zhì)為合金鋼，由圖中可知材料的屈服強(qiáng)度為：620mpa圖5.1 定義材質(zhì)5.2.確定夾具：如圖，對(duì)桁架兩端與限高器連接部分進(jìn)行約束圖5.2 定義夾具5.3 確定外部載荷，升降桿主要受自身重力的載荷，并且作用在限高器橫梁上40kg的重量，因此定義外部載荷f= 40*10=400n的壓力圖5.3 定義外部載荷5.4 應(yīng)力、應(yīng)變的分析結(jié)果圖5.4 桁架受載局部圖計(jì)算結(jié)果顯示：1.桁架受最大應(yīng)力為871

41、mpa； 2.正向最大位移為：0.005mm，發(fā)生在桁架的兩端；負(fù)向最大位移為：-0.047mm，發(fā)生在桁架的正中間；3.最小安全系數(shù)為2.1。從上述的情況分析結(jié)果可知，在受到外部壓力時(shí)，桁架結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變都較小，基本不影響其安全性，因此桁架結(jié)構(gòu)的公路智能限高器系統(tǒng)整體上是安全可行的。6. 智能升降系統(tǒng)的設(shè)計(jì)6.1 智能升降系統(tǒng)的基本功能智能限高器的控制模式以實(shí)時(shí)自動(dòng)控制為主，人工控制為輔，其中人工控制包括：遙控控制、電動(dòng)按鈕控制和手搖機(jī)械控制。(1)自動(dòng)控制模式：即到達(dá)系統(tǒng)預(yù)設(shè)升降時(shí)間，直接接收后臺(tái)下達(dá)的升降指令并執(zhí)行，包括升降時(shí)間、升降速度等，當(dāng)?shù)诌_(dá)至桿件限制高度時(shí)，自動(dòng)停止，無需人工干涉

42、。(2)遙控控制模式：即現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)勤人員，可根據(jù)實(shí)際交通需要或者特殊情況時(shí)，采用遙控器，發(fā)送指令給控制總成，控制桿件升降。(3)開關(guān)電動(dòng)控制模式：即在網(wǎng)絡(luò)中斷或者其他特殊情況下，啟用控制盒中的電動(dòng)控制按鈕對(duì)桿件實(shí)行升降操作。(4)手搖機(jī)械控制模式：即采用傳統(tǒng)的手搖式對(duì)限高桿件進(jìn)行升降控制，在維修或者供電中斷(無法啟動(dòng)備用電源)。6.2 智能升降系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)基于公路智能限高器智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，確定控制系統(tǒng)主要是由兩大部分構(gòu)成，車輛實(shí)時(shí)檢測(cè)傳感器和控制總成。其中，車輛檢測(cè)傳感器主要是用于檢測(cè)前方是否有車輛駛?cè)朐训篮婉側(cè)氲倪\(yùn)動(dòng)狀態(tài)基本信息，如速度、車型，便于控制總成及時(shí)調(diào)整相應(yīng)的控制策略。控制總

43、成模塊是由一系列的具有串口通信的電路板、路由器、電源等電子元件構(gòu)成?？刂葡到y(tǒng)總體控制邏輯如圖所示：圖6.1 智能升降控制系統(tǒng)總體控制邏輯圖6.3 車輛檢測(cè)傳感器的選配6.3.1 傳統(tǒng)車輛檢測(cè)傳感器優(yōu)缺分析 車輛檢測(cè)技術(shù)在國內(nèi)已經(jīng)是一成熟的技術(shù)，但是傳統(tǒng)用于路面的車輛檢測(cè)器在不同程度上存在著缺陷，或多或少都影響檢測(cè)的效果和精度。目前，在國內(nèi)使用較為普遍的有微波檢測(cè)傳感器、視頻檢測(cè)傳感器、紅外檢測(cè)傳感器、線圈檢測(cè)傳感器。下表是四類常用檢測(cè)傳感器優(yōu)缺對(duì)比分析。表6-1常用檢測(cè)傳感器優(yōu)缺對(duì)比分析表技術(shù)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)微波檢測(cè)傳感器1. 全天候工作2. 可檢測(cè)靜態(tài)車輛3. 準(zhǔn)確率高1.在車流擁堵，分布不均的路段

44、，精度不高2.價(jià)格昂貴視頻檢測(cè)傳感器1.可謂事故管理提供圖像2.可提供大量交通信息3.單臺(tái)機(jī)器可檢測(cè)多條車道1. 大型車輛阻擋小型車輛2. 陰影，積水反射3. 價(jià)格昂貴紅外線檢測(cè)傳感器1.可以準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)車輛分離功能1.穿透灰層，云霧，雨雪的能力很弱，無法進(jìn)入檢測(cè)線圈檢測(cè)傳感器1. 線圈電子放大器已標(biāo)準(zhǔn)化2. 技術(shù)成熟，易于掌握3. 計(jì)數(shù)非常準(zhǔn)確1. 安裝過程對(duì)使用壽命影響大2. 修理或者安裝中需要中斷交通3. 易受車輛損壞從上表中，可清晰的得之目前市場(chǎng)上常用的傳感器普遍存在不同缺點(diǎn)，或是檢測(cè)精度低、亦或是實(shí)施難度大，較難應(yīng)用到本系統(tǒng)中。在此選擇一種新型的適用于路面車輛檢測(cè)的傳感器一地磁檢測(cè)傳感

45、器。6.3.2 地磁檢測(cè)傳感器地磁檢測(cè)傳感器是一個(gè)基于磁力感應(yīng)的低功耗無線電通訊裝置，安裝于車道中間。在典型的交通管理應(yīng)用中，傳感器被放置在車道中間，檢測(cè)車輛的存在和通過。每個(gè)傳感器內(nèi)嵌入了先進(jìn)的磁電阻感應(yīng)裝置，以128赫茲的采樣率測(cè)量地球磁場(chǎng)的x、y和z軸向量，當(dāng)車輛進(jìn)入范圍時(shí)，所測(cè)量磁場(chǎng)中的x、y或z軸將發(fā)生明顯變化。當(dāng)沒有車輛時(shí)，傳感器不斷測(cè)量背景磁場(chǎng)作為參考標(biāo)準(zhǔn)。每個(gè)傳感器自動(dòng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境自我校準(zhǔn)，對(duì)于地球磁場(chǎng)的長期變化而言，可使這個(gè)參考值隨時(shí)間而改變。圖6-2地磁檢測(cè)傳感器原理圖地磁檢測(cè)傳感器的特點(diǎn)：(1)3軸磁強(qiáng)計(jì)車輛檢測(cè)：128 hz采樣率、計(jì)數(shù)和存在檢測(cè)模式、自行車和摩托車檢

46、測(cè)模式；(2)精度高；(3)可靠性高；(4)嵌入式路面安裝，無需電線或引入布線；(5)安裝快捷方便：用空心鉆，只需不到10分鐘的時(shí)問即可安裝在小孔內(nèi) (10cm)直徑;(5.7cm)深，覆蓋快干環(huán)氧樹脂，車道封閉時(shí)間短，無需鋸槽切割(6)超長電池壽命平均10年；(7)堅(jiān)固的機(jī)械設(shè)計(jì)；(8)自動(dòng)校準(zhǔn)；(9)與主機(jī)通過可靠的雙向無線電通信，可尋址、可配置，固件可無線升級(jí)；(10)可隨時(shí)部署在其它系統(tǒng)無法使用的場(chǎng)所，如高低車道差、高地下水位、損壞的路面。圖6.3地磁傳感器安裝圖6.3.3 車輛檢測(cè)傳感器的選擇地磁檢測(cè)傳感器相比較傳統(tǒng)的車輛檢測(cè)傳感器具有以下特點(diǎn)：(1)安裝簡(jiǎn)單方便：無線傳輸，無電源線

47、，無數(shù)據(jù)線，用水鉆(通用工具)在路面上鉆一圓洞埋入即可；(2)產(chǎn)品小巧，對(duì)路面破壞力??；(3)自適應(yīng)：自適應(yīng)地球環(huán)境磁場(chǎng)；(4)檢測(cè)精度高：大于等于95：(5)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)：能夠全天候(風(fēng)、雨、雪、霧)、全天時(shí)(晝夜)正常持續(xù)工作。此外，地磁檢測(cè)傳感器獲得解析數(shù)據(jù)能夠滿足智能升降控制系統(tǒng)的要求，解析后的數(shù)據(jù)一般包含的信息有：車輛個(gè)數(shù)，車輛速度，車輛長度，車輛間距等，這些數(shù)據(jù)能夠滿足智能升降控制系統(tǒng)自的數(shù)據(jù)要求。因此，公路智能限高器的升降控制系統(tǒng)選擇地磁檢測(cè)傳感器，用于車輛實(shí)時(shí)檢測(cè)。目前國內(nèi)使用的地磁檢測(cè)傳感器主要是無錫物聯(lián)網(wǎng)研究所研發(fā)的，此外還有一款地磁檢測(cè)傳感器是美國sensys公司研發(fā)的s

48、ensor傳感器。兩種地磁檢測(cè)傳感器產(chǎn)品對(duì)比見下在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)實(shí)際經(jīng)費(fèi)來進(jìn)行選擇。表6-2兩種地磁檢測(cè)傳感器產(chǎn)品對(duì)比表參數(shù)sensys無錫工作溫度-尺寸較小較大抗壓性好較好穩(wěn)定性好較好可靠性強(qiáng)較強(qiáng)檢測(cè)技術(shù)-使用年限10年5年傳輸速率250kps<500kps準(zhǔn)確率>95%>90%天線內(nèi)置微帶天線外接八木天線頻帶2.4g-2.485g433mhz功能較多單一安裝難度簡(jiǎn)單較簡(jiǎn)單主機(jī)接口rj45rs232通信距離50m200m安裝靈活度較高較低覆蓋范圍小大6.4控制總成設(shè)計(jì)6.4.1控制總成功能控制總成是整個(gè)升降控制系統(tǒng)的核心部分，它需要實(shí)現(xiàn)與基礎(chǔ)道路交通設(shè)備進(jìn)行通訊、也需要

49、實(shí)時(shí)與車輛檢測(cè)傳感器實(shí)時(shí)交互、實(shí)時(shí)需要接受后臺(tái)的控制指令。根據(jù)智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，確定控制總成的功能如下：(1)與車輛檢測(cè)傳感器通訊，接收車輛實(shí)時(shí)信息：(2)與外界基礎(chǔ)道路交通設(shè)備通訊，主要是入口匝道信號(hào)控制、可變情報(bào)板、視頻監(jiān)控。(3)與后臺(tái)(主要是控制中心)進(jìn)行通訊，接受升降控制指令并實(shí)施：(4)與限高機(jī)構(gòu)進(jìn)行通訊，實(shí)施升降指令?？刂瓶偝墒羌W(wǎng)絡(luò)、供電、內(nèi)部存儲(chǔ)、處理分析的小型的控制機(jī)，包括路由、限高控制模組、電源，具體結(jié)構(gòu)如圖所示。其中，限高控制模組是控制總成核心組成部分，與不同外設(shè)進(jìn)行信息交互、指令接收發(fā)送的任務(wù)主要是由限高控制模組實(shí)現(xiàn)的；路由主要是配置tcpip協(xié)議，實(shí)現(xiàn)外圍設(shè)施

50、的無線通信：電源系統(tǒng)是保證控制總成正常運(yùn)作的電力支持。圖6.4控制總成結(jié)構(gòu)示意圖6.4.2硬件設(shè)計(jì) 在硬件設(shè)計(jì)方面，遵循可擴(kuò)展原則，進(jìn)行模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要是限高控制模組和電源系統(tǒng)。限高控制模組是有一系列的電路板構(gòu)成，具有接收傳感器信號(hào)、發(fā)送、發(fā)送信號(hào)控制指令和誘導(dǎo)信息指令，兼?zhèn)渫ㄓ嵞K、防雷模塊、漏電保護(hù)模塊、故障檢測(cè)模塊、gps模塊，詳細(xì)如圖所示：圖6.5控制總成硬件結(jié)構(gòu)圖 控制中心指令通過路由的tcp協(xié)議傳到限高控制模塊,限高控制模塊接收傳感器信號(hào),經(jīng)由限高模塊進(jìn)行信號(hào)處理將信號(hào)通過485命令到驅(qū)動(dòng)板驅(qū)動(dòng)電機(jī),從而控制升降桿的升降指令作用.車輛通過地磁檢測(cè)傳感器,引起地磁的變化,經(jīng)由車輛

51、檢測(cè)板和485總線傳到限高控制模塊,限高控制模塊接收傳感器信號(hào),進(jìn)行信號(hào)處理,發(fā)送信號(hào)控制指令將輸出信號(hào)傳到下一級(jí)驅(qū)動(dòng)電機(jī),也達(dá)到控制升降桿的升降指令作用.限高控制模塊還可接受遙控器,按鍵數(shù)碼管等相關(guān)信號(hào),進(jìn)行相關(guān)信號(hào)的處理,都能達(dá)到驅(qū)動(dòng)電機(jī),控制升降的作用.同時(shí),限高控制模塊和控制中心指令是雙向連接,因而電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信息經(jīng)由限高模塊的加工會(huì)返回到控制中心指令,從而發(fā)布誘導(dǎo)信息指令到外部的誘導(dǎo)屏,匝道信號(hào)控制等外部件,形成整個(gè)控制總成的功能實(shí)現(xiàn),6.4.2軟件設(shè)計(jì)根據(jù)控制總成結(jié)構(gòu)圖分析,大部分零部件都可通過采購而成,但在軟件設(shè)計(jì)方面，需要采用全新架構(gòu)的嵌入式armlinux操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)平臺(tái)，開發(fā)高效、可靠的嵌入式升降控制系統(tǒng)軟件。嵌入式linux操作系統(tǒng)的有以下主要優(yōu)點(diǎn)：(1)性能穩(wěn)定,實(shí)時(shí)性好,linux內(nèi)核采用搶占式多任務(wù)調(diào)度方式，具有很好的實(shí)時(shí)響應(yīng)、中斷處理特性。(2)多種硬件平臺(tái)支持(3)完善的網(wǎng)絡(luò)功能linux操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了完整的tcpip協(xié)議棧，可支持10m、100m、1000m的以太網(wǎng)，無線網(wǎng)等眾多類型網(wǎng)絡(luò)。(4)開放源代碼可定制任何人均可自由