维普资讯 http://www.cqvip.com 地铁屏蔽门障碍物探测方案的探讨 地铁屏蔽门障碍物探测方案的探讨 Ｏｂｓｔａｃｌｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｐｌａｔｆｏｒｍ Ｓｃｒｅｅｎ Ｄｏｏｒ Ｓｙｓｔｅｍ 叶 宏 （华南理工大学自动化与科学学院，广东广州５１０６４０） 摘要 介绍了目前国内地铁屏蔽门系统障碍物探测的设计方法，根据既有线路上屏蔽门系统障碍物探测功能的实际应用情 况，分析原有方案的优劣，提出通过微处理器控制红外编码进行障碍物探测的方案，以解决目前使用逻辑微处理器监视门 体速度、比较门速度曲线中预期电机电流与实测的电机电流方案中存在的无法探测质地较软的障碍物、障碍物探测尺寸的 等不足。 关键词：地铁屏蔽门，微处理器，红外编码，障碍物探测 Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｏｂｓｔａｃｌｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ＰＳＤ（Ｐｌａｔｆｏｒｍ Ｓｃｒｅｅｎ Ｄｏｏｒ）ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｃｉｖｉｌ ｍｅｔｒｏ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａ— ｐｅｒ．Ｉｎ ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＰＳＤ ｏｂｓｔａｃｌｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｌｉｎｅｓ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｍｅｒｉｔｓ ａｎｄ ｄｅｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｍｅｔｈｏｄｓ，ｗｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｃｏｄｅｓ ｕｓｅｄ ｂｙ ａ ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ—ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｔｏ ｒｅ— ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｄｅｆｅｃｔｓ ｉｎ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｍｅｔｈｏｄｓ，ｓｕｃｈ ａｓ ｉｍｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｄｅｔｅｃｔ ｔｈｅ ｓｏｆｔ ｍａｔｅｒｉａ１．ｔｈｅ ｌｉｍｉｔ ｏｆ ｔｈｅ ｏｂｓｔａｃｌｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｌａｔｆｏｒｍ ｓｃｒｅｅｎ ｄｏｏｒ，ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ—ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｉｎｆｒａｒｅｄ ｃｏｄｅｓ，ｏｂｓｔａｃｌｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ １ 屏蔽门障碍物探测功能 障碍物探测是保障乘客安全的关键技术，若在此方面未达 到严格的要求，就很容易发生事故。具体功能要求： １）滑动门设有 障碍物探测功能， 能够被检测出的 ５在第 次尝试时・如粜｝ ｉ ４Ｂ如祟障碍物 燃 ， ———————————————————一 『４延Ｊ 秒 Ｉ Ｊ将 ｝ 最小障碍物尺寸 是４ｍｍｘ４０ｍｍ的 ＪＩ：ＩＦ．， ，ｉ 毽 ｒ ～………＃ ｔ的１ Ｉ １舷话芏锰 ｌ ｔ螺ｊｆ壶 【断ｆ 谜度呕 天ＩＩ Ｉ ｝ Ｑ ｆ】硪通过 孵物ｌ做探 到的博 ， Ｉ ｛ Ｉ Ｉ ＼～《 ／ 钢条（为了障碍物 检测试验，４ｍｍ厚 放在关门方向， ４０ｍｍ放在垂直方 向）。在离门槛 ４００ｍｍ、１０００ｍｍ ＿ ～ｊ 一……、 、 ６ 敝ｒＪ的ｒＪ状态 ｛ 指示 ｊ 始闪烁指 １目Ｉ将 ｝物状惫技 剐 Ｉ＿Ｉ－＿ ，ｊ＿ ４Ａ门甄加速到１ｌ 占ｆｉ由天门速艘和慨ｒ 复１Ｅ 的循环。 １ 故障状态 ｌ｝ ｝々然后电新堑位艽１’Ｉ １令，门被 父闭 图２屏蔽门障碍物探测典型流程图 图１ 障碍物检测示意图 改变也可以用来探测障碍物。 和１５００ｍｍ高度分 别进行检测。障碍物检测示意如图１所示。 ２）当滑动门关闭时，如某一门感应到障碍物，此门停下来及 ＤＣＵ内部的单个控制器使用标准的电动机电流去汁算障 碍物施加给门的压力。如果这个压力超过ＤＣＵ配置的软件设计 的最大电流时将启动指定的障碍物程序。 打开约１００ｍｍ（即每扇门各打开５０ｍｍ），在大约０～２ｓ（可调 校）之后，门会自动关闭。如果仍然有障碍物，门像先前一样打开 １００ｍｍ（即每扇门各打开５０ｍｍ）。如果三次关门失败，门将打 开至全开位置。 门控单元（ＤＣＵ）按照设定的速度曲线控制滑动门的速度。 正常情况下，ＤＣＵ通过克服门的运动阻力来控制滑动门运动。 ， 电机反争 ３）当滑动门开启时，如某一门感应到障碍物，此门停下来及 关闭约１００ｍｍ，在大约０Ｎ２ｓ（可调校）之后，门全自动开启。如 毫压 果仍然有障碍物，门会自动关闭１００ｍｍ，如果三次开门失败，门 将关闭至全闭位置。 ４）滑动门重新关闭和开门的延时能在０～１Ｏｓ之间可调。 （ｖ） ／ ／ １ ｆ－ｊｆ￣Ｃｚ爨（ｍｎ 屏蔽门障碍物探测典型流程图如图２所示。 ２屏蔽门障碍物探测现有方案的实现与分析 遘虔 （批，ｇ１ 、 ＝＝ … …～～ ２．１现有方案的实现 目前地铁屏蔽门系统障碍物的探测是通过比较门速度曲线 中的预期的电机电流和测量到的电机电流进行的。任何门速的 图３减速模式下障碍物探测 维普资讯 http://www.cqvip.com 《工业控制计算机｝２００８年２１卷第７期 如果门的实际速度曲线与设定速度曲线不符合，ＤＣＵ将调整电 压改变量来控制门的实际速度曲线与设定速度曲线达到一致。 如果门的速度低于预先设定的低速探测灵敏度（图３）或监 测到突然减速（图４），ＤＣＵ可判定那不是由于运动阻力而是由 于障碍物碰撞，ＤＣＵ则开始反向操作电机以制动滑动门。 逡度 （ ｓ） 门体位置（ｍｍ） 图４突然减速模式下障碍物探测 ２．２现有方案分析 现有方案具有控制效果好、可靠性高、系统维护量小、易于 组态等特点。但是也存在一定的不足：一＝ １）检测出的最小障碍物尺寸是４ｍｍｘ４０ｍｍ，对于这类障 碍物，通过门速改变来探测已经不能满足精度要求。通过比较门 速度曲线中的预期的电机电流和测量到的电机电流的方式，需 要将精度调高，这又将反过来影响在门的实际速度曲线与设定 速度曲线不符合时，ＤＣＵ对电压的校正功能。寻求在现场运营 过程中两者的均衡点成为摆在地铁运营企业面前的一大难题。 ２）滑动门闭合面胶条材料硬度的选择直接影响两扇滑动门 对于障碍物的探测效果，如果橡胶硬度过大，会增加在运行中夹 伤乘客的潜在危险；如果橡胶硬度过小，会在运行中无法有效探 测障碍物。目前地铁验收过程中对屏蔽门障碍物探测功能检测 时使用的是４ｍｍｘ４０ｍｍ的钢条，就是利用钢条的钢性来确保 障碍物与滑动门闭合面胶条接触后，ＤＣＵ能探测到障碍物施加 给门的压力变化。所以对于质地较软的物体，如衣服、领带、皮革 等障碍物时，就存在障碍物探测不起作用的隐患。 ３建议方案 针对目前方案运营过程中存在的无法探测质地较软的障碍 物、障碍物探测尺寸的等不足，我们提出的采用微处理器控 制红外编码进行障碍物探测的方案就可以解决上述不足。 ３．１探测原理 在室内自动感知障碍的没备中，常使用红外线探测障碍物 的存在与否。探测的基本原理是：在滑动门闭合面上镶嵌安装红 外发射管与红外接收头，红外发射管发射红外线信号，与红外接 收头形成保护幕帘。红外接收头处理来自发光器的红外线信号， 并将幕帘的通断状态通过信号传输线传送到门控单元（ＤＣＵ）中 的微处理器。 ３ｌ２电路设计 在实测电路中，红外发射管为ＭＩＥ５５２Ａ２，红外接收头为 ＮＢＯ０３８，电路如图５所示。 ３．３编码脉冲 ＥＭ７８Ｐ１５６Ｅ的工作频率是４ＭＨｚ，载波脉冲采用２６ ｓ，其 中高电位是１Ｏｉｌｓ，低电位是１６ ｓ，占空比是３８ ５％。在产生载 波时，要检测是否有幕帘断开信号以确定是否存在障碍物。幕帘 断开信号的检测是ＥＭ７８Ｐ１５６Ｅ在低电位的１６ ｓ时间内判断 接收引脚是否接收到相应的发射信号。在应用中，发现发送和接 收低于６位的编码脉冲，仍有一定的受干扰现象发生；但发送和 接收高于１０位的编码脉冲，已经具有较强的抗干扰能力。 图５红外探测电路布局图 ３ ３ １编码“１”脉冲产生和接收 （１）产生一个占空比为３８ ５％的载波脉冲 当红外发射控制Ｐ５１＝１，发射红外信号，保持时间是１Ｏｔｉｓ。 然后，重新使Ｐ５１ ０，停止发射红外信号，保持时间是１６ ｓ。 （２）判断是否接收到发射信号“１” 在发射到第１７、１９、２１和２３个载波脉冲时，在停止发射红 外信号的１６＃ｓ内，检测接收引脚Ｐ５２。如果Ｐ５２＝０，则表明接 收到发射信号；如果Ｐ５２＝１，则认为未接收到发射信号。 在这４次判断过程中，如果有３次判断为未接收到发射信 号，则确认接收到“１”。 ３ ３ｌ２编码“０”脉冲产生和接收 当发射“０”脉冲时，停止发送任何红外信号。 在相当于第１７、１９、２１和２３个载波脉冲时间的时候，检测 接收引脚Ｐ５２。如果Ｐ５２＝１，则表明存在干扰的红外信号；如果 Ｐ５２＝０，则表明没有其他红外信号的干扰。 在这４次判断过程中，如果有３次判断为没有其他红外信 号的干扰，则确认接收到“０”。 ４结束语 本方案创新点在于引入红外编码解决现行方案中存在的无 法探测质地较软的障碍物、障碍物探测尺寸的等不足的问 题，达到了良好的实际控制效果。 参考文献 ［１］金友非冷却式红外探测器阵列探测图像［Ｊ］ 光机电信息，１９９８，１５ （４）：２３－２６ ［２］ＴＨＥＯＣＨＡＲＯＵＳ Ｅ：Ｏｎ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅｓｐｅｃｔｒａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｉ— ｔｙ ｏｆ ｃｒｙｏｇｅｎｉｃａｌｌｙ ｃＯＯＩｅｄｐｈＯｔＯｃＯｎｄｕｃｔｉｖｅ ＨｇＣｄＴｅ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ［Ｊ］Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００６ ［３］费丰．红外焦平面阵列相对光谱响应测试系统［Ｊ］．航空计测技术， ２００２（６） ［４］王晓明．电动机的单片机控制［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社， ２００２ ［５］占春连，李燕梅，刘建平，李正琪．红外探测器光谱响应度的均匀性及 直线性测试研究［Ｊ］．应用光学，２００４（６） ［６］Ｖ Ｔ ＳＴＥＰＨＥＮ，美国专利ＵＳ６５８３４１６，Ｕｎｃｏｏｌｅｄ ｆＲ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ａｒ— ｒａｙ ｈａｖｉｎｇ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅｄ ｆｉｘｅｄ ｐａｔｔｅｒｎ ｎｏｉｓｅ ［７］Ｎａｄｉｍ Ｍａｌｕｆ，Ａｎ Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬＯｎｄＯｎ：Ａｒｔｅｃｈ ｈｏｕｓｅ Ｂｏｓｔｏｎ Ｌｏｎｄｏｎ，１ ９９９：１ ３４— １３５ ［８］冯飞，焦继伟，等 一种新颖的基于ＭＥＭＳ技术的光学读出热成像系 统性能分析与制作［Ｊ］．红外与毫米波学报，２３（２）：１２５—１３０ ［收稿日期：２００８．５ ８］
