旋转自动门安全控制系统的设计与实现

作     者：郑色深 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吕共欣;谢斌

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：旋转自动门 PID控制算法 开源计算机视觉库 人体运动检测 故障处理 

摘      要：旋转自动门具有华丽的外观和良好密封的功能,但是存在不可忽视的安全问题。本文正是基于安全方面的考虑,设计和实现安全旋转自动门的控制系统,该系统提供了多重安全保护措施。安全旋转自动门在对一般旋转自动门的研究参考上,在机械结构上,圆弧门翼与旋转门主体分离,实现圆弧门翼与旋转门可相对滑动。本文摒弃了一般旋转自动门以PLC为主控制器的控制系统,采用了Mircochip公司的16位单片机DSP30F5016作为控制主体。在电机控制上采用了速度和电流双闭环反馈的PID控制。同时,将各种外设感应信号集中处理,通过RS485和CAN通讯的方式传输给主控制器,减少了繁杂的线路。本文除了论述一般旋转自动门的运行模式、感应信号处理、开关操作等外,基于安全旋转自动门的特殊机械机构,在安全信号处理上,采用了圆弧门翼后退和旋转减速及急刹的安全措施,比一般旋转更为安全灵活。运行时设计了在危险夹人端,圆弧门翼主动后退功能,使之大大减少危险区的夹人力,极大改善了旋转门安全。在安全信号外,基于开源计算机视觉库OpenCV实现了视频的人体运行检测,作为辅助危险区的障碍物检测,进一步提高系统的安全性。通过电流、速度的变化和其变化率,侦查检测圆弧门翼和旋转门在运行过程遇到障碍物的检测,构建了系统最后一重保护。本控制系统除了外界的安全因素,也设计了基于系统本身硬件可能存在的故障检测,包括的电机过热、系统过流、系统过热、编码器故障、电机故障、定位信号故障等,防止有系统硬件引发的安全问题,在系统功能实现中,重点论述了电机电流积分检测电机温度的算法。本系统主要通过C语言编程,在满足旋转门功能的基础,提供包含外部器件和系统本身的故障检测和处理,基于电流和速度的撞人检测、基于图像的辅助物体检测和圆弧门翼后退为系统构建了多重安全防护,提高旋转门的安全性能。在测试过程中,系统的各项性能达到设计要求,并降低了一般旋转自动门的冲击力。