数字化转型 | 深度分析自动栏杆机的底层实现，提升自动栏杆机的在线监测能力

自动栏杆机是高速公路车道设备的重要组成部分，在自由流收费模式尚未普及之前，其作为高速公路机电设备的重要性不言而喻。

普及定义，来自百科。自动栏杆机（Automatic Barrier Gate）是一种用于控制车辆通行的自动化机电设备，通过智能控制自动完成栏杆的升降动作，根据车辆检测信号、计时逻辑或远程指令实现车辆放行与拦截功能，是现代智能交通系统的关键组成部分。

核心特点包括：

• 多模式工作能力（基础控制/计时控制/自动感应等）；
• 多重安全保护机制（防砸车/过载保护/紧急制动）；
• 可配置的运行参数（抬落杆速度/抬杆时长）；
• 环境适应性（宽温工作范围）；

1.硬件组成

常规来说，一台自动栏杆机的硬件组成如下：

1.主控制器

通常采用微控制器作为核心，负责处理传感器信号、控制电机运行及执行逻辑操作。

传统采用单片机，现在用ARM的也不少。

通过GPIO控制外围设备，定时器用于精确计时，外部中断用于响应紧急信号。

2.电机驱动模块

驱动直流电机，控制电机的正转（抬杆）、反转（落杆）和制动。

3.车辆检测传感器

包括地感线圈、红外对射、超声波、雷达等，用于检测车辆位置，常见的是：

• 地感线圈：检测车辆是否存在，防止落杆时砸车。
• 红外对射：用于触发抬杆或落杆动作。

4.位置检测传感器

限位开关或光电编码器，用于检测栏杆的抬升和下落终点位置。

限位开关：检测栏杆是否到达最低位置（落杆到位），作为制动开始的依据。

5.人机交互界面

拨码开关、按钮等用于设置参数（如抬杆时间）和模式选择。

• 拨码开关：设置抬杆时间和工作模式（N种模式）。
• 复位按钮：用于紧急停止和复位系统。

6.电源模块

为控制器、电机驱动和传感器提供电源，通常包含过流保护电路。

7.通信接口

如RS485、以太网等，用于远程监控和故障诊断。

2.软件实现

自动栏杆机的软件实现比较简单，几乎都是采用经典的状态机设计：

一般包含多种工作模式，通过外部拨码开关选择。

核心功能围绕“抬杆”、“落杆”、“运行”三个状态展开，并涉及多个定时器中断和输入检测。

在软件实现过程中，主要注意几个部分：

1）电机控制采用软硬件结合的制动逻辑；

2）通过定时器实现多级时间基准；

3）包含自检功能；

4）支持自动抬杆逻辑。

处理的关键信号包括：

工作模式的核心逻辑：

• 模式1：基础安全控制，无车时落杆，有车时强制抬杆。
• 模式2：双信号联动，一个信号触发抬杆，一个信号触发落杆，超时强制停止。
• 模式3：单信号切换，一个信号翻转抬/落杆状态。
• 模式4：自检模式，模拟信号测试。
• 模式x：计时功能，抬杆超时机制，自动落杆。

3.常见故障及排查

3.1 栏杆无动作

造成栏杆不能控制的原因有很多，诸如栏杆机损坏、栏杆机与端子排连线接触不良、IO卡坏等。 常规检测思路：

检查供电线路，正常后，万用表测量控制电路的输入电压（光耦供电）。

检查供电线路，查看保险管是否熔断。

测量电机驱动信号，如果找不到测量点，可直接测试电机的供电端子。

检查栏杆机是否正常供电，栏杆控制器是否损坏。

首先用万用表检测传动马达有无烧坏，若确定马达没有损坏，断开与系统的连接，用一根导线在栏杆控制器的“起/降”命令输入端子与“地”之间短路触接一下，如果栏杆能起/降，则栏杆机没有故障；若栏杆不能正常起/降，则栏杆机的控制器已坏，更换控制器就可。

自动落杆失效，当车辆通过后线圈时系统没有检测到有车，出现此情况，调整线圈灵敏度，直到线圈的灵敏度能检测到有车为止。

3.2 落杆后异常抬起

排查车辆存在信号是否误触发（车辆检测故障）。

自动抬杆失效

确定栏杆机没有故障，从端子排到栏杆机部位的设备及连线是否存在故障。

若连线无故障，则说明从IO卡到栏杆机之间存在故障。

首先用万用表测量它们之间的连线看是否为断路，若连线无问题，则说明IO卡的栏杆控制部分出现故障，更换IO卡，坏卡作好标记送维修。

3.3 栏杆不能完全抬起或降落

栏杆不能完全抬降，检查栏杆机内的拉力弹簧是否断了，更换一条即可。

4.在线监测设计

自动栏杆机作为关键设备，应增加在线监测功能，通过网络接口进行数据上传。

根据其功能设计，在线监测需要实现的是：

4.1 状态信息

加电上报：栏杆机的生产日期、型号、网络配置、抬杆时间、超时落杆时间等。

状态上报：抬落杆状态、车辆监测状态、工作模式、电机状态、制动时间等、

4.2 功耗情况

当前的电流、电压等供电信息。