摘要：根据校车新法规，研发一种国内外首个基于无线收发式的校车停车臂，设计校车停车臂的机械结构，论述校车停车臂驱动步进电机的控制方法，阐明停车臂无线收发装置的工作原理，在此基础上完成校车停车臂的研发工作，开发出一种新型校车臂。

    国内校车资源9乏，事故频发，引发了社会各界对校车安全的关注与思考。2012年4月份国家出台专用校车安全技术条件GB24407-2012，以规范校车的设计、制造及使用。新国标增加第5.16条专用校车后围板上的停车提醒标示，即“专用校车后围板外表面，后方车辆接近时可以看到的区域，清晰标示请停车等候字样”。该装置由驾驶员控制，以左侧的伸缩牌来警告正在行进的交通车辆。目前国内还没有成熟的客车零部件企业提供功能完善、工作稳定的校车停车臂，现客车主机厂家多用进口校车停车臂，不仅价格昂贵，且本土适应性差。本文就是基于上述情况研发的一种适合国内的无线收发式校车停车臂。它主要有停车牌、机械传动装置、电机和操纵装置，其中印有“停”字的停车牌通过电机带动机械传动装置来完成张开和收起工作，这一动作是驾驶员通过操纵装置来完成的，可以实现无线收发，方便驾驶员控制。

    1 机械结构的设计
    校车臂机械传动结构如图1所示，由步进电机、一对传动齿轮（主动齿轮和从动齿轮）、用于旋转和固定停车牌的传动轴及其轴承、连接板和停车牌组成。

    校车臂传动路线为：电机旋转→驱动齿轮旋转→从动齿轮旋转→传动轴旋转→连接板转动→停车牌转动，其工作原理如图2所示。


    按下正转开关，电机在驱动装置的驱动下正向旋转90°。电机的旋转，带动安装在电机轴上方的驱动齿轮正向旋转，驱动齿轮带动从动齿轮旋转，从动齿轮带动旋转轴在轴承中转动，旋转轴的转动带动连接板的转动，连接板又带动着停车牌正向转动90°，进而实现校车牌的张开；反之，按下反转开关，则反转90°。此外，还有一个暂停开关，当停车牌在张开或者收缩的过程中如遇到危险，按下此开关，停车牌停止转动。

    2 电机驱动
    为了保证停车牌精确的停止位置，消除机械传动过程中的误差影响，必须对电机进行精确控制。为此，需采用步进电机细分技术。设u、v、w为步进电机定子的三相绕组，每个绕组均匀相隔120°，则其转矩角特性可近似表示为

    出转矩为恒值。可知只需控制绕组中电机电流的大小，即可控制电机步距的大小。
    如输入图3形状电流，每个阶梯电机转动一步，电流频率改变，则电机速度改变，其阶梯数决定了电机每一步转动的角度，阶梯数多，角度越小，即细分越大，实现了N细分步矩角的目的。

    基于以上理论和采样控制理论，需要单片机输出控制信号与三角波比较，进而形成脉冲调制信号，再经过逻辑控制电路控制驱动电路中的6个功率管，实现对电机的细分控制。步进电机无线收发和驱动硬件原理图如图4所示。

    单片机使用MC9S12DP256B，该芯片包括256 KB的Flash ROM、12 KB的RAM、4 KB的EEPROM、1个8通道的脉冲宽度调制模块（PWM）、1个8通道的增强型捕捉定时器模块（ECT）、2个8通道的A/D转换模块（ATD） 、2个串行通信接口（SCI）、3个串行设备接口（SPI）等。芯片使用简单，内置CAN总线、性价比高、且抗干扰能力强。图4中，单片机通过无线收发器接收信号，再根据CAN总线获取汽车行驶速度信号合成一个输出信号，该信号与三角波信号比较之后，输入逻辑控制电路，进而通过驱动放大电路驱动电机的正反转动。

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