基於雙鑑位移傳感器的網絡化智能軟定位的糾偏導向系統的製作方法

2023-09-17 17:57:10 1

基於雙鑑位移傳感器的網絡化智能軟定位的糾偏導向系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了基於雙鑑位移傳感器帶智能軟定位網絡化的糾偏導向系統，包括單片機最小系統，單片機最小系統通過CAN總線連接雙鑑位移傳感器，單片機最小系統通過全橋驅動電路連接糾偏執行器。本實用新型的有益效果是利用超聲波及光電雙鑑位移傳感器糾偏，消除了糾偏盲區，糾偏系統可靠性高。
【專利說明】基於雙鑑位移傳感器的網絡化智能軟定位的糾偏導向系統

【技術領域】
[0001]本實用新型屬於導向系統設計【技術領域】，涉及基於雙鑑位移傳感器的具備智能軟定位網絡化糾偏導向系統。

【背景技術】
[0002]目前傳統的單一功能的光電色差傳感，一旦進入無色差區域，糾偏系統將長期失去反饋信息，往往造成糾偏執行器朝向一個固定方向惡性偏離而卻直到糾偏器運動達到糾偏行程的末端，出現緊急告警後才能強迫停止。
[0003]對糾偏執行器實時定位，並防止糾偏執行走到行程末端卡死電機燒壞電機和驅動器，需要一套非常複雜的機械定位、限位和「定中」系統，因此造成整個系統結構複雜，設備價格昂貴、且系統可靠性低，維護成本高。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的在於提供基於雙鑑位移傳感器帶智能軟定位網絡化的糾偏導向系統，解決了現有的糾偏系統靠單一功能的光電色差傳感糾偏，當進入無色差區域，糾偏系統長期失去作用的問題。
[0005]本實用新型所採用的技術方案是包括單片機最小系統，單片機最小系統通過CAN總線連接雙鑑位移傳感器，單片機最小系統通過全橋驅動電路連接糾偏執行器。
[0006]進一步，所述單片機最小系統包括主控單片機STC15F2K60S2，主控單片機STC15F2K60S2分別通過電路連接看門狗、鍵盤和顯示屏；
[0007]所述雙鑑位移傳感器包括橋型驅動器IR2103、超聲發送探頭TR40、超聲接收探頭TR40、超聲波接收器CX22106A、白光LED和CXD線陣色差傳感器TSL1401構成；主控單片機STC15F2K60S2分別通過電路連接橋型驅動器IR2103、超聲波接收器CX22106A、白光LED和C⑶線陣色差傳感器TSL1401，橋型驅動器IR2103通過電路連接超聲發送探頭TR40，超聲波接收器CX22106A通過電路連接超聲波接收器CX22106A ；
[0008]所述糾偏執行器包括電機和絲槓，電機可帶動絲槓移動定位；
[0009]所述全橋驅動電路，包括PMOS管Ql、Q2和NMOS管Q3、Q4，糾偏執行器的電機分別與Ql、Q2、Q3、Q4 一級相連，Ql、Q2、Q3、Q4另一級分別連接主控單片機STC15F2K60S2, Ql、Q2第三級還分別連接+24V電源，Q3、Q4第三級還分別通過兩個1K電阻和電容濾波後連接主控單片機STC15F2K60S2、還通過0.2歐電阻接地。
[0010]本實用新型的有益效果是利用超聲波及光電雙鑑位移傳感器糾偏，消除了糾偏盲區，糾偏系統可靠性高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本實用新型系統結構示意圖；
[0012]圖2是本實用新型單片機最小系統結構示意圖；
[0013]圖3是本實用新型雙鑑位移傳感器結構示意圖；
[0014]圖4是本實用新型糾偏執行器結構示意圖；
[0015]圖5是本實用新型全橋驅動電路連接示意圖；
[0016]圖6是本實用新型全橋驅動電路電路圖。
[0017]圖中，1.單片機最小系統，2.雙鑑位移傳感器，3.糾偏執行器，4.全橋驅動電路，101.主控單片機STC15F2K60S2，102.看門狗，103.鍵盤，104.顯示屏，201.橋型驅動器IR2103，202.超聲發送探頭TR40，203.超聲接收探頭TR40，204.超聲波接收器CX22106A，205.白光LED，206.CCD線陣色差傳感器TSL1401。

【具體實施方式】
[0018]下面通過附圖和【具體實施方式】對本實用新型進行說明。
[0019]本實用新型系統如圖1所不，包括單片機最小系統I，單片機最小系統I通過CAN總線連接雙鑑位移傳感器2，單片機最小系統I通過全橋驅動電路4連接糾偏執行器3 ;
[0020]所述單片機最小系統I，對雙鑑位移傳感器2採集的物料位置信息進行處理，輸出電平信息給全橋驅動電路4 ；
[0021]所述雙鑑位移傳感器2:由相互獨立的超聲波位移傳感器和精密色彩光電色差傳感器構成，超聲波位移傳感器作輔助檢測器，通過物料對超聲波的遮擋引起振幅衰減快速定位物料與傳感器間的相對位置，從而實現對物料的快速捕捉和粗定位，此後由精密色彩光電色差傳感器實現物料精確定位，當糾偏系統因失控大範圍走偏時，光電色差傳感器指向了物料無色差區域，光電色差傳感器失能，此時超聲波位移傳感器會再次實現快速物料捕捉何和重定位；
[0022]所述全橋驅動電路4通過兩對場效應管組成橋型驅動，將接收到的電平信息進行組合從而控制偏執行器3的電機正傳、反轉或暫停，並將電機電流轉換為電壓信號送給單片機最小系統I ;
[0023]所述偏執行器3的電機接收全橋驅動電路4電平信號，從而控制絲槓實現準確定位。
[0024]如圖2所示為單片機最小系統1:由主控單片機STC15F2K60S2101，受控振蕩型掉電看門狗102、鍵盤103及顯示屏104構成。主控單片機STC15F2K60S2101內含8路10位A/D轉化器，60K快閃記憶體程序空間(FLASH)，1024位元組隨機存儲器(RAM)，片上還配置SPI和I2C接口，內含四個定時器(可實現計數、定時、捕獲、脈寬調製PWM和編程脈衝輸出)，並配有雙串口，其中第一串口通過RS232接口可連接上位微機，並同時具備在系統(ISP)和在運用(IAP)編程能力。主控單片機STC15F2K60S2101通過鍵盤103輸入指令「自動」命令，在顯示屏104上顯示系統進入自動糾偏狀態對雙鑑位移傳感器2測量得到的數位訊號進行軟體濾波和比對，決策輸出控制量，發出「正轉」(01)或「反轉」(10)或「暫停」(11/00)TTL電平的開關信號給糾偏執行器3,命令糾偏執行器3輸出正向或反向電流控制電機或者關閉電機，使電機正反轉或暫停，按比例以反向位移自動抵消或糾正卷料對雙鑑位移傳感器2的相對偏差或保持當前卷料處於最佳位置。
[0025]CAN總線可連接多個糾偏系統，實現糾偏系統之間無中心或準中心雙向數據交互，此時CAN總線由CAN總線控制器PCA82C250進行控制，並和主控單片機STC15F2K60S2101的第二串行口間以TTL電平直接接口。
[0026]雙鑑位移傳感器2:包括相互獨立的超聲波位移傳感器和光電色差傳感器，超聲波位移傳感器包括橋型驅動器IR2103201、超聲發送探頭TR40202和超聲接收探頭TR40203組成，其結構原理圖如圖3所示。40KHz超聲頻率由主控單片機STC15F2K60S2101直接產生，並經橋型驅動器IR2103201驅動全密封型超聲發送探頭TR40202通過電聲轉換產生40KHz的超聲波；超聲接收探頭TR40203接收到超聲波經過聲電轉換送到低噪聲40Hz專用一體化超聲波接收器CX22106A204中被放大、限幅、選通、檢波、最後整形輸出，其檢波輸出電壓反比於物料在超聲波傳輸路徑上的遮擋度，該模擬電壓被送到主控單片機STC15F2K60S2101中進行模數轉換(A/D)，最後經軟體決策命令糾偏執行器3產生大位移，快速移動絲槓以抵消卷料與「電眼」間的較大偏差。
[0027]光電色差傳感器由白光LED205的光源和集成C⑶線陣色差傳感器TSL1401206構成，該線陣色差傳感器TSL1401206以SPI接口直接輸出數字量給主控單片機STC15F2K60S2101，採用白光LED205為光源是以最寬的光譜泛適應不同色系的卷料，讓主控單片機STC15F2K60S2101獲得更高和更精細光電解析度，並按比例控制糾偏執行器3做更精細更準確的位移調整。雙鑑位移傳感器2中集成了聲光兩套電眼(傳感器)，能快速發現大的位移捕獲又能實現微小偏差的精細定位，硬體可採用今天手機上廣泛使用的低成本的CXD色差傳感器。
[0028]糾偏執行器3可選擇現有的將電機的圓周運動轉換成絲槓的直線位移的設備，本實用新型採用的其中一種糾偏執行器3，由電機，同步輪、同步帶、滾珠軸承、絲杆、推桿、套筒以及處於執行器兩端的一對關節軸承和安裝座構成，如圖4所示，以糾偏執行器3中心位置為原點，執行器每往右走過一個固定時間片單片機內部計數加1，而在相同時間片內每左移一次則減1，並每次存儲這些左右移動的位移累加值，一般說來這樣已經有足夠高準確度表達出當前絲槓相對原點的所走過的路由和最終位移量了。再參照數位化的步進電機、帶有閉環控制的伺服電機以及今天日漸成為主流的無刷電機，它們本身具備和自帶定位傳感器，作實時修正，在取消附屬硬體定位裝置下完全可實現無位移累積誤差的精準定位。
[0029]全橋驅動電路4是糾偏執行器3中電機的驅動電路，用雙向電流驅動電機轉動並換向，全橋驅動電路4與單片機最小系統I以及糾偏執行器3之間連接關係見圖5，其工作原理簡圖見圖6:它由兩對PMOS NMOS功率場效應管橋型驅動，其中Ql、Q2為PMOS管，Q3、Q4為NMOS管，當P2.7、P2.6同時為為同時為高低電平，直流電機M短接抱死，電機停轉保持靜止，當P2.7為低電平，P2.6為高電平時Ql和Q4導通Q2和Q3截止，由+24V電源提供的驅動電流通過導通Ql從電機左側穿越電機流向右側，最後通過Q4和0.2歐電流採樣電阻到地，電機向一個方向轉動，反過來P2.7為高電平，P2.6為低電平Q2和Q3導通，Ql和Q4截止，穿過電機的電流反向，電機反向轉動，這樣P2.7、P2.6不同電平組合就實現對電機正傳反轉和暫停控制。接在電橋下端的0.2歐電流採樣電阻，將電機電流轉換為電壓，經R、C濾波後加到主控單片機STC15F2K60S2101進行A/D轉換作過流採樣，並根據A/D轉換值可判斷電機是否正常轉動，更主要是及時發現糾偏執行器因走到行程末端，電機被卡死，電機電流暴增，此刻單片機快速響應，關閉橋路截斷電機電流，及時保護驅動橋路和電機自身安全。
[0030]以上所述僅是對本實用新型的較佳實施例而已，並非對本實用新型作任何形式上的限制，凡是依據本實用新型的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改，等同變化與修飾，均屬於本實用新型技術方案的範圍內。
【權利要求】
1.基於雙鑑位移傳感器的具備智能軟定位網絡化糾偏導向系統，其特徵在於:包括單片機最小系統(I)，單片機最小系統(I)通過CAN總線連接雙鑑位移傳感器(2)，單片機最小系統(I)通過全橋驅動電路(4)連接糾偏執行器(3)。
2.按照權利要求1所述基於雙鑑位移傳感器的具備智能軟定位網絡化糾偏導向系統，其特徵在於:所述單片機最小系統(I)包括主控單片機STC15F2K60S2(101)，主控單片機STC15F2K60S2(101)分別通過電路連接看門狗(102)、鍵盤(103)和顯示屏(104)； 所述雙鑑位移傳感器(2)包括橋型驅動器IR2103(201)、超聲發送探頭TR40(202)、超聲接收探頭TR40(203)、超聲波接收器CX22106A(204)、白光LED (205)和CCD線陣色差傳感器TSL1401(206)構成；主控單片機STC15F2K60S2 (101)分別通過電路連接橋型驅動器IR2103(201)、超聲波接收器CX22106A(204)、白光LED (205)和CCD線陣色差傳感器TSL1401 (206)，橋型驅動器IR2103 (201)通過電路連接超聲發送探頭TR40 (202)，超聲波接收器CX22106A(204)通過電路連接超聲波接收器CX22106A(204)； 所述糾偏執行器(3)包括電機和絲槓，電機可帶動絲槓移動定位； 所述全橋驅動電路⑷，包括PMOS管Ql、Q2和NMOS管Q3、Q4，糾偏執行器(3)的電機分別與Ql、Q2、Q3、Q4 —級相連，QU Q2、Q3、Q4另一級分別連接主控單片機STC15F2K60S2(101)，Ql、Q2第三級還分別連接+24V電源，Q3、Q4第三級還分別通過兩個1K電阻和電容濾波後連接主控單片機STC15F2K60S2(101)、還通過0.2歐電阻接地。
【文檔編號】G05D3/12GK203982207SQ201420397035
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年7月18日 優先權日:2014年7月18日
【發明者】劉祖澤 申請人:劉祖澤