基於電子羅盤的水下雲臺伺服系統的製作方法
2023-05-15 06:37:41
專利名稱：基於電子羅盤的水下雲臺伺服系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種基於電子羅盤的自動對準設備，具體是基於電子羅盤的水下雲臺伺服系統。
背景技術：
現有的普通雲臺控制系統可以對水平承載物進行水平和俯仰角度調整，但響應時間慢、自動化水平低，在系統位置發生偏移時，不能實現有效地、快速地再次鎖定目標，特別是在進行海水中雷射特性研究的實驗時，實驗者並不方便直接進入水中進行雷射器的調離iF. ο發明內容
本發明的目的是為克服現有技術的不足，而提供一種基於電子羅盤的水下雲臺伺服系統。這種系統採用旋轉編碼器作為人機互動器件，並且採用液晶顯示器顯示操作進程、 操作模式以及羅盤的實時數據。
實現本發明目的的技術方案是本發明基於電子羅盤的水下雲臺伺服系統，包括電子羅盤、雲臺、殼體和安裝在殼體內的電路板和外部接口，與現有技術不同的是本伺服系統由隨動端和控制端組成，隨動端由電子羅盤、單片機、電子云臺組成，電子羅盤通過電平轉換電路與單片機連接，單片機通過可控矽電機驅動電路與電子云臺連接；控制端由旋轉編碼器、單片機和液晶顯示屏組成，旋轉編碼器通過控制電路與單片機連接，單片機與液晶屏通過導線連接，控制端和隨動端的單片機通過RS485信道連接。
控制端把旋轉編碼器的指令傳送到隨動端的電子云臺，使雲臺完成相應的動作。
隨動端將電子羅盤的方位信號傳遞給控制端，按照相應的規則解碼，在液晶顯示屏上顯示。
若要控制雲臺轉動，首先轉動旋轉編碼器，按鍵旋鈕是用戶與把信息傳遞給系統最直接的器件，帶輕觸的旋轉編碼器可以最簡單直接的方式為用戶提供信息錄入與菜單選擇。同樣，通過MAX3485電平轉換並送到信道上傳輸，隨動端再次經過電平轉換送給STM32 單片機解碼，控制雲臺轉動。由於雲臺的工作電壓是AC220V，所以為了能讓單片機直接控制電機的運轉，採用可控矽來達到直流低壓控制交流市電。在系統中，採用可控矽器件BTA16 600E作為電機控制器，並結合光耦器件M0C3022 —起使用避免市電部分對單片機的影響。
本發明的優點是(1)選用STM32F103C8T6為控制端和隨動端的主控單片機，它是基於嵌入式應用專門設計的ARM Cortex-M3內核32位單片機，最高時鐘頻率可達72MHz，而且具有豐富的外設接口，方便擴展其他功能，像這樣一塊高性能的單片機僅為13. 5元左右，使得本系統具有高效率，低功耗，低成本的優點。
(2)在系統中，採用MAX3485，完成RS485與TTL電平轉換，RS485接口是採用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗共模幹擾能力增強，使數據傳輸速率最高可以達到10Mbps， 最大的通信距離約為1219M。由於控制端的命令、隨動系統的反饋信息都要通過RS485的通信信道，信道的穩定性和可靠性都決定了系統的性能。
(3) DCM308是一款高精度三維羅盤，其航向精度可以達到0. 2度。它採用美國專利技術的硬鐵和軟鐵校準算法，使得其在緯度到達85°的時候仍然能提供高精度的航向信息。它具有小型和低功耗的特點，提高了本系統的性能。
(4)在軟體設計中，採用粗調和細調兩種方式，使得系統能達到更高的精度；(5)在軟體設計中，獨創性的添加鎖定功能，使得雲臺在外力作用發生偏轉的情況下， 可以自動完成調整，對準目標。
(6)本系統基於高精度三維電子羅盤返回的數據，將雲臺實時坐標由液晶顯示屏顯示，操縱旋轉編碼器即可以完成對遠端雲臺的控制，具有結構簡單，操作方便等特點。
圖1是本發明基於電子羅盤的水下雲臺伺服系統組成框圖。
圖2是本發明伺服系統控制端的流程框圖。
圖3是本發明伺服系統隨動端的流程框圖。
具體實施方式
結合
如下；參見圖1，本發明伺服系統由隨動端和控制端組成，隨動端由電子羅盤、STM32F103C8T6 單片機、電子云臺組成，電子羅盤通過電平轉換電路與單片機連接，單片機通過可控矽電機驅動電路與電子云臺連接；控制端由旋轉編碼器、單片機和液晶顯示屏組成，旋轉編碼器通過控制電路與單片機連接，單片機與液晶屏通過導線連接，控制端和隨動端的單片機通過 RS485信道連接。
參見圖2，電子羅盤採用的標準RS232輸出接口，輸出的信號首先要經過MAX3232電平轉換電路將RS232信號轉換成TTL電平。TTL電平形式的電子羅盤信號通過USARTl串口到達STM32F103C8T6單片機，通過軟體編程實現 2對電子羅盤返回的數據進行校驗，檢查是否有誤碼；:5.通過TIM2定時器中斷函數，實現每隔90ms分別讀取電子羅盤實時的俯仰、橫滾和方位角坐標，並將其通過RS485信道送給控制端。系統的隨動端和控制端是通過RS485信道進行相關數據交換的，可以有效地延長通信距離並提高通信效率，採用MAX3485完成TTL電平與RS485電平轉換。完成控制端與隨動端信息交互，判斷USART3是否接收到數據，校驗接收到的數據是否無誤，單片機完成解碼，I/O 口輸出TTL電平控制雲臺轉動。電子云臺的工作電壓是AC220V，所以為了能讓單片機直接控制雲臺電機的運轉，採用可控矽器件使低壓直流直接控制交流市電。在系統中， 採用可控矽器件BTA16 600E作為電機控制器，並結合光耦器件M0C3022 —起使用避免市電部分對單片機的影響。
參見圖3，在控制端接收到隨動端發送來的電子羅盤信號，首先要進行電平轉換， 然後將信號送給STM32F103C8T6單片機的USARTl串口，這裡通過對單片機編程實現 對傳送過來的信號進行校驗，檢查其是否存在誤碼；S識別接收到數據中命令字(0x81h，為俯仰坐標；0x82h，為橫滾坐標；0x83h，為方位角坐標)判斷其坐標方式，並送給液晶屏顯示。選用TLX1761液晶顯示器，其顯示尺寸為5. 7寸，解析度為240 X 128，是一塊需要背光碟機動的液晶屏，液晶屏的控制器為T6963。為了讓液晶屏保持正常工作狀態，需要提供兩種工作電壓X AC400V，這部分採用TDK公司生產的現成模塊，可以很好點亮液晶屏的背景光；I調節對比度的電壓，此部分採用單片式DC-DC變換器M0C34063，其可以將將+5V變換成-1. 25V -25V的電壓，實驗發現，輸出電壓為-12V時，液晶屏顯示狀態為最優。在控制雲臺的操作中，旋轉編碼器作為人機信息交換的組件，起著關鍵的作用。在旋轉編碼器的驅動電路中，每一個輸出處都用一個IOK的電阻上拉，以使電平足夠穩定，提高一定的驅動電流。按下或者轉動旋轉編碼器可以引起單片機的中斷響應，執行相應的動作，直接反映就是使不同的菜單顯示在液晶顯示器上，方便用戶進行操作。旋轉編碼器觸發中斷，單片機執行相關中斷函數。單片機控制雲臺可以完成以下功能:Χ+俯仰、橫滾手動調整，兩個旋轉編碼器分別實現粗調與細調； I設置俯仰、橫滾坐標，完成自動跳轉； S設置俯仰、橫滾坐標，完成自動鎖定。
自動鎖定功能和自動跳轉功能的不同之處在於，當系統由於外力或者其他原因偏離了設置好的坐標時，系統可以再次做出調整，這樣就可以使電子云臺始終保持轉向同一個方向，確保試驗成功的概率。
權利要求
1.基於電子羅盤的水下雲臺伺服系統，包括電子羅盤、雲臺、殼體和安裝在殼體內的電路板和外部接口，其特徵是本伺服系統由隨動端和控制端組成，隨動端由電子羅盤、單片機、電子云臺組成，電子羅盤通過電平轉換電路與單片機連接，單片機通過可控矽電機驅動電路與電子云臺連接；控制端由旋轉編碼器、單片機和液晶顯示屏組成，旋轉編碼器通過控制電路與單片機連接，單片機與液晶顯示屏通過導線連接，控制端和隨動端的單片機通過 RS485信道連接。
全文摘要
本發明公開了一種基於電子羅盤的水下雲臺伺服系統，包括電子羅盤、雲臺、殼體和安裝在殼體內的電路板和外部接口，其特徵是本伺服系統由隨動端和控制端組成，隨動端由電子羅盤、單片機、電子云臺組成，電子羅盤通過電平轉換電路與單片機連接，單片機通過可控矽電機驅動電路與電子云臺連接；控制端由旋轉編碼器、單片機和液晶顯示屏組成，旋轉編碼器通過控制電路與單片機連接，單片機與液晶顯示屏通過導線連接，控制端和隨動端的單片機通過電平轉換電路連接。本系統基於高精度三維電子羅盤返回的數據，將雲臺實時坐標由液晶顯示屏顯示，操縱旋轉編碼器即可以完成對遠端雲臺的控制，具有結構簡單，操作方便等特點。
文檔編號F16M11/18GK102506277SQ20111035680
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月11日 優先權日2011年11月11日
發明者敖珺, 朱勇, 王錚, 鄧洪高, 馬春波 申請人:桂林電子科技大學