伺服電機無線視頻控制裝置的製作方法

2023-05-21 10:59:06

專利名稱：伺服電機無線視頻控制裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種機械運動控制技木，特別涉及一種伺服電機無線視頻控制裝置。
背景技術：
伺服電機具有精度高、噪聲低、高速性能好的特點，在精密醫療器械，矽晶片傳輸機器人和雷射加工等精密機械運動控制領域有著重要應用。在上述場合下，為了確保精密機械運動控制的精度要求，一般不希望操作人員頻繁地在現場進行電機的啟停，轉速調整等操作，為此有必要研製一種針對伺服電機的無線視頻監控方法和裝置。
發明內容·[0003]本實用新型是針對高精度伺服電機需要無線監控更發揮其優勢的問題，提出了一種伺服電機無線視頻控制裝置，利用PC機、ARM、無線射頻、視頻獲取和伺服驅動等技術，實現了有障礙100米無線視頻遙控伺服電機的功能。本實用新型的技術方案為ー種伺服電機無線視頻控制裝置，包括執行機和上位機，執行機包括ARM控制器，無線視頻發送模塊，控制信號無線接收模塊和直流伺服電機驅動器，上位機包括PC機，無線視頻接收模塊，控制信號無線發送模塊，AV/USB接ロ，攝像頭模塊採集電機運行情況的視頻信號，由無線視頻發送模塊送出，上位機中的無線視頻接收模塊接收視頻信號通過AV/USB接ロ傳遞給PC機，PC機採集視頻信號並在視頻窗ロ顯示，實時監視遠程電機的運行狀態，PC機輸出電機控制指令，再由無線發送模塊發射，執行機的控制信號無線接收模塊接收控制指令，控制指令經ARM控制器處理後在LCD上面顯示，並通過RS-232串ロ發送到伺服驅動器，驅動電機運行。所述攝像頭模塊中攝像頭選用夜視功能的攝像頭；無線視頻發送/接收模塊選用I. 2GHZ頻段700mW無線視頻傳輸模塊；控制指令無線發送/接收模塊選用2. 4GHz頻段IOOmff功率的NRF24L01+無線數據傳輸模塊。所述AV/USB接ロ將接收到的AV視頻信號轉化為USB格式，選用型號EasyCAPOOI。本實用新型的有益效果在於本實用新型伺服電機無線視頻控制裝置，實現了有障礙100米無線視頻遙控伺服電機的功能。操作人員可遠離工作現場，通過我們自行開發的上位機監控軟體，即可觀察工作現場伺服電機的實際運行視頻，又可輸入指令控制電機的啟停和運行速度。

圖I為本實用新型伺服電機無線視頻控制裝置中執行機結構框圖；圖2為本實用新型伺服電機無線視頻控制裝置中上位機結構框圖；圖3為本實用新型伺服電機無線視頻控制裝置中控制器上位機程序流程圖；圖4為本實用新型伺服電機無線視頻控制裝置中執行機程序流程圖。
具體實施方式
無線攝像頭具有紅外夜視功能，便於夜間監控。選用I. 2GHz的無線視頻傳輸模塊，具有較好的穿透力，抗幹擾能力強。選用ARM公司新一代32位CorteX-M3處理器作為控制器，具有處理速度快，性價比高的特點。操作人員可遠離工作現場，通過我們自行開發的上位機控制軟體，即可觀察工作現場伺服電機的實際運行視頻，又可輸入指令控制電機的啟停和運行速度。利用PC機、ARM、無線射頻、視頻獲取和伺服驅動等技木，實現伺服電機運動遠程無線視頻觀察和控制。下面分硬體設計，軟體設計和操作步驟，實驗效果四部分進行說明。執行機硬體包括ARM控制器5，無線視頻發送模塊1，控制信號無線接收模塊3和直流伺服電機驅動器6，如圖I所示。其中，攝像頭模塊I採集電機運行情況的視頻信號，由無線視頻發送模塊2送出。無線數據接收模塊3接收到上位機發過來的控制命令信號，經ARM控制器5處理後在IXD4上面顯示，並通過RS-232串ロ發送到伺服驅動器6，實現對伺服電機7的遠程控制。 上位機結構框圖如圖2所示，上位機硬體則包括PC機10，無線視頻接收模塊8，控制信號無線發送模塊11，AV/USB接ロ 9。其中，無線視頻接收模塊8把接收到的視頻信號通過AV/USB接ロ 9傳遞給PC機，利用Visual Basic中的視頻控制項採集視頻信號並在視頻窗ロ顯示，實現對電機7的遠程監視。在控制窗ロ輸入電機控制指令，再由無線發送模塊11發射出去。所用到的硬體選型原則概述如下(I)攝像頭選用100萬像素IOm夜視功能攝像頭。對工作現場光源無特殊要求。(2)無線視頻發送/接收模塊選用I. 2GHZ頻段700mW無線視頻傳輸模塊它不會和2. 4GHz控制信號互相干擾，而且它的繞射性比較強，共15個頻道可以選擇，信噪比高達48db。空曠地帶最遠可達到2000m，可穿透一堵實體牆傳輸200m。(3)控制指令無線發送/接收模塊選用2. 4GHz頻段IOOmW功率的NRF24L01+無線數據傳輸模塊，空曠地帶最多可傳輸1100m。它帶射頻開關、帶通濾波器、全雙向射頻功放功能諧波幹擾小，支持125個射頻通道，功耗低。(4)直流伺服電機選用日本安川YASKAWA 1000線直流伺服電機。運動精度高。本實用新型同樣支持交流伺服電機的控制。(5)直流伺服驅動器選用的XH-DCC8005直流伺服驅動器。通過對光電編碼器輸出的脈衝信號進行4倍頻，使得電機的運動控制解析度達到O. 09°。(6)AV/USB接ロ 將接收到的AV視頻信號轉化為USB格式，方便PC機進行視頻採集。由於本實用新型只有一路視頻信號，所以選用穩定性較高採集速度較快的EasyCAPOOl，最大顯示和錄製速度為PAL制式25幀，NTSC制式30幀，滿足使用要求。(7)開關電源此電源主要是給下位機控制器、伺服驅動器和伺服電機供電，選用朗特寧T-50D 5V3A、12V1A、24V1A三路輸出開關電源，其中5V給ARM控制器供電，24V給驅動器供電，這款產品額定功率為50W，如果有負載的話可以選用更大的功率的開關電源。軟體設計主要包括視頻監控程序，控制器上位機程序和執行機程序。視頻監控程序主要包含兩個部分視頻顯示部分和為串ロ通信部分。第一部分採用ezdivcap控制項,該控制項是ー個基於Microsoft的DirectShow技術開發的音視頻信號捕捉ActiveX控制項。它基於DirectShow過濾器組件技術設計,採用完整的ActiveX封裝,可用於多種軟體開發平臺，全面支持1394、USB熱拔插數字視頻捕捉設備。第二部分採用MSComm串ロ通信控制項。控制器上位機流程圖如圖3所示，主要包括各應用模塊 初始化，串口中斷等程序模塊。其中最重要的是串口中斷程序、SPI函數、NRF24L01驅動程序。因為NRF24L01的數據傳輸是以SPI方式的，所以首先必須對STM32的SPI進行配置，並編寫發送和接收函數。NRF24L01驅動程序包括24L01的初始化、檢測24L01是否存在、發送接收模式配置、數據包大小、發送和接受地址、數據發送和接收函數等。其中比較重要的就是發送和接收地址的定義，因為它會影響到發送和接收是否成功const u8 TX_ADDRESS [TX_ADR_WIDTH] = {0x34, 0x43, 0x10, 0x10, 0x01} ; //發送地址const u8 RX_ADDRESS [RX_ADR_WIDTH] = {0x34, 0x43, 0x10, 0x10, 0x01} ; //接收地址串口中斷程序首先需要定義ー個64位元組的接收緩衝數組USART_RX_BUF[64]和接受狀態協議——接收狀態標識USART_RX_STA，其中第7位為接受完成標誌位，第0_5位為接受到的數據個數，其中毎次傳遞的數據以特殊字符「？ 」為結束標誌，每條指令以字符「；」為結束符。毎次接收到的數據最大緩衝為64個字節，而無線數據傳輸模塊每次最多只能發送32個字節的數據包，再者考慮到下位機對數據的處理，如果把64個數據分為2個32位數據，就有可能使數據溢出，所以在主程序發送之前要把64位元組的數據USART_RX_BUF[64]分割為4個16位的數據TX_BUF0 3 [16]，這樣才能保證無線發射的數據不會丟失，在毎次發射16位數據之後要有一定的延遲時間delay_mS(50)，此延遲的時間不能太長，否則會造成在還沒有發送下面數據的時候就被新數據覆蓋，延遲時間也太短，因為下位機發送指令到伺服電機執行要有一定的執行時間，經過反覆測試毎次發送完數據後延遲時間50ms為佳，然後將接收到的字節發回串ロ進行回顯，並且每次發送ー個數據包LED燈閃爍ー下，這樣可以指示操作是否成功以及顯示無線發送的狀態。如圖4所示執行機程序流程圖，在執行機控制器主程序中，主要包括Cortex_M3系統初始化、各應用模塊初始化、LCD顯示和串ロ字符發送等程序模塊。因為對伺服電機的控制命令是字符格式的，而串ロ發送的是16進位的數據，所以在發送前必須進行ascii碼轉化。操作步驟如下(I)硬體連線接好、通電，把無線視頻發射和接收端的頻段都設置相同。(2)打開監控應用程式，選擇「源對話框」選擇視頻信號採集的通道，此時可以看到視頻窗ロ有電機的靜態視頻。(3)在「 com ロ」選擇ARM控制器和PC機連接的通道，例如，coml、com2……，點擊打開按鈕，指示燈由紅變綠，說明串ロ已正確打開，如果沒有打開串ロ就進行操作會彈出ー個對話框提示用戶打開串ロ。(4)選擇驅動器的工作模式為「速度控制模式」，分別輸入PID、加速度、減速比、速度和位置參數，然後電機「參數確認」，此時控制命令就由PC機串ロ發送到ARM控制器，然後由無線數據發送模塊發射出去。此時，不僅可以在視頻窗ロ看到電機運行，而且在控制窗ロ可以看到已發送的命令，同時在下位機ARM控制器的LCD屏上面可以看到已接收到的命令及其總個數。(5)在「發送區」輸入「#I SV : 100，SOPS :1000 ； 」此時可以看到電機以IOOrpm的速度轉過90°後停止，由於本系統使用的伺服電機為1000線，驅動器最多可以4倍頻，所本系統的運動控制精度為O. 09°，而且經過反覆測試電機在空載的情況下，當P、I、D分別為100、5、1000的時候運動效果最好。(6)點擊「復位」按鈕，電機則把當前絕對位置設置為0，「急停」按鈕可以使電機不管在什麼情況下都能迅速停止，但是此按鈕不能經常使用，否則會對驅動器和電機造成損壞。在通信距離為IOOm中間有ー堵實體牆，周圍有無線網絡幹擾等情況下，本實用新型的穩定性和抗幹擾性良好，可以接收到清晰的視頻信號，可以穩定地發射控制命令，伺服 電機能夠根據接收到的控制命令正常運轉，電機的運動精度為O. 09°。如果是隔3堵牆，20m的傳輸距離，控制信號發送接收正常，但是視頻信號有點波動，原因估計是周圍無線網絡對系統幹擾有點大，但是4堵牆間隔25m的時候，發送的控制命令就會丟失數據，由此看來，障礙物對無線數據傳輸的影響還是比較大的。但是一般在エ業應用控制室和エ業現場一般只間隔ー堵牆，而且IOOm的傳輸距離也基本能夠滿足要求。
權利要求1.ー種伺服電機無線視頻控制裝置，其特徵在幹，包括執行機和上位機，執行機包括ARM控制器，無線視頻發送模塊，控制信號無線接收模塊和直流伺服電機驅動器，上位機包括PC機，無線視頻接收模塊，控制信號無線發送模塊，AV/USB接ロ，攝像頭模塊採集電機運行情況的視頻信號，由無線視頻發送模塊送出，上位機中的無線視頻接收模塊接收視頻信號通過AV/USB接ロ傳遞給PC機，PC機採集視頻信號並在視頻窗ロ顯示，PC機輸出電機控制指令，再由無線發送模塊發射，執行機的控制信號無線接收模塊接收控制指令，控制指令經ARM控制器處理後在IXD上面顯示，並通過RS-232串ロ發送到伺服驅動器，驅動電機運行。
2.根據權利要求I所述伺服電機無線視頻控制裝置，其特徵在於，所述攝像頭模塊中攝像頭選用夜視功能的攝像頭；無線視頻發送/接收模塊選用I. 2GHZ頻段700mW無線視頻傳輸模塊；控制指令無線發送/接收模塊選用2. 4GHz頻段IOOmW功率的NRF24L01+無線數據傳輸模塊。
3.根據權利要求I所述伺服電機無線視頻控制裝置，其特徵在於，所述AV/USB接ロ將接收到的AV視頻信號轉化為USB格式，選用型號EasyCAPOOI。
專利摘要本實用新型涉及一種伺服電機無線視頻控制裝置，攝像頭模塊採集電機運行情況的視頻信號，由無線視頻發送模塊送出，上位機中的無線視頻接收模塊接收視頻信號通過AV/USB接口傳遞給PC機，PC機採集視頻信號並在視頻窗口顯示，PC機輸出電機控制指令，再由無線發送模塊發射，執行機的控制信號無線接收模塊接收控制指令，控制指令經ARM控制器處理後在LCD上面顯示，並通過RS-232串口發送到伺服驅動器，驅動電機運行。實現了有障礙100米無線視頻遙控伺服電機的功能。操作人員可遠離工作現場，通過我們自行開發的上位機監控軟體，即可觀察工作現場伺服電機的實際運行視頻，又可輸入指令控制電機的啟停和運行速度。
文檔編號G08C17/02GK202661806SQ20122029898
公開日2013年1月9日 申請日期2012年6月21日 優先權日2012年6月21日
發明者任強, 周升良, 孫玉國 申請人:上海理工大學