CN101105397B - 控制陀螺经纬仪灵敏部自动升降的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明本发明属于属于陀螺经纬仪定位与定向技术领域，尤其涉及控制陀螺经纬仪灵敏部自动升降的方法。为提供一种控制陀螺经纬仪灵敏部自动升降的方法，以实现自动完成陀螺灵敏部的下放与托起，减少人为因素对寻北测量的影响，提高陀螺经纬仪的响应速度、重复精度和自动化程度。本发明采用的技术方案是：使DSP发出脉冲与方向信号给电机驱动器，使驱动器控制电机的运行，使直线电机的往复运动控制陀螺灵敏部的升降，同时以电机运行速度影响陀螺经纬仪灵敏部寻北时摆幅的大小。本发明主要用于控制控制陀螺经纬仪灵敏部自动升降。

Description

控制陀螺经纬仪灵敏部自动升降的方法
技术领域
本发明属于属于陀螺经纬仪定位与定向技术领域，尤其涉及控制陀螺经纬仪灵敏部自动升降的方法。
背景技术
陀螺经纬仪可以在地理南北纬75°范围内的地面、矿井或隧道任意测点指示出真北方向，在工程施工测量、舰船制造、军事瞄准中具有广泛的应用。
陀螺经纬仪的定向过程一般包括粗定向(或粗寻北)和精定向(或精寻北)两步。在陀螺经纬仪粗定向过程中，大多数采用人工下放陀螺灵敏部的方法；精定向时，目前必须通过下放陀螺来定向。下放时，操作者转动陀螺锁紧手轮，同时观察目镜，使陀螺灵敏部缓慢下放，并进行限幅。若下放控制不当而引起光标晃动剧烈、运动过快或超出范围，均需要重新下放。所以人工下放陀螺对操作者的要求较高，在精定向时还会影响定向的精度和速度。在这种情况下，陀螺仪灵敏部的自动升降技术在寻北测量领域有着很高的实用价值。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种控制陀螺经纬仪灵敏部自动升降的方法，以实现自动完成陀螺灵敏部的下放与托起，减少人为因素对寻北测量的影响，提高陀螺经纬仪的响应速度、重复精度和自动化程度。本发明采用的技术方案是：使DSP发出脉冲与方向信号给电机驱动器，使驱动器控制电机的运行，使直线电机的往复运动控制陀螺灵敏部的升降，同时以电机运行速度影响陀螺经纬仪灵敏部寻北时摆幅的大小。
所说的控制陀螺灵敏部的升降，进一步包括下列步骤：
(1)、陀螺仪灵敏部下放过程
在陀螺寻北过程中，首先起动陀螺马达，起动指示灯亮，当陀螺马达达到额定转速时，指示灯灭再稍等一分钟开始下放陀螺，拨动自动升降系统开始旋钮至“开”位置，给整个自动升降系统通电，按动电机下放按钮，自动升降系统对陀螺仪灵敏部实行下放动作，DSP通过IO1管脚给电机驱动器方向控制引脚置高电平，电机控制灵敏部下放，自动升降系统在陀螺下放过程中采用变速控制，根据速度的需要，将下放过程中发送脉冲的频率划分为三个控制区：高频区、低频区和高频区，DSP在一次陀螺仪灵敏部下放过程中最多发送3300个脉冲给电机驱动器，电机运动距离由脉冲和光电开关反馈电路综合控制，电机运行到最下部时，就会触发光电开关由断开到连通状态，则光电开关反馈电路将产生一个阶跃信号发送给DSP，DSP通过IO3管脚接收反馈信号，DSP接收到光电开关反馈的信号时，停止发送脉冲信号，此时系统待机，陀螺仪灵敏部处于完全下放状态，等待操作人员按键控制系统下一步运行；
(2)、陀螺仪灵敏部托起过程
按动电机托起按钮，自动升降系统对陀螺仪灵敏部实行托起动作，DSP通过IO1管脚发送给电机驱动器方向控制引脚置低电平，电机控制灵敏部托起，此时DSP向电机驱动器发出频率为300Hz的脉冲，脉冲个数依然不超过3300个，直到接收到光电开关反馈信号时，停止发送脉冲信号，系统待机，等待按键，如果需要再次下放陀螺，可以按动下放按钮，否则可以拨动自动升降系统开始旋钮至“关”位置，系统断电.
所说的以电机运行速度影响陀螺经纬仪灵敏部寻北时摆幅的大小，是指DSP通过改变步进脉冲的频率，改变电机托起和下放过程中的速度，从而最优控制灵敏部的运行。
本发明具备以下效果：由于本发明采用了DSP、电机驱动器、直线电机结构实现陀螺的升降自动控制，因而本发明提高了陀螺经纬仪的响应速度、重复精度和自动化程度。
附图说明
图1为本发明所指的陀螺经纬仪结构示意图。
图中：1是陀螺仪，2是陀螺仪灵敏部，3是顶杆，4是连接盘，5是驱动装置及控制系统，6是经纬仪。
图2为实现本发明的控制系统结构框图。
图3为直线电机控制方式示意图。
图中：IO0控制电机CLK(时钟)、IO1控制Direction(方向)、IO2控制Enable(使能)，IO3接收光电开关反馈信号，IO0-IO3通过寄存器ASPCR和IOSR进行软件编程控制，ASPCR的低四位设置输入/输出(0为输入、1为输出)，IOSR低四位读/写IO数据。
图4为陀螺仪灵敏部下放过程中的频率变化示意图。
图5为光电开关电路示意图。
图6为电机控制程序流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明。
陀螺经纬仪灵敏部自动升降系统基于数字化的陀螺智能寻北系统。光标信号通过智能寻北系统的处理，实现了读数的自动化；控制直线电机的脉冲和方向信号由DSP(Digital SignalProcessor数字信号处理器)处理模块产生。陀螺仪灵敏部自动升降系统结构如图2所示。数字控制采用DSP型号为TMS320F206；驱动器为DCS4020型双极斩波，采用半步控制；直线电机型号为28F47-05-012，电机步长为0.003175mm；陀螺仪采用徐州光学仪器厂生产的JT-15陀螺仪；位置检测采用光电开关H105。DSP发出脉冲与方向信号给电机驱动器，驱动器控制电机的运行，直线电机的往复运动控制陀螺灵敏部的升降，同时电机运行速度影响到陀螺经纬仪灵敏部寻北时摆幅的大小。在这台仪器上，脉冲频率在26～40Hz时，电机下放可以达到较好的效果，陀螺仪寻北摆幅为5～8格，摆动过程稳定。
(1)、陀螺仪灵敏部下放过程
在陀螺寻北过程中，首先起动陀螺马达，起动指示灯亮。当陀螺马达达到额定转速时，指示灯灭再稍等一分钟开始下放陀螺。拨动自动升降系统开始旋钮至“开”位置，给整个自动升降系统通电。按动电机下放按钮，自动升降系统对陀螺仪灵敏部实行下放动作。如图3所示，DSP通过IO1管脚给电机驱动器方向控制引脚置高电平，电机控制灵敏部下放.自动升降系统在陀螺下放过程中采用变速控制，如图4所示，根据速度的需要，将下放过程中发送脉冲的频率划分为三个控制区：高频区、低频区和高频区.DSP在一次陀螺仪灵敏部下放过程中最多发送3300个脉冲给电机驱动器，设脉冲数目为n，下放过程中脉冲的频率分布如下：0＜n≤1000，脉冲的频率为200Hz；1000＜n≤2000，脉冲的频率为33Hz；2001＜n≤3300，脉冲的频率为200Hz.由于光电开关控制的行程为5mm，而驱动器接受3300个脉冲，电机的行程为5.23875mm，则驱动器未接收到所有DSP发射的脉冲时电机就会由于光电开关的位置限制而停止，光电开关反馈电路如图5所示，由电阻R1、R2、R3，发光二极管D1，photo NPN三极管Q1，芯片SN74LS04N，电容C1、C2，光耦TLP521构成。电机运动距离由脉冲和光电开关反馈电路综合控制，以保证系统的冗余。电机运行到最下部时，就会触发光电开关由断开到连通状态，则光电开关反馈电路将产生一个阶跃信号发送给DSP，DSP通过IO3管脚接收反馈信号。DSP接收到光电开关反馈的信号时，停止发送脉冲信号，此时系统待机，陀螺仪灵敏部处于完全下放状态，等待操作人员按键控制系统下一步运行。
(2)、陀螺仪灵敏部托起过程
按动电机托起按钮，自动升降系统对陀螺仪灵敏部实行托起动作，DSP通过IO1管脚发送给电机驱动器方向控制引脚置低电平，电机控制灵敏部托起，控制区判定值为LAM，两个脉冲方向信号为CCW和CW，如图3所示。此时DSP向电机驱动器发出频率为300Hz的脉冲，脉冲个数依然不超过3300个，直到接收到光电开关反馈信号时，停止发送脉冲信号，系统待机，等待按键。如果需要再次下放陀螺，可以按动下放按钮。否则可以拨动自动升降系统开始旋钮至“关”位置，系统断电。
控制步进电机的运行速度，实际上就是控制系统发出步进脉冲的频率或换相周期。
在本系统中，DSP通过改变步进脉冲的频率，改变电机托起和下放过程中的速度，从而最优控制灵敏部的运行。特别是在下放过程中，脉冲频率影响到陀螺摆幅的大小和稳定性。本方案采用的控制方法是在陀螺灵敏部与顶杆从接触到脱离的一段行程控制脉冲频率为较低值，一般为26～40Hz，，电机运行速度为0.041275mm/s～0.0635mm/s；其他时段脉冲频率为较高值，在本系统中，下放过程脉冲频率为200Hz，电机运行速度为0.3175mm/s；托起过程为300Hz，电机运行速度为0.47625mm/s。这样陀螺仪灵敏部下放过程的时间一般为35～47s，托起过程时间为10.5s。
系统软件程序的主要任务是控制步进电机的启动、按顺序发出控制命令、判断步进电机是否到达极限位置、控制步进电机的转向和运行速度的变化等。如图6是电机控制程序的流程图，直线电机控制程序使用C语言和汇编语言混合编程的方法来实现。
本系统实现了陀螺仪灵敏部的自动升降。设计了基于DSP的步进电机的控制电路、编写了自动升降系统的控制程序。实验表明，陀螺自动升降系统可以控制陀螺寻北摆幅在最佳的范围之内，并且增强了陀螺摆动的稳定性，提高了寻北速度，一定程度上提高了寻北精度。

Claims (1)

1.一种控制陀螺经纬仪灵敏部自动升降的方法，使DSP发出脉冲与方向信号给电机驱动器，使驱动器控制电机的运行，使电机的往复运动控制陀螺经纬仪灵敏部的升降，其特征在于，使DSP发出脉冲是指DSP通过改变步进脉冲的频率，改变电机托起和下放过程中的速度，从而控制陀螺经纬仪灵敏部的运行，所说的控制陀螺经纬仪灵敏部的升降，进一步包括下列步骤：
(1)、陀螺经纬仪灵敏部下放过程
在陀螺寻北过程中，首先起动陀螺马达，起动指示灯亮，当陀螺马达达到额定转速时，指示灯灭再稍等一分钟开始下放陀螺经纬仪灵敏部，拨动自动升降系统开始旋钮至“开”位置，给整个自动升降系统通电，按动电机下放按钮，自动升降系统对陀螺经纬仪灵敏部实行下放动作，DSP通过IO1管脚给电机驱动器方向控制引脚置高电平，电机控制陀螺经纬仪灵敏部下放，自动升降系统在陀螺经纬仪灵敏部下放过程中采用变速控制，根据速度的需要，将下放过程中发送脉冲的频率划分为三个控制区：高频区、低频区和高频区，DSP在一次陀螺经纬仪灵敏部下放过程中最多发送3300个脉冲给电机驱动器，电机运动距离由脉冲和光电开关反馈电路综合控制，电机运行到最下部时，就会触发光电开关由断开到连通状态，则光电开关反馈电路将产生一个阶跃信号发送给DSP，DSP通过IO3管脚接收反馈信号，DSP接收到光电开关反馈的信号时，停止发送脉冲信号，此时系统待机，陀螺经纬仪灵敏部处于完全下放状态，等待操作人员按键控制系统下一步运行；
(2)、陀螺经纬仪灵敏部托起过程
按动电机托起按钮，自动升降系统对陀螺经纬仪灵敏部实行托起动作，DSP通过IO1管脚发送给电机驱动器方向控制引脚置低电平，电机控制陀螺经纬仪灵敏部托起，此时DSP向电机驱动器发出频率为300Hz的脉冲，脉冲个数依然不超过3300个，直到接收到光电开关反馈信号时，停止发送脉冲信号，系统待机，等待按键，如果需要再次下放陀螺经纬仪灵敏部，按动下放按钮，否则拨动自动升降系统开始旋钮至“关”位置，系统断电。
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