CN101430556B - 便携式中远程调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式中远程调节装置，包括机械调节单元、电路控制单元及用户远程通讯单元，用户远程通讯单元控制电路控制单元动作、并由电路控制单元驱动机械调节单元完成调节工作；机械调节单元包括基座、螺纹套筒和机械爪；电路控制单元包括串口通信模块、信号隔离模块、中心控制模块、电源转换模块、电机驱动模块及电磁铁驱动模块。本发明解决了现有技术中的调节模式、对象单一以及安全和可靠性不高的问题，在不伤害被控仪器和设备的前提下，能够适用于旋钮及按钮调节，具有多种调节方式。通用性好，调节精度高，并可同时调整各种对象的多个数据，具有过拧保护措施及数据反馈程序，安全可靠性高，可有效防止过拧或对仪器造成各种损毁。

Description

便携式中远程调节装置 

技术领域

本发明涉及通过遥操作的调节装置，特别涉及一种便携式中远程调节装置，用于远程调节和控制实验或生产环境中的仪器和设备。 

背景技术

随着工业化大生产的发展，以及各种困难环境下作业工程的增加，越来越多的实验及生产环境需要能够远程调节和控制的仪器和设备。但是由于目前技术发展水平的限制，很多仪器和设备还依然需要通过人工操作控制。因此，大部分的旧有仪器和设备需要被淘汰和改造。根据已有的技术，针对远程调节实验仪器和设备的问题，一般的解决方案都是对实验仪器和设备进行内部的改造，或者直接淘汰或更换设备。对实验仪器和设备进行改造有很多种方法，现有的技术多通过改变设备内部的电子或机械部件，从而使之达到能够被遥控操作的目的，这种方法需要较长时间的研发，而且操作对象单一，耗时较长，只能针对于特定的实验仪器或设备使用，如果需要对其他的实验设备进行操作还需要另行研究。特别要指出的是，有些实验仪器的价格十分昂贵，这样就会极大的增加的设备的成本，降低实验的效率。 

鉴于此，产生了另外一种解决远程调节实验仪器和设备的方法，即，不改造实验仪器本身，通过外部的控制部分和机械部分对实验仪器和设备面板上的各个旋钮进行调节。例如，中国公开号CN201059423Y、名称为“充气机压力远程调节装置”的实用新型专利，其结构是：充气机的气路输出口连接至压力调节装置的气路输入口，压力调节装置的电气连接端与充气机相连，压力调节装置包括控制电路、步进电机驱动器、步进电机、机械联动机构及调节阀，控制电路通过网络与上位机相连，控制电路与步进电机驱动器相连通，步进电机驱动器连接至步进电机，步进电机通过机械联动机构与调节阀相连接。此结构的调节装置，仅能针对特定的一种仪器的旋钮进行调节，不能够同时调节多个数据，不能调节按钮类按钮，调节方式单一，不能用于各种实验仪器和设备；其次，此种结构的调节装置，缺少基座，各个部分皆为不可调节；再次，此结构的调节装置，调节的精度较低，缺少过拧保护措施，没有数据反馈程序，安全可靠性差，容易过拧或对仪器造成各种损毁。 

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供了一种便携式中远程调节装置，在不伤害被控仪器和设备的前提下，能够适用于旋钮及按钮调节，具有多种调节方式通用性 好，调节精度高，可同时调整多个数据，具有过拧保护措施及数据反馈程序，安全可靠性高、可防止过拧或对仪器造成各种损毁。 

为了实现上述目的本发明采取的技术方案是：一种便携式中远程调节装置，包括机械调节单元、电路控制单元及载有程序的用户远程通讯单元，用户远程通讯单元控制电路控制单元动作、并由电路控制单元驱动机械调节单元完成调节工作； 

机械调节单元包括基座及设置在其上并相对它移动的调节连接件，调节连接件包括通过电机驱动的机械爪和通过电磁铁驱动的螺纹套筒，机械爪用于调节旋钮，螺纹套筒用于调节按钮； 

电路控制单元包括顺次连接的串口通信模块、第一信号隔离模块、中心控制模块、第二信号隔离模块，分别与第二信号隔离模块相连的电机驱动模块及电磁铁驱动模块，分别与串口通信模块、中心控制模块、电机驱动模块及电磁铁驱动模块相连的电源转换模块；串口通信模块是电路控制单元与用户远程通讯单元的通信接口；中心控制模块通过串口通信模块接收用户远程通讯单元的信息，并对电机和电磁铁进行控制；第一信号隔离模块将中心控制模块与外界隔离起来，防止外界对中心控制模块的干扰；电源转换模块用于将220V电源转换成电路需要的电源；电机驱动模块用于驱动电机，采用PWM控制方式，将中心控制模块的控制信号转换成电机的驱动信号；电磁铁驱动模块用于将中心控制模块的控制信号转换成电磁铁的驱动信号。 

所述用户远程通讯单元包括通过TCP/IP协议对电路控制单元传送数据的网络遥操作控制方式，或通过无线发送模块和无线接收模块对电路控制单元传送数据的遥控器信号操作控制方式。 

所述机械调节单元中的基座包括基座箱体、设于基座箱体的一侧的滑轨及设于滑轨内的滑块；所述电机及电磁铁外部分别设有电机箱体及电磁铁箱体；连接所述机械爪的电机箱体及连接所述螺纹套筒的电磁铁箱体分别与穿过滑块的支撑螺纹杆的螺纹连接、并通过支撑螺纹杆及锁紧螺母定位。 

所述机械爪为回转体，包括机械爪主体及分别与其连接的螺纹柱、螺纹套和铁丝；机械爪主体为一端有底的桶体，其周壁上设有三个缺口形成三个爪，机械爪主体的外壁设有外螺纹，机械爪主体的底上设有螺孔；螺孔内设有与其螺纹连接的螺纹柱；机械爪主体的外壁上套接有与其螺纹连接的螺纹套；铁丝为三条，三条铁丝的一端集中焊接在螺纹柱的下端中心、另一端呈均分布并分别牢固焊接在机械爪的内壁上。 

本发明的有益效果是： 

1)本发明所述的机械调节单元模拟了人手对装置面板的拧、按等动作，解决了现有技术中远程调节装置必须对被调节装置进行内部改造的问题，保护了被调节装置的完整性，在不改动原装置内部构造的前提下进行仪器的调节，能够直接在被调节仪器或面板外部进行操作且对被调仪器无任何损伤的安全装置； 

2)本发明所述机械调节单元设有基座、用于调节旋钮的机械爪及用于调节按钮的螺纹套筒，解决了现有技术中远程调节装置的调节对象单一化的问题，通用性好，达到了能够对各种位置的各种旋钮、按钮的精确调节，并解决了现有技术中每需调节一台装置时都需要单独设计一台电源，解决了装置多电源供电的问题； 

3)本发明所述电路控制单元通过单个电源和单个单片机分别控制各个具有不同额定电压的组件运转，简化了电路，减小了装置的体积，提高了整个电路控制单元的稳定性； 

4)本发明所述的用户远程通讯单元具备多种操作控制模式，可以通过遥控器或远程计算机网络控制两种模式进行控制操作。 

本发明解决了现有技术存在的调节模式单一、调节对象单一、通用性差以及安全性和可靠性不高的问题，在不伤害被控仪器和设备的前提下，能够适用于旋钮及按钮调节，具有多种调节方式通用性好，调节精度高，并可同时调整多个数据，具有过拧保护措施及数据反馈程序，避免了调节过程中过转以及定位不准确等问题，安全可靠性高，可有效防止过拧或对仪器造成各种损毁。 

附图说明

图1是本发明的整体结构图； 

图2是本发明所述电路控制单元的逻辑控制图； 

图3是本发明所述单片机主程序流程图； 

图4是图3中所述的中断子程序流程图； 

图5是本发明所述的机械调节单元的整体结构立体图； 

图6是图5中所述的基座的立体图； 

图7是图5中所述的机械爪的剖视图。 

图中：10机械调节单元，1基座箱体、2螺纹套筒、3支撑螺纹杆、4锁紧螺母、5机械爪、5.1螺纹柱、5.2机械爪主体、5.3铁丝、5.4螺纹套、6电机箱体、7电磁铁箱体、8滑轨、9滑块， 

20电路控制单元、21串口通信模块、22第一信号隔离模块、22A第二信号隔离模块、23 中心控制模块、24电机驱动模块、25电磁铁驱动模块、26电源转换模块， 

30用户远程通讯单元。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。 

如图1所示的一种便携式中远程调节装置，包括机械调节单元10、电路控制单元20及载有程序的用户远程通讯单元30，用户远程通讯单元30控制电路控制单元20动作、并由电路控制单元20驱动机械调节单元10完成调节工作。本发明所述的机械调节单元10模拟了人手对装置面板的拧、按等动作，具有多种调节方式通用性好，解决了现有技术中远程调节装置必须对被调节装置进行内部改造的问题，保护了被调节装置的完整性，在不改动原装置内部构造的前提下进行调节的仪器或装置，能够直接在被调节仪器或面板外部进行操作且对被调仪器无任何损伤的安全装置。 

如图1所示，所述用户远程通讯单元30包括两种通信方式，第一种为网络遥操作控制方式，采用遥操作技术，通过TCP/IP协议对电路控制单元20传送数据，适用于远距离操作对于具体距离没有限制；第二种为遥控器信号操作控制方式，采用无线发送模块和无线接收模块对电路部分传送数据，适用于中远距离操作，使用比较方便。 

第一种操作模式采用网络遥操作控制方式。一般开放的计算机系统，计算机具有标准网络接口，或者预留可加装网络适配器的标准接口。对于此类设备，本系统采用客户端/服务器结构，利用Visual C++串口通信的编程方法，开发了一个基于远程网络通信的计算机远程操作软件平台。平台服务器端程序安装于现场测试设备所在的计算机，客户端程序安装于操作者端的专用控制计算机。远程操作软件在两台计算机之间建立起一条数据交换的通道，从而使得控制端可以向服务端发送指令，操纵服务端完成某些特定的工作。此时，控制端只是负责发送指令和显示远程计算机执行程序的结果，而运行程序所需的系统资源均由被控计算机负责。通过远程控制软件，操作人员可以对被控仪器和设备进行多种远程操作，可以精确的控制旋转的档位，和按钮按下的次数等。 

整个软件平台包括两大部分，分别为控制端程序部分和服务端程序部分。控制端程序部分又分为客户端控制面板、防信号扰乱模块、串口通讯主程序模块、数据发送反馈模块、反馈动画模块等五个模块。服务端程序部分分为串口数据传输模块和主程序两大部分。整个程序由VC++平台编制而成，使用了很多相关的串口事件消息处理函数和类。 

软件平台程序运行的流程为：操作人员通过客户端控制面板发送数据到串口通讯主程序模块，主程序调用防信号扰乱模块对所有数据进行分类和规范化，然后再通过防扰乱模 块反馈回主程序，主程序调用数据发送反馈模块，将规范好的数据与服务端程序部分反馈回来的数据进行整合处理，最后将最终数据分别发送到反馈动画模块部分和服务端程序部分。 

第二种操作模式是遥控器信号操作控制方式。采用无线发送模块和无线接收模块对电路控制单元传送数据。在无线发送模块和无线接收模块上，我们选择通过可再生模块进行无线数据的发送和接收。接收模块配合六键遥控器使用，输出简单的开关量。数据无需曼彻斯特编码，价格较为低廉。 

电路控制单元20通过串口通信接收数据，并通过各种芯片将单路电源转化为多路不同电压的电源，分别控制多个机械控制部分运动。如图2所示，所述电路控制单元20包括顺次连接的串口通信模块21、第一信号隔离模块22、中心控制模块23、第二信号隔离模块22A，分别与第二信号隔离模块22A相连的电机驱动模块24及电磁铁驱动模块25，分别与串口通信模块21、中心控制模块23、电机驱动模块24及电磁铁驱动模块25相连的电源转换模块26。本发明所述电路控制单元20通过单个电源和单个单片机分别控制各个具有不同额定电压的组件运转，简化了电路，减小了装置的体积，提高了整个电路控制单元20的稳定性。 

串口通信模块21是电路控制单元20与用户远程通讯单元30的通信接口；串口通信模块21包括通用串口转换插头、串口通讯芯片、各种晶振、各种电子元件以及无线接收模块，这些模块通过外围电路连接至单片机。 

中心控制模块23通过串口通信模块21接收用户远程通讯单元30的信息，并对电机和电磁铁进行控制；中心控制模块23包括外围电路和单片机主芯片，配有扩展插槽，如果需要控制更多的按钮或旋钮可以在扩展插槽中插入扩展芯片即可。 

第一信号隔离模块22将中心控制模块23与外界隔离起来，防止外界对中心控制模块23的干扰；第二信号隔离模块22A由各种光耦和电源隔离元件同外围电路连接在中心控制模块23和电机驱动模块24以及电磁铁驱动模块25之间，使数据传输更加准确有效率。 

电源转换模块26用于将220V电源转换成电路需要的电源。 

电机驱动模块24用于驱动电机，采用PWM控制方式，将中心控制模块23的控制信号转换成电机的驱动信号；电机驱动模块24由H桥芯片和电机控制器芯片经由外围电路连接而成，具有细分等作用。 

电磁铁驱动模块25用于将中心控制模块23的控制信号转换成电磁铁的驱动信号。电磁铁驱动电路由各种三级管和外围电路连接而成。两部分的驱动电路模块分别连接固定于机械调节模块上的电机和电磁铁。

其中，我们选用了可串口烧录程序的单片机和大制动转矩电机以及低电压推拉电磁铁来实现此功能。选用了多款隔离芯片、三极管以及电源转换隔离芯片用以提高电路的可靠性和稳定性。同时，电源转换芯片提高了单片机控制的电机和电磁铁的数量。通过电路设计，使该电路控制单元能同时控制多个旋钮和按钮。 

其中嵌入式程序设计采用串口通讯技术，使本发明能够完成控制面板旋钮以及复位按钮的各个动作。能有效的记录操作者调节的每一个数据，并且通过历史数据的计算，较好的完成了过拧防护、自动复位、手工复位等功能。 

程序流程图如图3所示，程序从主程序开始，经过步骤101中断初始化，步骤102当主程序空闲时调用中断子程序。如图4所示，在中断子程序中执行步骤120进行变量初始化，步骤121从串口接收数据、步骤122并判断数据是否有效，如果无效执行步骤124直接返回主程序继续等待，如果有效执行步骤123则将数据传回主程序。步骤102在主程序中当中断子程序传回有效数据的时候，执行步骤103判断串口标志位是否为1。如果不为1则继续等待中断子程序空闲执行步骤102，如果为1则执行步骤104判断旋钮是否复位，如果旋钮复位则执行步骤111将扭动变量置为保护变量值，如果不为复位则执行步骤105继续判断旋转方向为顺或逆。若为逆则执行步骤110将此次传送的数据从保护变量中减掉，若为顺则执行步骤106将此次传送的数据累加至保护变量中。步骤107最后根据保护变量的值判断是否过拧，如果过拧则执行步骤109此次数据为无效全部此次扭动变量值设为零，如果无过拧则执行步骤108将数据传送到动作执行模块。经过测试本装置在软件仿真及样机仿真中运行正常。 

如图5所示，所述的机械调节单元10包括基座和调节连接件两大部分。其中基座的作用是对调节连接件作位置的调节和紧固，调节连接件的作用是对被控仪器和设备面板上的旋钮或按钮进行安全的紧固。调节连接件包括通过电机驱动的机械爪5和通过电磁铁驱动的螺纹套筒2，机械爪5用于调节旋钮，螺纹套筒2用于调节按钮，最终达到模仿人工对仪器面板的拧动及按动等功能。本发明所述机械调节单元10设有基座、用于调节旋钮的机械爪5及用于调节按钮的螺纹套筒2，解决了现有技术中远程调节装置的调节对象单一化的问题，通用性好，达到了能够对各种位置的各种旋钮、按钮或调档钮的精确调节，并解决了现有技术中每需调节一台装置时都需要单独设计一台电源，解决了装置多电源供电的问题。 

如图6所示，所述机械调节单元10中的基座包括基座箱体1，设于基座箱体1的一侧的U型的滑轨8，设于滑轨8内的滑块9。所述电机及电磁铁外部分别设有电机箱体6及 电磁铁箱体7；连接所述机械爪5的电机箱体6及连接所述螺纹套筒2的电磁铁箱体7分别通过穿越滑块9的支撑螺纹杆3连接支撑，并通过支撑螺纹杆3及锁紧螺母4调整位置及定位。支撑螺纹杆3为半空心螺纹杆。当需要微调纵向位置是，可将螺纹杆旋上或旋下。当需要调节的纵向位置较大时，可将两段螺纹杆连接在一起。当不用时，可将滑块9松开，滑动到调节基座箱体1的侧面备用。 

如图7所示，所述机械爪5为回转体，包括机械爪主体及分别与其连接的螺纹柱5.1、螺纹套5.4和铁丝5.3。机械爪主体5.2为一端有底的桶体，其周壁上设有三个缺口形成三个爪，机械爪主体5.2的外壁设有外螺纹，机械爪主体5.2的底上设有螺孔。螺孔内设有与其螺纹连接的螺纹柱5.1。机械爪主体5.2的外壁上套接有与其螺纹连接的螺纹套5.4。铁丝5.3为三条，三条铁丝5.3的一端集中焊接在螺纹柱5.1的下端中心、另一端呈均分布并分别牢固焊接在机械爪的内壁上。当螺纹柱5.1逆时针拧出时，三根铁丝5.3拧在一起并拉动三个爪向中心靠拢，使机械爪抓住旋钮。当螺纹柱5.1顺时针拧进时，三根铁丝5.3放松，使三个爪向外扩散，使可调机械爪放开旋钮。螺纹套5.4，可对三个爪起到进一步固定的作用。 

本发明解决了现有技术存在的调节模式单一、调节对象单一、通用性差以及安全性和可靠性不高的问题，在不伤害被控仪器和设备的前提下，能够适用于旋钮及按钮调节，具有多种调节方式通用性好，调节精度高，并可同时调整多个数据，具有过拧保护措施及数据反馈程序，避免了调节过程中过转以及定位不准确等问题，安全可靠性高，可有效防止过拧或对仪器造成各种损毁。 

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种便携式中远程调节装置，其特征在于：包括机械调节单元、电路控制单元及载有程序的用户远程通讯单元，用户远程通讯单元控制电路控制单元动作、并由电路控制单元驱动机械调节单元完成调节工作；

机械调节单元包括基座及设置在其上并相对它移动的调节连接件，调节连接件包括通过电机驱动的机械爪和通过电磁铁驱动的螺纹套筒，机械爪用于调节旋钮，螺纹套筒用于调节按钮；

电路控制单元包括顺次连接的串口通信模块、第一信号隔离模块、中心控制模块、第二信号隔离模块，分别与第二信号隔离模块相连的电机驱动模块及电磁铁驱动模块，分别与串口通信模块、中心控制模块、电机驱动模块及电磁铁驱动模块相连的电源转换模块；串口通信模块是电路控制单元与用户远程通讯单元的通信接口；中心控制模块通过串口通信模块接收用户远程通讯单元的信息，并对电机和电磁铁进行控制；第一信号隔离模块将中心控制模块与外界隔离起来，防止外界对中心控制模块的干扰；电源转换模块用于将220V电源转换成电路需要的电源；电机驱动模块用于驱动电机，采用PWM控制方式，将中心控制模块的控制信号转换成电机的驱动信号；电磁铁驱动模块用于将中心控制模块的控制信号转换成电磁铁的驱动信号。

2.根据权利要求1所述的便携式中远程调节装置，其特征在于：所述用户远程通讯单元包括通过TCP/IP协议对电路控制单元传送数据的网络遥操作控制方式，或通过无线发送模块和无线接收模块对电路控制单元传送数据的遥控器信号操作控制方式。

3.根据权利要求1或2所述的便携式中远程调节装置，其特征在于：所述机械调节单元中的基座包括基座箱体、设于基座箱体的一侧的滑轨及设于滑轨内的滑块；所述电机及电磁铁外部分别设有电机箱体及电磁铁箱体；连接所述机械爪的电机箱体及连接所述螺纹套筒的电磁铁箱体分别与穿过滑块的支撑螺纹杆的螺纹连接、并通过支撑螺纹杆及锁紧螺母定位。

4.根据权利要求3所述的便携式中远程调节装置，其特征在于：所述机械爪为回转体，包括机械爪主体及分别与其连接的螺纹柱、螺纹套和铁丝；机械爪主体为一端有底的桶体，其周壁上设有三个缺口形成三个爪，机械爪主体的外壁设有外螺纹，机械爪主体的底上设有螺孔；螺孔内设有与其螺纹连接的螺纹柱；机械爪主体的外壁上套接有与其螺纹连接的螺纹套；铁丝为三条，三条铁丝的一端集中焊接在螺纹柱的下端中心、另一端呈均分布并分别牢固焊接在机械爪的内壁上。

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