CN101776880B - 手摇轮控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种手摇轮控制系统，包括触摸式面板、模数转换器、控制单元、坐标计算单元、计数器及波形产生单元，控制单元存储预设的速度倍率，触摸式面板输入一矢量线段并产生模拟信号，计数器记录输入矢量线段所耗费的时间，模数转换器将模拟信号转换为数字信号，坐标计算单元根据数字信号确定矢量线段的长度及方向，并根据矢量线段的长度及输入矢量线段所耗费的时间确定矢量线段的输入速度，波形产生单元根据矢量线段的方向、输入速度及预设的速度倍率产生第一及第二控制信号以控制马达的转向及转速，矢量线段的方向决定第一及第二控制信号的相位关系及马达的转向，矢量线段的输入速度与预设的速度倍率的乘积决定第一及第二控制信号的频率及马达的转速。

Description

手摇轮控制系统及方法
技术领域
本发明涉及一种控制系统及方法，特别涉及一种手摇轮控制系统及方法。
背景技术
手摇轮（Manual Pulse Generator，手摇脉冲发生器）是数控加工过程中必要的生产工具。传统的手摇轮主要通过操作者不断改变旋转开关所指的档值及切换对应各种加工参数的按键来控制马达转子的转速及转向。当加工过程比较冗长及复杂时，操作传统手摇轮容易造成使用者因疲劳而产生误操作。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种手摇轮控制系统及方法，其便于使用者操作。
一种手摇轮控制系统，用于控制一马达的转向及转速，其包括一触摸式面板、一模数转换器、一控制单元、一坐标计算单元、一计数器及一波形产生单元，所述控制单元用于存储一预设的速度倍率，所述触摸式面板用于输入一矢量线段并根据所述矢量线段产生对应的模拟信号，所述计数器用于记录输入所述矢量线段所耗费的时间，所述模数转换器用于将所述模拟信号转换为数字信号，所述坐标计算单元根据所述数字信号确定所述矢量线段的长度及方向，并根据所述矢量线段的长度及输入所述矢量线段所耗费的时间确定所述矢量线段的输入速度，所述波形产生单元根据所述矢量线段的方向、输入速度及预设的速度倍率产生第一及第二控制信号以控制所述马达的转向及转速，其中所述矢量线段的方向决定所述第一及第二控制信号的相位关系及所述马达的转向，所述矢量线段的输入速度与所述预设的速度倍率的乘积决定所述第一及第二控制信号的频率及所述马达的转速。
一种手摇轮控制方法，用于控制一马达的转向及转速，其包括以下步骤：计数器在触摸式面板感测到一矢量线段的起始时刻开始计数；所述触摸式面板产生所述矢量线段输入点的模拟信号；模数转换器根据其预设的模拟信号与编码值的对应关系将所述矢量线段输入点的模拟信号转换为数字信号；所述模数转换器将所述数字信号传送给坐标计算单元；所述坐标计算单元根据所述数字信号确定所述矢量线段输入点在所述触摸式面板上的横坐标及纵坐标；控制单元判断所述矢量线段是否已经输入完毕，若所述矢量线段已经输入完毕，则所述计数器停止计数；所述坐标计算单元根据所述矢量线段的起点及终点的数字信号判断所述矢量线段的方向，并计算所述矢量线段的长度；所述坐标计算单元根据所述矢量线段的长度及所述计数器记录的时间，计算所述矢量线段的输入速度；以及波形产生单元根据所述矢量线段的方向、输入速度及在所述控制单元中预设的速度倍率产生第一及第二控制信号以控制所述马达的转向及转速，其中所述矢量线段的方向决定所述第一及第二控制信号的相位关系及所述马达的转向，所述矢量线段的输入速度与所述预设的速度倍率的乘积决定所述第一及第二控制信号的频率及所述马达的转速。
通过所述手摇轮控制系统及方法，使用者仅需要通过所述触摸式面板输入所述矢量线段及预先设定所述速度倍率，所述坐标计算单元则可根据所述矢量线段的起点及终点的坐标值及所述计数器所记录的时间确定所述矢量线段的输入速度及在所述触摸式面板上的方向，进而由所述脉冲产生单元根据所述矢量线段的输入速度及方向产生所述控制信号以控制所述马达的转向及转速，操作简便。
附图说明
图1是本发明手摇轮控制系统的较佳实施方式的示意图。
图2是本发明手摇轮控制系统的较佳实施方式中的手摇轮的操作界面示意图。
图3是本发明手摇轮控制方法的较佳实施方式的流程图。
具体实施方式
下面结合附图及较佳实施方式对本发明作进一步详细描述：
请参考图1，本发明手摇轮控制系统的较佳实施方式用于控制一马达（图未示）的转向及转速，其包括一触摸式面板10、一电源11、一可编程逻辑器件（Programmable Logical Device,PLD）12、一蜂鸣器13及一传送单元14。所述触摸式面板10包括一模数转换器（ADC）101。所述PLD 12包括一控制单元121、一接口单元122、一坐标计算单元123及一波形产生单元124。所述坐标计算单元123包括一计数器123a。所述计数器123a还可独立于所述坐标计算单元123设置。所述传送单元14可为多种串行通信接口，如RS-232、RS-422或RS-485等。
所述触摸式面板10用于输入一矢量线段并根据所述矢量线段上每点产生对应的模拟信号。所述ADC 101用于将所述模拟信号转换为数字信号。所述接口单元122用于将所述数字信号传输给所述坐标计算单元123。所述计数器123a用于记录操作者输入所述矢量线段所耗费的时间。所述坐标计算单元123用于根据所述数字信号确定所述矢量线段上每点在所述触摸式面板10上的坐标位置，根据所述矢量线段起点与终点的坐标位置确定所述矢量线段的方向与长度，以及根据输入所述矢量线段所耗费的时间与所述矢量线段的长度确定所述矢量线段的输入速度。所述控制单元121用于存储预设的速度倍率及判断所述矢量线段是否输入完毕。所述波形产生单元124在所述控制单元121判定所述矢量线段输入完毕后产生两个脉冲波A（第一控制信号）及B（第二控制信号）。所述矢量线段的方向决定所述脉冲波A与B的相位关系及所述马达的转向。所述矢量线段的输入速度与所述预设的速度倍率的乘积决定所述脉冲波A与B的频率及所述马达的转速。所述传送单元14将所述脉冲波A与B传输给一驱动器（图未示）以控制所述马达的转向及转速。所述电源11用于为所述触摸式面板10、PLD 12、蜂鸣器13及传送单元14提供工作电压。
请参考图2，本发明手摇轮控制系统的较佳实施方式的操作界面上设置有一电源开关键POWER ON/OFF、六个方向键X、Y、Z、4、APP及CUT、五个速度倍率键x1、x10、x20、x50及x100、一锁定键Locked及一位于所述触摸式面板10上的操作区域1。
当所述电源开关键POWER ON/OFF处于POWER ON状态（开启状态）时，所述电源11为所述触摸式面板10、PLD 12、蜂鸣器13及传送单元14供电以使得所述手摇轮控制系统正常工作；当所述电源开关键POWERON/OFF处于POWER OFF状态（关闭状态）时，所述手摇轮控制系统不工作。当所述锁定键Locked处于开锁状态（开启状态）时，所述操作区域1感应输入信号；当所述锁定键Locked处于闭锁状态（闭合状态）时，所述操作区域1不感应输入信号。所述方向键X、Y及Z分别表示所述马达在三维空间中的x轴向、y轴向及z轴向上的运动。所述方向键4、APP及CUT均用于根据实际操作需要设置所述马达的其他工作方向。所述控制单元121中存储控制程序，所述控制程序预设每一方向键与所述传送单元14的传输通道的对应关系。如，若所述马达位于x轴向，则需选定方向键X，此时，所述控制单元121根据所述控制程序控制所述传送单元14将所述两个脉冲波A及B由对应于所述方向键X的传输通道传送至所述驱动器以控制所述马达在x轴向上的运动。若所述马达与其他两个马达同时位于y轴向，且所述控制程序定义所述方向键Y及APP分别控制其他两个马达在y轴向上的运动、所述方向键4控制所述马达在y轴向上的运动，则当操作者选定所述方向键4时，所述控制单元121根据所述控制程序控制所述传送单元14将所述两个脉冲波A及B由对应于所述方向键4的传输通道传送至所述驱动器以控制所述马达在y轴向上的运动；若需要控制其它两个马达在y轴向上的运动，则需要选定所述方向键Y或APP。根据设计需要，所述方向键4、APP及CUT对应控制的马达可在所述控制程序中更改，所述方向键的数目也可更改。所述速度倍率键x1、x10、x20、x50及x100决定所述控制单元121中预设的速度倍率。如，操作者选定所述速度倍率键x20，则所述控制单元121中预设的速度倍率为20。
所述触摸式面板10可以为多种触摸式面板，如电阻触摸式面板、电容触摸式面板、红外触摸式面板及声波触摸式面板等。现以所述触摸式面板10为电阻触摸式面板为例进行说明。所述触摸式面板10在横向上及纵向上分别分布有若干阻值相同的横向电阻及若干阻值相同的纵向电阻。每一横向电阻两端均设置有一第一参考电压，如4V，以使得所述触摸区域1内同一横向位置上的所有点均具有相同的电压值。同样，每一纵向电阻两端均设置有一第二参考电压，如8V，以使得所述触摸区域1内同一纵向位置上的所有点均具有相同的电压值。如此，当操作者在所述触摸式面板10的操作区域1内输入一矢量线段，如矢量线段ab（如图2所示）后，根据所述第一及第二参考电压在每一横向及纵向电阻上的电压分布，可得知所述矢量线段ab上各点的横向及纵向电压模拟值。
所述模数转换器101根据其预设的各种横向及纵向电压模拟值与各种编码值的对应关系将所述矢量线段ab上每点的横向及纵向电压模拟值对应转换为第一及第二数字信号。如，若所述模数转换器101为一个三位（bit）的模数转换器，则所述模数转换器101转换得到的数字信号可有八种编码值，即：000、001、010、011、100、101、110及111。若所述矢量线段ab的起点a的横向及纵向电压模拟值分别为3.3V及2.2V，且横向电压模拟值3V-3.5V与编码值101对应，纵向电压模拟值2V-2.5V与编码值011对应，则所述模数转换器101将所述矢量线段ab的起点a的横向及纵向电压模拟值分别转换为第一数字信号（编码值）101及第二数字信号011。所述模数转换器101还用于通过所述接口单元122将所述数字信号传送给所述坐标计算单元123。
所述坐标计算单元123中存储有每种编码值与所述操作区域1上各横及纵坐标的对应关系。这样，所述坐标计算单元123可以根据所述矢量线段ab上各点的第一及第二数字信号找到各点在所述操作区域1上的横及纵坐标。如，若所述坐标计算单元123中第一数字信号101及第二数字信号011分别对应于横坐标（3）及纵坐标（4），则所述矢量线段ab的起点a在所述操作区域1上的坐标为（3，4）。所述坐标计算单元123还用于计算所述矢量线段ab的长度及确定所述矢量线段ab的方向。如，若所述矢量线段ab的起点a与终点b的坐标分别为（3，4）及（6，8），且所述操作区域1上的横纵坐标的单位长度均为1cm，则所述矢量线段ab的长度为((6-3)2+(8-4)2)1/2，即5cm，所述矢量线段ab为斜向上方向。所述计数器123a在输入所述矢量线段ab时开始计时并在所述矢量线段ab输入完毕时停止计时，以记录输入所述矢量线段ab所耗费的时间（以下称为输入时间）。所述坐标计算单元123根据所述矢量线段ab的长度及输入时间即可得到所述矢量线段ab的输入速度。如，若所述矢量线段ab的输入时间及长度分别为0.5s及5cm，则所述矢量线段ab的输入速度为5cm/0.5s，即0.1m/s。
所述波形产生单元124在所述矢量线段ab输入完毕后产生两个脉冲波A及B。所述波形产生单元124可为多种方波产生器，如脉冲波形产生器等。所述矢量线段ab的方向决定所述脉冲波A与B的相位关系及所述马达的转向。如，当所述坐标计算单元123判定所述矢量线段ab的方向向上时，则所述脉冲波A的相位超前于所述脉冲波B，此时，所述波形产生单元124控制所述马达正转；当所述坐标计算单元123判定所述矢量线段ab的方向向下时，则所述脉冲波B的相位超前于所述脉冲波A，此时，所述波形产生单元124控制所述马达反转。所述脉冲波A及B间相位关系与所述马达转向间的对应关系可以通过所述控制程序自由设定，所述矢量线段ab的方向与所述脉冲波A及B间相位关系的对应关系也可自由设定。所述脉冲波A及B的频率均与所述矢量线段ab的输入速度及所述预设速度倍率的乘积成正比。如，若所述矢量线段ab的输入速度及所述预设速度倍率分别为0.1m/s及100，且所述脉冲波A及B的频率均以单位速率1m/s为基准，则所述脉冲波A及B的频率均为0.1*100/1，即10HZ，以控制所述马达转子的转速为10圈/s；若所述脉冲波A及B的频率均以单位速率0.5m/s为基准，则所述脉冲波A及B的频率均为0.1*100/0.5，即20HZ，以控制所述马达转子的转速为20圈/s。
在所述手摇轮控制系统的操作界面上操作时，所述蜂鸣器13均会发出声音以提示操作有效。所述控制程序控制所述蜂鸣器13的声音频率为所述脉冲波A及B的频率。
请参考图3，本发明手摇轮控制方法的较佳实施方式用于控制所述马达的转向及转速，其包括以下步骤：
步骤S31，所述计数器123a在输入所述矢量线段ab的起始时刻点开始计数。
步骤S32，所述触摸式面板10产生所述矢量线段ab上每一输入点的横向及纵向电压模拟值。
步骤S33，所述模数转换器101根据其预设的模拟值与编码值的对应关系将所述矢量线段ab上每点的横向及纵向电压模拟值分别对应转换为第一及第二数字信号。
步骤S34，所述模数转换器101将所述矢量线段ab上每点的第一及第二数字信号通过所述接口单元122传送给所述坐标计算单元123。
步骤S35，所述坐标计算单元123根据所述矢量线段ab上每点的第一及第二数字信号确定所述矢量线段ab上每点在所述触摸式面板10上的横坐标及纵坐标。所述坐标计算单元123中存有的各种编码值与所述触摸式面板10上各横坐标及纵坐标的对应关系。
步骤S36，所述控制程序判断所述矢量线段ab是否输入完毕，若所述矢量线段ab输入完毕，则执行步骤S37，反之，返回至步骤S32。
步骤S37，所述计数器123a停止计数。
步骤S38，所述坐标计算单元123根据所述矢量线段ab的起点及终点在所述触摸式面板10上的横坐标及纵坐标，判断所述矢量线段ab的方向，并计算所述矢量线段ab的长度。
步骤S39，所述坐标计算单元123根据所述矢量线段ab的长度及所述计数器123a记录的时间，计算所述矢量线段ab的输入速度。
步骤S310，所述波形产生单元124产生两脉冲波A（第一控制信号）及B（第二控制信号），所述矢量线段的方向决定所述脉冲波A与B的相位关系及所述马达的转向。所述矢量线段的输入速度与所述预设的速度倍率的乘积决定所述脉冲波A与B的频率及所述马达的转速。
通过所述手摇轮控制系统及方法，使用者仅需要通过所述触摸式面板10输入所述矢量线段ab及预先设定所述速度倍率，所述坐标计算单元123则可根据所述矢量线段ab的起点及终点的坐标值及所述计数器123a记录的时间确定所述矢量线段ab的输入速度及在所述触摸式面板10上的方向，进而由所述脉冲产生单元124根据所述矢量线段ab的输入速度及方向产生所述脉冲波A及B以控制所述马达的转向及转速，操作简便。
需说明的是，以上实施方式仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种手摇轮控制系统，用于控制一马达的转向及转速，其包括一触摸式面板、一模数转换器、一控制单元、一坐标计算单元、一计数器及一波形产生单元，所述控制单元用于存储一预设的速度倍率，所述触摸式面板用于输入一矢量线段并根据所述矢量线段产生对应的模拟信号，所述计数器用于记录输入所述矢量线段所耗费的时间，所述模数转换器用于将所述模拟信号转换为数字信号，所述坐标计算单元根据所述数字信号确定所述矢量线段的长度及方向，并根据所述矢量线段的长度及输入所述矢量线段所耗费的时间确定所述矢量线段的输入速度，所述波形产生单元根据所述矢量线段的方向、输入速度及预设的速度倍率产生第一及第二控制信号以控制所述马达的转向及转速，其中所述矢量线段的方向决定所述第一及第二控制信号的相位关系及所述马达的转向，所述矢量线段的输入速度与所述预设的速度倍率的乘积决定所述第一及第二控制信号的频率及所述马达的转速。
2.如权利要求1所述的手摇轮控制系统，其特征在于：所述模数转换器、控制单元、计数器、坐标计算单元及波形产生单元均设置于一可编程逻辑器件中。
3.如权利要求2所述的手摇轮控制系统，其特征在于：所述可编程逻辑器件还包括一接口单元，所述模数转换器通过所述接口单元将所述数字信号传送至所述坐标计算单元。
4.如权利要求1所述的手摇轮控制系统，特征在于：所述控制信号是通过一传送单元传送至一驱动器以控制所述马达。
5.如权利要求1所述的手摇轮控制系统，特征在于：所述手摇轮控制系统还包括一蜂鸣器，所述蜂鸣器的声音频率为所述控制信号的频率。
6.如权利要求1所述的手摇轮控制系统，特征在于：当所述矢量线段的方向向上时，所述第一控制信号的相位超前于所述第二控制信号以控制所述马达正向旋转；当所述矢量线段方向向下时，所述第二控制信号的相位超前于所述第一控制信号以控制所述马达反向旋转；所述第一及第二控制信号的频率与所述矢量线段的输入速度及所述预设的速度倍率的乘积成正比；所述马达的转速与所述第一及第二控制信号的频率成正比。
7.一种手摇轮控制方法，用于控制一马达的转向及转速，其包括以下步骤：
计数器在触摸式面板感测到一矢量线段的起始时刻开始计数；
所述触摸式面板产生所述矢量线段输入点的模拟信号；
模数转换器根据其预设的模拟信号与编码值的对应关系将所述矢量线段输入点的模拟信号转换为数字信号；
所述模数转换器将所述数字信号传送给坐标计算单元；
所述坐标计算单元根据所述数字信号确定所述矢量线段输入点在所述触摸式面板上的横坐标及纵坐标；
控制单元判断所述矢量线段是否已经输入完毕，若所述矢量线段已经输入完毕，则所述计数器停止计数；
所述坐标计算单元根据所述矢量线段的起点及终点的数字信号判断所述矢量线段的方向，并计算所述矢量线段的长度；
所述坐标计算单元根据所述矢量线段的长度及所述计数器记录的时间，计算所述矢量线段的输入速度；以及
波形产生单元根据所述矢量线段的方向、输入速度及在所述控制单元中预设的速度倍率产生第一及第二控制信号以控制所述马达的转向及转速，其中所述矢量线段的方向决定所述第一及第二控制信号的相位关系及所述马达的转向，所述矢量线段的输入速度与所述预设的速度倍率的乘积决定所述第一及第二控制信号的频率及所述马达的转速。
8.如权利要求7所述的手摇轮控制方法，其特征在于：所述模数转换器、控制单元、计数器、坐标计算单元及波形产生单元均设置于一可编程逻辑器件中。
9.如权利要求7所述的手摇轮控制方法，特征在于：所述控制信号是经一传送单元传送至一驱动器以控制所述马达。
10.如权利要求7所述的手摇轮控制方法，特征在于：当所述矢量线段的方向向上时，所述第一控制信号的相位超前于所述第二控制信号以控制所述马达正向旋转；当所述矢量线段方向向下时，所述第二控制信号的相位超前于所述第一控制信号以控制所述马达反向旋转；所述第一及第二控制信号的频率与所述矢量线段的输入速度及所述预设的速度倍率的乘积成正比；所述马达的转速与所述第一及第二控制信号的频率成正比。
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