CN101916088A - 潜器全方位推进器主轴转速监控器 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种潜器全方位推进器主轴转速监控器。通过上位机输入的预期的电机转速，通过串口传输至主控单元的单片机；单片机将输入的电机转速转换成调速单元的变频器所能识别的基于Modbus协议的控制指令后再加入相应的CRC校验码，通过MAX485芯片传输至变频器；同时，单片机的PTD7管脚控制MAX485芯片，使其工作在半双工模式，读取电机的转速并实时地显示在液晶显示单元的液晶屏上。本发明具有控制精度高、工作电压及功耗低、可靠性好、结构简单、寿命长等特点。可以随潜器配备，无须专业人员即可随时进行对全方位推进器主轴转速的监控。

Description

潜器全方位推进器主轴转速监控器

技术领域

本发明涉及的是一种电机控制装置。特别是一种潜器全方位推进器主轴电机的监控装置。

背景技术

以往的潜器推进控制装置的推进器是由多个构成，产生前后、左右和上下方向的推力，而且通过组合使用完成操纵运动。全方位推进器与常规螺旋桨的本质区别是：常规螺旋桨所产生的轴向力只能使潜器沿其轴线方向运动，即纵向运动；而全方向推进器不仅能使潜器产生纵向运动，而且能产生横向运动和垂向运动。产生这种区别的原因是叶片的螺距角是否周期性变化。由于全方位推进器的推力主要靠主轴转动产生，因此实现对其主轴转速的精确监控就显得尤为的重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以准确监控主轴的转速，使推进器产生期望的推力的潜器全方位推进器主轴转速监控器。

本发明的目的是这样实现的：包括作为主控单元、液晶显示单元、调速单元；通过上位机输入的预期的电机转速，通过串口传输至主控单元的单片机；单片机将输入的电机转速转换成调速单元的变频器所能识别的基于Modbus协议的控制指令后再加入相应的CRC校验码，通过MAX485芯片传输至变频器；同时，单片机的PTD7管脚控制MAX485芯片，使其工作在半双工模式，读取电机的转速并实时地显示在液晶显示单元的液晶屏上。

本发明还可以包括这样一些特征：

1、上位机与单片机外设之间采用串行总线标准RS-232进行数据通讯。

2、变频器与单片机之间采用串行总线标准RS-485进行数据通信。

3、所述单片机采用MC9S08DZ60作为主控制芯片。

本发明的特点主要体现在：

1、可通过上位机直接控制电机的转速，并且通过在程序中加入CRC校验子程序和数据转换子程序解决了在上位机端需要输入复杂Modbus协议的问题，这使得控制电机的操作变得简单、快速。

2、液晶显示单元可以实时地显示电机的转速以及电机的机械转角等数据，这使得操作人员可以实时地监控电机的运行情况。

3、采用串行总线标准RS-232实现计算机与单片机外设之间的数据通讯。主轴转速控制器与上位机传输速率可达9600bps，并可承受电缆中任何导线短路。

4、采用串行总线标准RS-485实现单片机与变频器之间的数据通信。由于RS-485采用差分方式传输信号，故此抗干扰能力强且传输距离远。

5、采用飞思卡尔公司的MC9S08DZ60单片机作为主控制芯片，其具有噪声低，抗干扰能力强，适合工控领域及恶劣的环境等特点。并且无需外部EEPROM、晶体、低压中断(LVI)电路、稳压器、输入/输出(I/O)复用器、看门狗电路与模数转换器(ADC)。

本发明中的潜器全方位推进器主轴转速监控器具有控制精度高、工作电压及功耗低、可靠性好、结构简单、寿命长等特点。可以随潜器配备，无须专业人员即可随时进行对全方位推进器主轴转速的监控。潜器全方位推进器主轴转速监控器的使用可以为水下装置提供一种新的有力支持，并可以解决潜器全方位推进器主轴转速精度方面和远距离监控方面存在的问题，对提高全方位推进器对潜器的监控性能具有一定的意义。

附图说明

图1潜器全方位推进器主轴转速监控器的组成图。

图2a-图2b液晶显示器并行模式时序图，其中图2a是液晶显示器8位并行模式的时序图；图2b是液晶显示器4位并行模式的时序图。

图3主控制单元电源电路原理图。

图4主控制单元时钟电路原理图。

图5主控制单元复位电路原理图。

图6RS-485通讯电路原理图。

图7RS-232通讯电路原理图。

图8液晶显示单元电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1，本发明包括：主控制单元部分，是整个系统的核心部分，控制着整个全方位推进器主轴转速控制系统、液晶显示系统和数据的运算处理；变频器部分，控制电机的运行；通信部分，负责单片机与上位机和变频器之间的数据通信；液晶显示部分，负责实时地显示电机的转速。

结合图2，当ST7920的PSB引脚接高电平时，ST7920则进入并行数据模式。在并行数据模式下，可由功能指令中的DL标志位来选择8位并行模式或4位并行模式，主控制系统将配合(RS，RW，E，DB0～DB7)来完成数据传送。在4位并行模式中，每一个8位的指令或数据都被分成两个4位组来操作：高4个字节(DB7～DB0)的数据将会放在第一组的(DB7～DB4)部分，而低4个字节(DB3～DB0)的数据将会被放到第二组的(DB7～DB4)部分。在4位并行模式中，DB3～DB0不使用。

结合图3，VDD和VSS是MCU基本的电源管脚。该电源为所有I/O缓冲器电路和一个内部稳压器供电。内部稳压器为CPU及MCU的其他内部电路提供经过稳压的低电压电源。VDDA和VSSA是MCU的模拟电源管脚。该管脚引入的电源为ADC模块供电。应在离MCU电源管脚尽可能近的地方安装若干个陶瓷旁路电容器来抑制高频噪音。

结合图4，时钟电路是整个系统的关键部分，在单片机内部，时钟发生器主要用来产生时钟信号，以控制单片机的工作节奏。产生时钟信号的方法一般可分为内部时钟和外部时钟两种。由于外部时钟产生的振荡频率更精准，故此采用的是外部时钟方式。图中C3和C4为晶振电路的负载匹配电容，必须使用专为高频应用设计的高质量陶瓷电容器。R2用来提供偏置路径用于在晶体启动过程中将EXTAL输入保持在线性范围内，必须采用低电感电阻。

结合图5，单片机在工作运行之前，都必须使单片机恢复到初始状态，所以必须进行复位操作。当单片机运行出错使系统出现死机时，也必须按复位建以重新启动单片机。MC9S08DZ60单片机通常采用按键手动复位和上电自动复位两种方式。其芯片引脚RESET是复位信号的输入端，只要当复位信号是高电平时，且有效时间持续两个机器周期以上，单片机就能完成复位操作。本设计选用按键手动复位，RESET是一个专用管脚，带有内置的上拉器件。手动外部复位的是通过增加一个到地线的简单开关(拉低复位管脚以强制进行复位)来实现。

结合图6，MAX485的8号管脚接高电平；5号管脚接低电平；1号、4号管脚与单片机的RXD2、TXD2管脚相连以接收单片机发送的控制指令；6号、7号管脚为RS-485信号输出管脚，与变频器的A、B端子相连；2号、3号管脚与单片机的PTD7管脚相连，通过编程控制此管脚的高低电平产生，以使MAX485工作在半双工的模式，这样既可以发送控制指令，又可以接收变频器传回的电机转速值。

结合图7，MAX232芯片的16号管脚接高电平；6号、15号管脚接低电平；1号、3号管脚之间接电容；4号、5号管脚之间接电容；16号、6号管脚之间接两个电容(这些电容起到电荷泵的作用以保证芯片可以正常工作)；13号、14号管脚与电脑串口的2号、3号管脚相连以接收上位机发送的指令；11号、12号管脚与单片机的TXD1、RXD1管脚相连将转换好的高低电平信号发送给单片机。

结合图8，MS25664A液晶显示模块与单片机之间的连接可以有两种方式，一种是直接访问的方式，一种是间接访问的方式。直接访问方式就是把液晶显示模块的接口作为存储器或I/O设备直接挂在单片机总线上，单片机以访问存储器或I/O设备的方式来控制液晶显示模块的工作。而间接访问方式就是单片机通过自身的或系统中的并行接口与液晶显示模块连接。由于本发明涉及到的芯片数量不是很多，单片机的引脚不算紧张，因此采用直接访问方式，将数据线接到PTB0-PTB7口，控制信号接到PTD1-PTD5口，因为这样在编程时就可以将液晶作为I/O设备统一编址，编写程序也相对简单一些。而间接访问比较适合引脚紧张时使用，由于单片机速度比较快，在采用间接访问时需要调用很多延时程序，才能保证正常工作，而对于本发明来说，在电路连接上也并不比直接访问有明显的优势。

Claims (5)

1.一种潜器全方位推进器主轴转速监控器，包括作为主控单元、液晶显示单元、调速单元；其特征是：通过上位机输入的预期的电机转速，通过串口传输至主控单元的单片机；单片机将输入的电机转速转换成调速单元的变频器所能识别的基于Modbus协议的控制指令后再加入相应的CRC校验码，通过MAX485芯片传输至变频器；同时，单片机的PTD7管脚控制MAX485芯片，使其工作在半双工模式，读取电机的转速并实时地显示在液晶显示单元的液晶屏上。

2.根据权利要求1所述的潜器全方位推进器主轴转速监控器，其特征是：上位机与单片机外设之间采用串行总线标准RS-232进行数据通讯。

3.根据权利要求1或2所述的潜器全方位推进器主轴转速监控器，其特征是：变频器与单片机之间采用串行总线标准RS-485进行数据通信。

4.根据权利要求1或2所述的潜器全方位推进器主轴转速监控器，其特征是：所述单片机采用MC9S08DZ60作为主控制芯片。

5.根据权利要求3所述的潜器全方位推进器主轴转速监控器，其特征是：所述单片机采用MC9S08DZ60作为主控制芯片。

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