CN102590545A - 一种气缸测速系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种气缸测速系统，它利用经过调制的红外线检测气缸气杆的运动，检测信号使用Zigbee无线传感网络发送给主控模块，主控模块也可以给气缸控制模块发送控制指令，人机交互界面由带触摸屏的串口屏负责显示和反馈。本发明具有成本低廉、使用灵活方便的优点，可以广泛应用于气缸制造及调试场合。

Description

一种气缸测速系统

技术领域

本发明涉及红外线技术、Zigbee无线传感网技术，具体是将红外线避障原理、Zigbee无线传感网相结合，构成一种气缸测速系统。

背景技术

红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种，由英国科学家霍胥尔于1800年发现，又称为红外热辐射。红外线照射到黑色物体表面，绝大多数的红外线会被反射，红外线照射到其它颜色的物体，会被不同程度的吸收，特别是白色，会吸收绝大多数的红外线，利用这个原理可以探测距离。

ZigBee无线传感网技术是一种近距离、低功耗、低数据传输速率、低成本的双向无线通信技术。它可以建立一种脱离固定网络基础设施而在连接设备上形成小型、专用的特殊网络机制，适合于数据吞吐量小、网络建设投资少，网络安全要求高的场合。

气缸在制造过程中或安装调试过程中需要对气缸气杆的运行速度进行测定和调试，因而需要测速设备对气缸的气杆进行测速。目前常用的气缸气杆测速设备一般是采用PLC作为控制器、人机界面作为显示器、霍尔接近传感器作为传感器。这种组合虽然可以测定气缸气杆的运行速度，但也有一些无法回避的缺点。首先，成本太高，PLC、人机界面的成本相对太高；再次，传感器的使用场合受限，霍尔传感器虽然可以感应到气缸金属气杆，但因为气缸的使用环境因素。它也会受到其他金属器件的干扰，而且霍尔传感器对被测物体的距离有要求，会限制其使用场合；还有，PLC控制器与传感器之间及其它器件之间采用有线的连接方式，使用距离和场合会受到限制，影响使用的灵活性。

为了解决上述问题，本发明提出了一种气缸测速系统，它采用红外反射避障技术及Zigbee无线传感网技术，使用灵活方便，成本低，可以广泛应用于气缸制造及调试场合。

发明内容

本发明的目的在于提出一种气缸测速系统，它成本低廉，结构简单，使用灵活方便。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

(1)系统组成部分：整个系统由红外检测模块、检测信号发射模块、主控模块、气缸控制模块、显示模块等五个功能部分组成。

(2)系统工作原理：整个系统的工作原理为首先测量气缸气杆的行程长度，使用两个红外检测模块分别安装于气缸气杆行程的起点和终点，当气缸气杆运动时会在行程的起点和终点分别触发红外检测模块分别产生检测信号。当红外检测模块发出检测信号时，检测信号发射模块会发送信号给主控模块。位于气缸气杆行程起点的检测信号发射模块发送的信号会触发主控模块的定时器开始计时，位于气缸气杆行程终点的检测信号发射模块发送的信号会触发主控模块的定时器终止计时，据此可以计算出气缸气杆运行的时间。根据气缸气杆的行程长度与行程的时间即可计算出气缸气杆的运行速度。

具体每个模块的工作原理如下：

红外检测模块，红外检测模块通过自身的电路产生38KHz的信号，并将信号通过红外发射头发射出去，38KHz的红外线在传播过程中遇到障碍物会反射回来，被模块上的连续型一体化红外接收头接收，会产生有效的检测信号。

检测信号发射模块，检测信号发射模块与红外检测模块连在一起，当检测信号发射模块接收到红外检测模块有效的检测信号之后，会通过Zigbee无线传感网络将检测信号发送出去。

主控模块，主控模块带有Zigbee接收装置，当接收到位于气缸气杆行程起点的检测信号发射模块发射的检测信号之后，其控制器的定时器被触发开始计时；当接收到位于气缸气杆行程终点的检测信号发射模块发射的检测信号之后，其被触发的定时器被终止计时，据此可获得气缸气杆的运行时间。此模块还可以根据用户的选择给气缸控制模块发送控制信号。

气缸控制模块，气缸控制模块主要由Zigbee接收装置与电磁阀构成，Zigbee装置接收到主控模块发送的控制信号之后可以控制电磁阀的开闭，从而控制气缸气杆的运动。

显示模块，显示模块为带触摸屏的串口屏，受主控模块驱动，显示人机交互界面，还将用户操作反馈给主控模块进行处理。

该系统的有益效果在于：(1)成本低、使用方便、受距离和空间影响较小；(2)传感器采用调制过的红外线，感应距离可调，不受金属器件影响，不易被使用环境所干扰；(3)采用无线方式控制气缸气杆的运动，使用灵活方便。

附图说明

图1为气缸测速系统示意图。

图2为气缸测速系统界面示意图。

图3为气缸测速系统主程序流程图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步说明：

本发明开发一种气缸测速系统，它原理简单、成本低、使用灵活方便。图1为气缸测速系统示意图。

L为气缸气杆运动行程的长度，T为气缸气杆运动的时间；

1为安装于气缸气杆行程起点的红外检测模块和检测信号发送模块，两者连为一体。它负责检测气缸运行的起始信号，并将其发送出去；

2安装于气缸气杆行程终点的红外检测模块和检测信号发送模块，两者连为一体。它负责检测气缸运行的结束信号，并将其发送出去；

3为主控模块，主芯片为CC2530，它既负责接收检测信号，又负责整个系统的逻辑运算，并且还发送气缸的控制信号和驱动串口液晶屏幕；

4为气缸控制模块，负责接收主控模块发送的气缸控制信号并执行控制动作，可以控制气缸气杆的伸缩；

5为气缸的缸体；

6为带触摸屏的液晶屏幕，尺寸为4.3寸宽屏，长宽比为16∶9，它负责显示人机交互界面，并给主控模块反馈用户的操作；

图2所示为本发明的气缸测速系统操作界面示意图。操作界面主要分为两部分：状态显示区、操作区。

状态显示区：位于程序操作界面的上部，用于显示气缸气杆行程的长度、气杆运行的时间、气杆的运行速度。

操作区：操作区主要包括四个按键：行程距离设定、复位、打开电磁阀、关闭电磁阀。行程距离设定按钮被按压后会弹出行程距离设定对话框，要求设置气缸气杆的行程，单位为毫米；复位按键用于清除上次的显示，并将系统复位到初始状态；打开电池阀和关闭电磁阀用于使用电磁阀来控制气缸气杆的运动。

图3为主程序的流程图。首先需要根据实际情况设定气缸气缸运动行程的长度；然后打开电磁阀，使气缸气缸向外运动；气缸运动到位于行程起点的红外检测模块时会产生有效的检测信号，检测信号被检测信号发射模块发送给主控模块，触发定时器计时；气缸运动到位于行程终点的红外检测模块时也会产生有效的检测信号，检测信号被检测信号发射模块发送给主控模块，结束定时器计时。根据行程距离及行程时间即可计算出气缸气缸运动的速度。此时关闭电磁阀，气缸气缸会反向运动。

Claims (8)

1.一种气缸测速系统，其特征在于：

包括2个红外检测模块，分别负责在气缸气杆行程的起点和终点检测气缸气杆位置；

2个检测信号发射模块，负责传输有效的检测信号给主控模块；

一个主控模块，负责接收检测信号发射模块传过来的检测信号，并根据检测信号触发定时器计时或停止计时，并驱动串口液晶屏幕、发送气缸控制信号、负责整个系统的逻辑运算；

一个气缸控制模块，负责接收主控模块通过无线发送过来的气缸控制信号，并根据控制信号控制电磁阀的开关，从而控制气缸气杆的运动；

一个带触摸屏的串口彩屏，通过串口指令进行控制，负责显示操作界面并将用户的操作反馈给报警接收模块进行处理。

2.根据权利要求1所述的气缸测速系统，其特征在于红外检测模块发射的红外线为经过74HC00调制之后的红外线，抗干扰强、感应距离可调。

3.根据权利要求1所述的气缸测速系统，其特征在于检测信号发射模块的主芯片是CC2530，信号发射通过Zigbee无线传感网络，避免了使用有线带来的不便。

4.根据权利要求1所述的气缸测速系统，其特征在于主控模块采用CC2530作为主控器件，负责处理整个系统的逻辑运算、驱动液晶屏幕、发送控制信号。

5.根据权利要求1所述的气缸测速系统，其特征在于气缸控制模块主芯片为CC2530，负责接收控制信号并根据控制信号控制电磁阀的开闭。

6.根据权利要求1所述的气缸测速系统，其特征在于存储并运行于CC2530中的软件部分，包括：

作为软件核心的报警信号读取、数据处理、无线数据传输的应用程序及串口屏幕、报警装置的驱动程序；

用于CC2530与各个芯片进行通信与控制的应用程序。

7.根据权利要求1所述的气缸测速系统，其特征在于存储并运行于串口屏幕模块中的界面显示和处理程序。

8.根据权利要求1所述的气缸测速系统，其特征在于各种应用程序经过编译器级、C程序代码级、汇编级三级优化所产生的固件代码。 

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