CN102880100A - 秋千式电控摆 - Google Patents
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Abstract
秋千式电控摆，它涉及一种教学实验设备。本发明解决了电子技术的实验课中摆杆类的实验装置应用的电子技术不全面，摆杆不能持续摆动的问题。秋千式电控摆包括电子控制器、固定基座、固定吊环、主摆杆、步进电机、角度传感器、可控摆杆和停止按钮；固定吊环固定在固定基座上，主摆杆的一端与固定吊环转动连接，步进电机固定在主摆杆的另一端，该步进电机的输出轴与可控摆杆的一端固定连接；角度传感器单元用于测量主摆杆的转动角度；角度传感器的角度信号输出端与电子控制器的角度信号输入端相连，电子控制器的控制信号输出端与步进电机的控制信号输入端相连。本发明适用于电子技术的集成训练。
Description
技术领域
本发明属于一种电子自动化系统，具体涉及一种教学实验设备。
背景技术
在电子自动化课程和技术学习中，如何将书本上学到的理论知识应用到实际是人们越来越关心的问题，因此实训变得越来越重要，实验课的比例越来越大。现有实验课中的摆杆类的实验装置用到的技术比较单一，应用单一的电子技术摆杆无法达到持续摆动的效果。
发明内容
本发明为了解决现有电子技术的实验课中摆杆类的实验装置中摆杆不能连续摆动的问题，提出了秋千式电控摆。
秋千式电控摆包括电子控制器、固定基座、固定吊环、主摆杆、步进电机、角度传感器、可控摆杆和停止按钮；
固定吊环固定在固定基座上，主摆杆的一端与固定吊环转动连接，步进电机固定在主摆杆的另一端，该步进电机的输出轴与可控摆杆的一端固定连接；角度传感器单元用于测量主摆杆的转动角度，停止按钮的停止信号输出端与电子控制器的停止信号输入端连接；
角度传感器的角度信号输出端与电子控制器的角度信号输入端相连，电子控制器的控制信号输出端与步进电机的控制信号输入端相连；
所述主摆杆的摆动平面与可控摆杆的摆动平面相互平行；
所述角度传感器测量主摆杆的转动角度是指主摆杆与竖直方向的夹角；
所述的电子控制器采用微处理器实现，所述微处理器内部带有A/D转换器，角度传感器的角度信号输出端与所述A/D转换器模拟信号输入端相连；
所述的电子控制器内部嵌入有控制软件，该控制软件的流程为：
步骤A1、读取A/D转换器输出的数据作为当前角度数据，执行步骤A2；
步骤A2、将最新的N组角度数据存入电子控制器的预设数组，其中N为3到10之间的自然数，执行步骤A3；
步骤A3、根据当前角度数据判断可控摆杆是否向左摆动，如果判断结果为是，则执行步骤A4，否则执行步骤A10；
步骤A4、将最新的N组角度数据互相比较，确定主摆杆向左摆动的最大摆角，执行步骤A5；
步骤A5、判断主摆杆向左摆动的最大摆角是否小于设定值，如果判断结果为是，则执行步骤A6，否则执行步骤A9；
步骤A6、输出控制信号给步进电机，使步进电动机左转，执行步骤A7；
步骤A7、根据当前角度数据判断步进电机左转是否到位，如果判断结果为是，则执行步骤A8，否则返回执行步骤A6；
步骤A8、输出控制信号给步进电机使其步进电机停止转动，执行步骤A9；
步骤A9、判断是否接收到停止信号，如果判断结果为是，则执行步骤A14，否则返回执行步骤A2；
步骤A10、将最新的N组角度数据互相比较，确定主摆杆向右摆动的最大摆角，执行步骤A11；
步骤A11、判断主摆杆向右摆动的最大摆角是否小于设定值，如果判断结果为是，则执行步骤A12，否则返回执行步骤A9；
步骤A12、输出控制信号给步进电机，使步进电动机右转，执行步骤A13；
步骤A13、根据当前角度数据判断步进电动机右转是否到位，如果判断结果为是，则返回执行步骤A8，否则执行步骤A12；
步骤A14、输出控制信号给步进电机使步进电机停止工作。
本发明的工作过程：
角度传感器用来感应主摆杆的摆动方向与角度，角度信号传输给电子控制器，电子控制器发出控制信号来控制步进电机，步进电机驱动可控摆杆。
首先使电子秋千处于初始静止状态，然后用手搬动摆偏离原来的静止状态一定的角度，使摆处于直杆摆动状态，同时使角度传感单元在电子控制器的控制下对摆动的角度加以检测。当检测摆动的角度很小，小于设定值时，电子控制器控制步进电机转动，主摆杆往哪个方向摆动，就使可控摆杆向哪个方向转动，驱动摆变为打秋千状态，参见图3。当摆动角度超过一定值时，就停止打秋千状态回到直杆摆动状态，参见图2，而小于一定角度，就会使摆进入打秋千状态。这样，可以使摆杆连续摆动。
秋千式电控摆应用微处理器控制、角度传感器控制和步进电动机驱动技术等比较全面的电子技术，可以控制摆杆连续摆动，本发明便于电子技术的集成训练。
附图说明
图1电子秋千系统结构示意图；
图2电子秋千系统在直杆摆动状态时，向左摆动的状态示意图；
图3电子秋千系统在驱动摆变为打秋千状态时，向左摆动的状态示意图；
图4电子秋千系统中电子控制器与步进电机和角度传感器的电气连接示意图；
图5电子秋千系统的系统控制流程图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合说明书附图1、图4和图5说明本实施方式，本实施方式所述秋千式电控摆，它包括电子控制器1、固定基座2、固定吊环3、主摆杆4、步进电机5、角度传感器6、可控摆杆7和停止按钮8；
固定吊环3固定在固定基座2上，主摆杆4的一端与固定吊环3转动连接，步进电机5固定在主摆杆4的另一端，该步进电机5的输出轴与可控摆杆7的一端固定连接；角度传感器单元6用于测量主摆杆4的转动角度，停止按钮8的停止信号输出端与电子控制器1的停止信号输入端连接；
角度传感器的角度信号输出端与电子控制器1的角度信号输入端相连，电子控制器1的控制信号输出端与步进电机的控制信号输入端相连；
所述主摆杆4的摆动平面与可控摆杆7的摆动平面相互平行；
所述角度传感器6测量主摆杆4的转动角度是指主摆杆4与竖直方向的夹角；
所述的电子控制器1采用微处理器实现，所述微处理器内部带有A/D转换器，角度传感器的角度信号输出端与所述A/D转换器模拟信号输入端相连；
所述的电子控制器1内部嵌入有控制软件，该控制软件的流程为：
步骤A1、读取A/D转换器输出的数据作为当前角度数据，执行步骤A2；
步骤A2、将最新的N组角度数据存入电子控制器的预设数组，其中N为3到10之间的自然数，执行步骤A3；
步骤A3、根据当前角度数据判断可控摆杆是否向左摆动，如果判断结果为是，则执行步骤A4，否则执行步骤A10；
步骤A4、将最新的N组角度数据互相比较，确定主摆杆向左摆动的最大摆角，执行步骤A5；
步骤A5、判断主摆杆向左摆动的最大摆角是否小于设定值，如果判断结果为是，则执行步骤A6，否则执行步骤A9；
步骤A6、输出控制信号给步进电机，使步进电动机左转，执行步骤A7；
步骤A7、根据当前角度数据判断步进电机左转是否到位，如果判断结果为是，则执行步骤A8，否则返回执行步骤A6；
步骤A8、输出控制信号给步进电机使其步进电机停止转动，执行步骤A9；
步骤A9、判断是否接收到停止信号，如果判断结果为是，则执行步骤A14，否则返回执行步骤A2；
步骤A10、将最新的N组角度数据互相比较，确定主摆杆向右摆动的最大摆角，执行步骤A11；
步骤A11、判断主摆杆向右摆动的最大摆角是否小于设定值，如果判断结果为是，则执行步骤A12，否则执行步骤A9；
步骤A12、输出控制信号给步进电机，使步进电动机右转，执行步骤A13；
步骤A13、根据当前角度数据判断步进电动机右转是否到位，判断结果为是返回步骤A8，判断结果为否，则执行步骤A12；
步骤A14、输出控制信号给步进电机使步进电机停止工作。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一所述的秋千式电控摆，不同点在于：所述的电子控制器1采用的微处理器选用芯片型号为C8051F020的单片机实现。
微处理器C8051F020的一个A/D转换器的一个端子AIN0用来接收角度传感器6的传感输出，微处理器C8051F020的两个数字I/O端子P0.0和P0.1用来输出两路PWM，以控制步进电机5，电子控制器1与步进电机5和角度传感器6的电气连接示意图参见图4。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一所述的秋千式电控摆，不同点在于：所述角度传感器6采用型号为MMA7361QR 3轴小量程加速传感器实现。
MMA7361QR 3轴小量程加速传感器是检测物件运动和方向的传感器，它根据物件运动和方向改变输出信号的电压值。各轴的信号在不运动或不被重力作用的状态下0g，其输出为1.65V。如果沿着某一个方向活动，或者受到重力作用，输出电压就会根据其运动方向以及设定的传感器灵敏度而改变其输出电压。用单片机的A/D转换器读取此输出信号，就可以检测其运动和方向。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一所述的秋千式电控摆，不同点在于：所述控制软件的流程中，所述角度传感器发送来的角度数据为：
当主摆杆的末端在竖直方向的左侧时，角度传感器测量获得的角度数据为正值，即主摆杆与竖直方向的夹角为正；
当主摆杆的末端在竖直方向的右侧时，角度传感器测量获得的角度数据为负值，即主摆杆与竖直方向的夹角为负。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一所述的秋千式电控摆，不同点在于：所述控制软件的流程中，所述步骤A4中将最新的N组角度传感数据互相比较，确定主摆杆向左摆动的最大摆角的方法为：将电子控制器中预设数组中的正值相互比较，其中最大值为主摆杆向左摆动的最大摆角。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一所述的秋千式电控摆，不同点在于：所述控制软件的流程中，所述步骤A7中通过角度传感器传来的角度信号判断步进电机左转是否到位的方法为：将步进电机左转过程中角度传感器传来的主摆杆的转动角度与预先设定到电子控制器中的设定值相比较，当大于该设定值时，则步进电机左转到位。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一所述的秋千式电控摆，不同点在于：所述控制软件的流程中，所述步骤A13中通过角度传感器传来的角度数据判断步进电动机右转是否到位的方法为：将步进电机右转过程中角度传感器传来的主摆杆的转动角度取绝对值，然后与预先设定到电子控制器中的设定值相比较，当大于该设定值时，步进电机右转到位。
Claims (7)
1.秋千式电控摆，其特征在于：它包括电子控制器(1)、固定基座(2)、固定吊环(3)、主摆杆(4)、步进电机(5)、角度传感器(6)、可控摆杆(7)和停止按钮(8)；
固定吊环(3)固定在固定基座(2)上，主摆杆(4)的一端与固定吊环(3)转动连接，步进电机(5)固定在主摆杆(4)的另一端，该步进电机(5)的输出轴与可控摆杆(7)的一端固定连接；角度传感器单元(6)用于测量主摆杆(4)的转动角度，停止按钮(8)的停止信号输出端与电子控制器(1)的停止信号输入端连接；
角度传感器的角度信号输出端与电子控制器(1)的角度信号输入端相连，电子控制器(1)的控制信号输出端与步进电机的控制信号输入端相连；
所述主摆杆(4)的摆动平面与可控摆杆(7)的摆动平面相互平行；
所述角度传感器(6)测量主摆杆(4)的转动角度是指主摆杆(4)与竖直方向的夹角；
所述的电子控制器(1)采用微处理器实现，所述微处理器内部带有A/D转换器，角度传感器的角度信号输出端与所述A/D转换器模拟信号输入端相连；
所述的电子控制器(1)内部嵌入有控制软件，该控制软件的流程为：
步骤A1、读取A/D转换器输出的数据作为当前角度数据，执行步骤A2；
步骤A2、将最新的N组角度数据存入电子控制器的预设数组，其中N为3到10之间的自然数，执行步骤A3；
步骤A3、根据当前角度数据判断可控摆杆是否向左摆动，如果判断结果为是，则执行步骤A4，否则执行步骤A10；
步骤A4、将最新的N组角度数据互相比较，确定主摆杆向左摆动的最大摆角，执行步骤A5；
步骤A5、判断主摆杆向左摆动的最大摆角是否小于设定值，如果判断结果为是，则执行步骤A6，否则执行步骤A9；
步骤A6、输出控制信号给步进电机，使步进电动机左转，执行步骤A7；
步骤A7、根据当前角度数据判断步进电机左转是否到位，如果判断结果为是，则执行步骤A8，否则返回执行步骤A6；
步骤A8、输出控制信号给步进电机使其步进电机停止转动，执行步骤A9；
步骤A9、判断是否接收到停止信号，如果判断结果为是，则执行步骤A14，否则返回执行步骤A2；
步骤A10、将最新的N组角度数据互相比较，确定主摆杆向右摆动的最大摆角，执行步骤A11；
步骤A11、判断主摆杆向右摆动的最大摆角是否小于设定值，如果判断结果为是，则执行步骤A12，否则执行步骤A9；
步骤A12、输出控制信号给步进电机，使步进电动机右转，执行步骤A13；
步骤A13、根据当前角度数据判断步进电动机右转是否到位，判断结果为是返回步骤A8，判断结果为否，则执行步骤A12；
步骤A14、输出控制信号给步进电机使步进电机停止工作。
2.根据权利要求1所述的秋千式电控摆，其特征在于：所述的电子控制器(1)采用的微处理器选用芯片型号为C8051F020的单片机实现。
3.根据权利要求1所述的秋千式电控摆，其特征在于：所述角度传感器(6)采用型号为MMA7361QR 3轴小量程加速传感器实现。
4.根据权利要求1所述的秋千式电控摆，其特征在于：所述控制软件的流程中，所述角度传感器发送来的角度数据为：
当主摆杆的末端在竖直方向的左侧时，角度传感器测量获得的角度数据为正值，即主摆杆与竖直方向的夹角为正；
当主摆杆的末端在竖直方向的右侧时，角度传感器测量获得的角度数据为负值，即主摆杆与竖直方向的夹角为负。
5.根据权利要求1所述的秋千式电控摆，其特征在于：所述控制软件的流程中，所述步骤A4中将最新的N组角度传感数据互相比较，确定主摆杆向左摆动的最大摆角的方法为：将电子控制器中预设数组中的正值相互比较，其中最大值为主摆杆向左摆动的最大摆角。
6.根据权利要求1所述的秋千式电控摆，其特征在于：所述控制软件的流程中，所述步骤A7中通过角度传感器传来的角度信号判断步进电机左转是否到位的方法为：将步进电机左转过程中角度传感器传来的主摆杆的转动角度与预先设定到电子控制器中的设定值相比较，当大于该设定值时，则步进电机左转到位。
7.根据权利要求1所述的秋千式电控摆，其特征在于：所述控制软件的流程中，所述步骤A13中通过角度传感器传来的角度数据判断步进电动机右转是否到位的方法为：将步进电机右转过程中角度传感器传来的主摆杆的转动角度取绝对值，然后与预先设定到电子控制器中的设定值相比较，当大于该设定值时，步进电机右转到位。
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| EP1334947A2 (en) * | 2001-11-02 | 2003-08-13 | Roberto Maggiori | Self leveling integrated lifting device |
| CN101850548A (zh) * | 2010-04-16 | 2010-10-06 | 北京工业大学 | 一种基于飞轮的倒立摆平衡控制系统 |
| CN102339541A (zh) * | 2011-09-23 | 2012-02-01 | 无锡艾德里安科技有限公司 | 一种电子单摆演示装置 |
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