CN103592221B - 一种自动振动激励装置 - Google Patents

Abstract

本发明专利为一种用于敲击活立木的自动振动激励装置，能够自动产生振动激励。该装置由机械结构和控制器件两部分组成；机械结构包括步进电机，机械臂，锤头和底座，步进电机安装在底座上面，机械臂与步进电机的转轴相连接，锤头安装在机械臂的前端；控制器件以单片机为核心控制器，包括按钮，LCD显示单元，短距离无线遥控接收装置，短距离无线遥控发送装置和步进电机的驱动器；该装置的功能是通过单片机或遥控器上面的按键设置机械臂摆动的模式并通过LCD液晶屏显示，然后单片机通过步进电机驱动器驱动机械臂在设定的工作模式下工作，敲击到活立木侧面引起活立木的受迫振动。

Description

一种自动振动激励装置

技术领域

本发明涉及一种自动振动激励装置，属于电控装置技术领域。

背景技术

本发明专利为一种用于敲击活立木的自动振动激励装置，能够自动产生振动激励。敲击活立木的目的是研究活立木的含水率和其共振频率之间的关系，最终建立活立木含水率和共振频率之间的关系模型。敲击活立木的传统方法主要是利用锤子进行人力敲击，这种方法费时费力，还有可能对树木表皮造成损害，针对上述不足，我们开发了这种自动振动激励装置，一方面可以使敲击频率保持稳定，敲击力度保持均衡，另一方面可以解放人力，方便将来在野外树林中的自动测量。

发明内容

本发明由单片机，LCD液晶屏，短距离无线遥控接收装置，短距离无线遥控发送装置，步进电机驱动器，步进电机，机械臂，锤头和底座构成，实验人员只需通过单片机或遥控上面的按键控制装置以某一频率进行敲击，引起活立木样本的受迫振动，然后读取振动测量仪器显示的振动频率，还可以通过LCD液晶屏得知装置的工作状态，操作十分简单，大大减轻了人力。

本发明实例采用的技术方案：

采用AT89S52单片机为主控芯片实现对自动振动激励敲击装置进行控制。

采用短距离无线遥控接收装置和短距离无线遥控发送装置实现远距离的控制。

采用可充电锂电池及稳压芯片对各个部件进行供电。

采用按键设置装置摆动角度，速度和频率。

采用1602LCD液晶屏显示设定的摆动角度，速度和频率。

采用步进电机带动机械臂完成敲击动作。

本发明实例的工作原理是：

1)主控系统：采用AT89S52单片机微控制器作为控制核心，通过I/O口对步进电机驱动器和1602LCD显示屏进行控制。

2)电源模块：采用额定电压为12V的充电锂电池供电，12v电源用来为步进电机驱动器供电；采用了LM2575芯片将12V稳压至5V，用来给单片机进行供电。

3)按键：总共使用四个按键，一个按键用来设置装置摆动的角度，一个用来设置装置摆动的速度，一个用来设置装置的敲击模式，另一个用来控制装置的运行和停止。

4)1602LCD液晶屏：与按键一起实现人机交互功能，液晶屏用来显示装置的工作状态，即装置摆动的角度，速度和频率。用单片机I/O口并行传输数据给液晶屏以实现液晶屏的显示。

5)短距离无线遥控接收装置：用来接收短距离无线遥控发送装置发来的信号，然后由单片机读取接收到的信号。

6)短距离无线遥控发送装置：设置有四个按键，角度设置键，速度设置键，敲击模式选择键，启动/停止键，功能与单片机上的四个按键相同，并把信号发送给无线遥控接收装置。

7)步进电机驱动器：采用TB6560AHQ芯片，能驱动二相和四相步进电机，细分有整步、二细分、八细分、十六细分可调，输出电流共有7个档，0.5-3.0A可调，具有过热自动保护功能，还可调整其衰减模式来调节消除步进电机锁定时的噪音和提高运动平稳性。

8)步进电机：四线二相步进电机，型号为42BYG-250C，相电流2.4A，外形尺寸42*42*48mm。

9)机械臂：使用钢材料，靠近电机转轴部位直径为10mm，远离转轴部位直径为5mm，目的是减轻电机的负载，机械臂前端安装了可以更换的锤头，锤头按直径分为6mm，12mm和18mm三种规格，分别适用于敲击不同材质的活立木。

10)底座：使用钢材料，外形尺寸60*60*10mm，上面有8个螺孔，四个用于固定电机于底座上，另外四个用于固定底座于桌子上。

附图说明

附图1为自动振动激励装置的主视图；

附图2为自动振动激励装置的俯视图；

附图3为自动振动激励装置控制系统的示意图；

附图4为自动振动激励装置结构示意图；

附图5为自动振动激励装置程序控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图以具体实例对本发明作进一步说明。

1)参照附图1、附图2，附图3，自动振动激励装置包括：1、步进电机2、机械臂3、锤头4、底座5、LCD液晶屏6、短距离无线遥控接收装置7、启动/停止键8、速度设置键9、角度设置键10、电源模块11、步进电机驱动器12、短距离无线遥控发送装置。

2)机械装置连接方式：底座上共有8个直径三毫米的螺孔，其中四个用来将电机固定在底座上，螺丝从底座下表面贯穿上表面，另外四个用来将底座固定在桌子上，螺丝从上表面贯穿下表面；步进电机与机械臂之间用螺丝连接，螺丝通过机械臂边侧的孔旋入电机转轴的螺孔中；锤头和机械臂的连接同样使用螺丝，以实现不同直径锤头的更换。

3)装置的控制方式：分为两种控制方式，一种是利用单片机上的按键进行控制，另一种是通过遥控进行控制。无论是单片机还是遥控器都设置了四个按键，分别是角度设置键，速度设置键，单次敲击/连续敲击模式选择键和启动/停止键。在装置停止时，可以通过角度设置键和速度设置键对装置的摆动角度和速度进行设定。角度设置有三个档，分别是60度，120度和180度，默认角度为60度，角度设置键用来更换角度的档位。速度设置有四个档位，分别是30r/min，60r/min，90r/min，120r/min，装置默认速度为30r/min，速度设置键用来更换速度档位。设置完摆动速度和角度之后通过敲击模式选择键可以设置单次敲击模式或者连续敲击模式，以配合测振仪器的两种测振模式。在单次敲击模式下，启动/停止键只具有启动功能，每按下一次，装置按照设定的角度和速度敲击一次；在连续敲击模式下，启动/停止键具有启动和停止功能，在装置停止运行时，按下启动/停止键，装置按照设定的角度进行连续敲击，再按下启动/停止键时，装置停止运行。

4)LCD显示：在单次敲击模式下，1602LCD液晶屏显示两个量，分别为摆动角度和摆动速度，显示字样分别为“angle”和“speed”；在连续敲击模式下，1602LCD液晶屏显示三个量，分别为摆动角度，摆动速度和摆动频率，显示字样分别为“angle”、“speed”和“frequency”。角度的单位为“°”，速度的单位为“r/min”，频率是由摆动角度和摆动速度算出，frequency=3*speed/angle。

5)步进电机驱动器控制：步进电机驱动器有三个输入口，分别为DIR(正反转控制接口)，CLK(脉冲输入端口)和EN(使能端口)，有四个输出端口，分别为A+，B+，A-，B-，用连接步进电机的四根线，利用单片机P0^2，P0^3和P0^4三个I/O口分别对驱动器的输入端口进行控制，P0^2用来控制步进电机正反转，P0^3用来为步进电机发出脉冲，P0^4用来使能驱动器。驱动器输出电流分为0-3.0A七个档位，可通过拨码开关调节输出电流的大小，从而调整步进电机输出转矩。

6)短距离无线遥控收发装置的编码和解码：当我们按下遥控器的按键时，遥控器将发出一串二进制代码，即一帧数据，分别为引导码、地址码、数据码、数据反码，所按的键不同遥控编码也不同。遥控器无键按下时，红外发射二极管不发出信号，遥控接收头输出信号1。有键按下时，0和1编码的高电平经遥控头反相输出变为低电平，遥控接收头与单片机外部中断引脚相连，使单片机产生外部中断，在确认是不是干扰后完成解码。

7)实验中装置工作流程：测量活立木共振频率时需要沿径向敲击活立木样本的三个不同部位，然后求得三次共振频率的平均值。首先设定测振仪器的测振模式，即选择单次敲击测量还是连续敲击测量，之后把装置摆放在活立木样本的一侧，启动装置并选择相对应的敲击模式，装置敲击活立木样本，在读取共振频率之后停止装置，然后把活立木样本旋转90度，180度分别再测量共振频率，取三次测量的平均值作为最终结果。当某种测振模式测得的数据不理想时，更换测量模式和装置敲击模式。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种用于敲击活立木的自动振动激励装置，该装置由机械结构和控制器件两部分组成；机械结构包括步进电机，机械臂，锤头和底座；控制器件的核心为单片机，所述单片机包括按钮，LCD显示单元，短距离无线遥控接收装置，短距离无线遥控发送装置和步进电机的驱动器；其中控制器件组成部分中，所述单片机采用AT89S52单片机为主控芯片，采用可充电锂电池及稳压芯片对各个部件进行供电，所述LCD显示单元采用1602LCD液晶屏，所述1602LCD液晶屏用于显示设定的摆动角度，速度和频率，采用步进电机带动机械臂完成敲击动作；该自动振动激励装置用于沿径向敲击活立木样本的三个不同部位，引起活立木样本的受迫振动。

2.根据权利要求1所述的一种用于敲击活立木的自动振动激励装置，其中的机械结构中的步进电机安装在底座上面，机械臂与步进电机的转轴相连接，锤头安装在机械臂的前端。