CN104079221A - 用于互动展品的无限制操作与线性伺服方法 - Google Patents

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王群
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Abstract

用于互动展品的无限制操作与线性伺服方法。本方法提供一种用于科技馆、博物馆等互动展品上的无限制操纵与线性伺服装置，该装置由操纵单元、控制电路、伺服单元和电源单元组成。操纵单元由旋钮和增量型旋转编码器(简称编码器)构成；伺服单元由步进电机及其控制器组成；控制电路将编码器A、B两相输出的脉冲信号，转化为一路脉冲信号和一路TTL信号，分别作为步进电机控制器的转速与方向控制信号；采用低压直流电源为编码器、控制电路和步进电机控制器供电。编码器的特性保证了旋钮的旋转角度不受限制(范围从0度到大于360度的任意值)，保证了互动展品的可靠性；步进电机转速和转角与旋钮的转速和转角成线性关系，提高了互动展品的操控感；低压直流电源保证了互动展品的操作安全性。

Description

用于互动展品的无限制操作与线性伺服方法
技术领域
本发明涉及一种用于科技馆、博物馆等互动展品上的无限制操作与线性伺服方法。 
背景技术
目前，科技馆、博物馆等场所的互动展品上广泛使用旋钮、开关和操纵杆作为展品的互动输入操纵装置，控制电机带动某个机构移动或旋转。 
旋钮的旋转范围一般都受到输入传感器的限制，存在极限位置，无法做任意角度的旋转，因而极易受到损坏。 
增量型旋转编码器的特性保证了操纵旋钮的旋转角度不受限制(范围从0度到大于360度的任意值)，提高了互动展品的可靠性。 
使用开关和操纵杆做动输入操纵装置时，由于伺服电机的速度及位移与观众的操作动作无关，观众靠视觉反馈决定停止点，操控感差。 
本方法中步进电机的转速与转角与操纵旋钮的转速、转角成线性关系，观众旋转旋钮的速度及转角，都能得到伺服单元的线性响应，极大地提高了互动展品的操控感。 
低压直流电源的使用保证了互动展品的操作安全性。 
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于博物馆、科技馆或科学中心的互动展品的无限制操作与线性伺服方法。 
本发明采用的技术方案如下： 
一种用于互动展品上的无限制操作与线性伺服方法，该装置由操纵 单元(1)、控制电路(2)、伺服单元(3)和电源(4)组成。操纵单元由旋钮(11)和增量型旋转编码器(12)(简称编码器)构成；伺服单元由步进电机控制器(31)及步进电机(32)组成；控制电路(2)将增量型旋转编码器(12)的A、B两相输出脉冲信号，转化为一路脉冲信号和一路TTL信号，分别作为步进电机控制器(31)的转速与方向控制信号；电源(4)为编码器(12)、控制电路(2)和步进电机控制器(31)供电。 
操纵单元由旋钮(11)和增量型旋转编码器(12)(简称编码器)构成；增量型旋转编码器(12)的特性保证了旋钮(11)的旋转角度不受限制(范围从0度到大于360度的任意值)。 
控制电路(2)将增量型旋转编码器(12)A、B两相输出的脉冲信号，转化为一路脉冲信号和一路TTL信号，分别作为步进电机控制器(31)的转速与方向控制信号；使步进电机(32)的转速与转角与操纵旋钮(11)的转速与转角成线性关系。 
为编码器(12)、控制电路(2)和步进电机控制器(31)供电的电源(4)采用低压直流电源。 
本方法具有以下有益效果： 
1、增量型旋转编码器(12)的特性保证了旋钮(11)的旋转角度不受限制(范围从0度到大于360度的任意值)。由于不存在极限转角位置，因而不易受到损坏，大大提高了互动展品的可靠性和稳定性。 
2、步进电机(32)的转速与转角与操纵旋钮(11)的转速与转角成线性关系。观众旋转旋钮的速度及转角，都能得到伺服单元的线性响应，观众可以凭借手感操控展品，极大地提高了互动展品的互动体验。 
3、低压直流电源的使用保证了互动展品的操作安全性。 
附图说明
图1是本方法的组成与工作原理图； 
图2是本方法的信号流程图； 
图3是本方法的控制电路、步进电机控制器的输入与输出信号框图； 
图4是本方法的控制电路元件布局图； 
图5A是旋钮正转时的各信号时序；其中A、B为编码器(12)A、B相信号，脉冲为步进电机控制器脉冲输入信号，此信号与编码器A相信号同步，方向为步进电机控制器方向输入信号(TTL电平)，A’、A”、B’、B”为步进电机控制器输出给步进电机的驱动信号。 
图5B是旋钮反转时的各信号时序。 
具体实施方式
本装置由旋钮、增量型旋转编码器(欧姆龙E6A2-CW5C)、控制电路(MC1-EN01P-C)、直流电源(衡孚HF20W-S-12，AC220输入，DC12V输出，功率20W)、电机驱动器(128高细分驱动)、步进电机组成(28BYG)。 
作为调焦操纵机构，将该装置用于本公司生产的展示专用数字光学显微镜上，经过实际测试，响应速度快(小于0.1秒)，位置控制准确，手感清晰，已在科技馆稳定运行半年以上。 

Claims (4)

1.一种用于科技馆、博物馆等互动展品上的无限制操纵与线性伺服方法，该装置由操纵单元(1)、控制电路(2)、伺服单元(3)和电源(4)组成。操纵单元由旋钮(11)和增量型旋转编码器(12)(简称编码器)构成；伺服单元由步进电机控制器(31)及步进电机(32)组成；控制电路(2)将增量型旋转编码器(12)的A、B两相输出脉冲信号，转化为一路脉冲信号和一路TTL信号，分别作为步进电机控制器(31)的转速与方向控制信号；电源(4)为编码器(12)、控制电路(2)和步进电机控制器(31)供电。
2.如权利要求1所述的用于互动展品的无限制操纵与线性伺服方法，其特征在于，
操纵单元由旋钮(11)和增量型旋转编码器(12)(简称编码器)构成；增量型旋转编码器(12)的特性保证了旋钮(11)的旋转角度不受限制(范围从0度到大于360度的任意值)。
3.如权利要求1所述的用于互动展品的无限制操纵与线性伺服方法，其特征在于，
控制电路(2)将增量型旋转编码器(12)A、B两相输出的脉冲信号，转化为一路脉冲信号和一路TTL信号，分别作为步进电机控制器(31)的转速与方向控制信号；使步进电机(32)的转速与转角与操纵旋钮(11)的转速与转角成线性关系。
4.如权利要求2、3所述的互动展品的无限制操纵与线性伺服方法，其特征在于，
为编码器(12)、控制电路(2)和步进电机控制器(31)供电的电源(4)采用低压直流电源。
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陈祥林 等: "利用码盘控制步进电机工作的研究", 《苏州市职业大学学报》 *

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