CN108037726B - 一种方舱自动升降系统和控制方法 - Google Patents

一种方舱自动升降系统和控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种方舱自动升降系统和控制方法，属于自动控制技术领域。本发明的方舱自动升降系统，共有四个相同的自动升降机箱，分别安装在方舱四个支臂上，每个机箱内均设置有逻辑控制单元、驱动及执行单元、能量供给单元、承载及固定单元四部分，机箱内电机输出的力矩驱动方舱支臂替代人力手摇摇杆升降方舱。本发明采用单独的承载及固定单元对所有元器件进行固定，形成整体后与方舱支臂传动机构连接，对原有系统不造成任何改动及影响；采用大容量稳压蓄电池供电，能够在一次充满电情况下长时间使用，便于在野外环境中使用；逻辑控制单元和驱动及执行单元均采用小型化设计，使硬件产品小型化、便携性强，方便移动方舱的野外应急使用。

Description

一种方舱自动升降系统和控制方法
技术领域
本发明属于自动控制技术领域，具体涉及一种方舱自动升降系统。
背景技术
移动方舱是野外测控设备的重要组成部分，测控设备的控制、监视、通信等系统均在移动方舱内，设备人员大部分时间于移动方舱内工作。有一部分野外测控设备所使用的移动方舱没有配备专用的运输车，通常置于野外水泥水平地面，在设备转场过程中，需要人力摇动方舱4个支臂的传动系统使其升降，或者使用吊车将方舱转移至平板车上。采用人力摇动方舱升降时需要4个人同时配合，费时费力；采用吊车转移方舱工作效率低，危险系数高。
发明内容
本发明为解决现有移动方舱转场模式效率低下、危险系数高的问题，提供一种方舱自动升降系统。
本发明的方舱自动升降系统，共有四个相同的自动升降机箱，分别安装在方舱四个支臂上，利用所述自动升降机箱(后简称为机箱)内电机输出的力矩驱动方舱支臂替代人力手摇摇杆升降方舱。所述的每个机箱内均设置有逻辑控制单元、驱动及执行单元、能量供给单元、承载及固定单元四部分。
所述的逻辑控制单元根据遥控器输入的遥控信号控制指令，形成并输出控制信号；控制指令包括驱动及执行单元的运动/停止命令、正转/反转命令、高速/低速命令；所述的逻辑控制单元包括CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)、遥控器、无线接收模块、控制信号输出单元和温补晶振；遥控器是人机交互的接口，将用户需要的控制命令通过遥控信号发送出去；无线接收模块接收遥控信号并解出控制指令，然后将控制指令传输至CPLD；温补晶振提供标准频率信号传输至CPLD，为其工作提供时序保证；CPLD完成指令辨别，并根据控制指令要求，以温补晶振提供的标准频率信号为基准生成对应的控制信号，并在控制指令规定的相应通道输出；逻辑控制单元最后将CPLD输出的控制信号的电压调整至驱动及执行单元所需电压，并输出。
所述的驱动及执行单元接收逻辑控制单元输出的控制信号并产生相应大小、方向的力矩，然后传送至方舱支臂传动机构；控制信号分为速度控制信号和方向控制信号，速度控制信号控制高精度步进电机转速，方向控制信号控制高精度步进电机转向；所述的驱动及执行单元包括电机驱动器、高精度步进电机和力矩传递装置；电机驱动器接收速度控制信号和方向控制信号，根据电机驱动器的细分设置和电流设置，生成电机驱动信号，并传输至高精度步进电机；高精度步进电机接收送来的电机驱动信号，并根据电机驱动信号进行运动，产生力矩；力矩传递装置负责将电机产生的力矩传送至方舱支臂传动机构。
所述的能量供给单元为逻辑控制单元和驱动及执行单元提供持续的、稳定的电源供应；所述的能量供给单元包括大容量稳压蓄电池、开关、多功能电量显示模块、电压转换模块；大容量稳压蓄电池提供持续的、稳定的电源供应，通过开关控制供电回路的通断；多功能电量显示模块支持显示当前大容量稳压蓄电池的剩余电量和电压等信息，并可以关闭液晶显示屏；电压转换模块将大容量稳压蓄电池输出的24V高电压转换至5V低电压，输出至所需用电单元。
所述的承载及固定单元为逻辑控制单元、驱动及执行单元和能量供给单元提供牢固的承载平面，以及外壳进行封闭保护；外壳留有开关、电量显示模块、蓄电池充电接口；各单元固定封闭后作为一个整体，通过4个螺钉稳定固定在方舱支臂上，并连接至方舱支臂传动机构上。
所述的无线接收模块，对应每个遥控器按键设置单独输出引脚，能够同时接收及传输遥控器所有按键信号，且在每一次按键后，自动锁定当前按键状态，持续输出当前按键状态对应信号。
本发明的一种方舱自动升降系统，通过如下步骤实现方舱自动升降控制方法：
步骤A：将方舱自动升降系统的四个机箱分别安装在方舱对应的升降支撑臂上，安装好后打开各个机箱的电源开关，进入步骤B；
步骤B：按下遥控器按键1，之后依次按下按键2-5，检查各机箱工作情况，各机箱工作正常时，进入步骤C；
步骤C：根据当前方舱所处地面情况，使用各机箱开关按键2-5以及方向按键6-9将方舱初始状态调整至水平，进入步骤D；
步骤D：按下一键上升按键11，待方舱升至所需高度时，按下总开关按键1，系统停止工作，进入步骤E；
步骤E：按下总开关按键1及一键下降按键12，待方舱下降至平稳落于地面或其他承载物表面时，按下总开关按键1。
该发明的优点与积极效果在于：
(1)采用单独的承载及固定单元对所有元器件进行固定，形成整体后与方舱支臂传动机构连接，对原有系统不造成任何改动及影响。
(2)采用大容量稳压蓄电池供电，能够在一次充满电情况下长时间使用，便于在野外环境中使用。
(3)逻辑控制单元和驱动及执行单元均采用小型化设计，使硬件产品小型化、便携性强，方便移动方舱的野外应急使用。
附图说明
图1为本发明所述的方舱自动升降系统的结构示意图；
图2为所述的方舱自动升降系统的遥控器按键示意图；
图3为所述的方舱自动升降系统的控制方法流程图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供一种方舱自动升降系统，如图1所示，包括逻辑控制单元10、驱动及执行单元20、能量供给单元30以及承载及固定单元40。
逻辑控制单元10根据遥控器12输入的控制指令，形成并输出遥控信号给驱动及执行单元20。所述的控制指令包括驱动及执行单元的运动/停止命令、正转/反转命令、高速/低速命令。如图1所示，逻辑控制单元10包括复杂可编程逻辑器件(CPLD)11、遥控器12、无线接收模块13、控制信号输出单元14和温补晶振15。
遥控器12是人机交互的接口，用户通过遥控器12对方舱自动升降系统进行控制。遥控器12如图2所示，包含12个功能按键，各按键对应功能为：1号按键为总开关，按下后其他按键才有效；2-5号按键分别为1-4号机箱开关，按下能控制相应机箱工作或停止；6-9号按键分别为1-4号机箱方向开关，按下能控制相应机箱内高精度步进电机22改变转动方向；10号按键为速度控制开关，按下能改变所有高精度步进电机22转动速度，共有低速和高速两种转动速度；11号按键为一键上升开关，按下能控制1-4号机箱同时以低速向上升方向工作；12号按键为一键下降开关，按下能控制1-4号机箱同时以低速向下降方向工作。
无线接收模块13接收遥控器发送的遥控信号并解出控制指令，然后将控制指令传输至CPLD 11。无线接收模块13对应每个遥控器12的按键设置单独输出引脚，能够同时接收及传输遥控器12所有按键信号，且在每一次按键后，自动锁定当前按键状态，持续输出当前按键状态对应控制信号。
温补晶振15输出的20MHz标准频率信号到CPLD 11进行处理。
CPLD 11进行控制指令辨别，自动剔除非本机箱控制指令，并根据有效控制指令，以温补晶振15提供的标准频率信号为基准生成对应的控制信号，并在控制指令规定的相应通道输出。
控制信号输出单元14将CPLD 11输出的控制信号的电压调整至驱动及执行单元20所需电压后输出。
驱动及执行单元20接收逻辑控制单元10输出的控制信号并产生相应大小、方向的力矩，然后传送至方舱支臂传动机构80。所述的控制信号包括速度控制信号和方向控制信号。所述的驱动及执行单元20包括电机驱动器21、高精度步进电机22和力矩传递装置23。
电机驱动器21接收速度控制信号和方向控制信号，根据电机驱动器21的细分设置和电流设置，生成电机驱动信号，并传输至高精度步进电机22。电机驱动器21细分设置将电机驱动划分成了若干档，每一档的数字a代表电机驱动器21每接收a个脉冲，驱动高精度步进电机22转动一圈，同样的速度控制信号，数字a越小，则电机转速越快；同理，细分档位固定不变，速度控制信号的频率越高，电机转速越快。电流设置控制的是电机力矩大小，根据实际情况在系统使用前调节。可见，电机驱动器21拥有多种转速及力矩输出选择，可以与逻辑控制单元10的控制信号相配合，最终输出所需要的力矩。
高精度步进电机22接收电机驱动器21送来的电机驱动信号，并根据电机驱动信号进行动作，产生力矩。
力矩传递装置24负责将高精度步进电机22产生的力矩传送至方舱支臂传动机构80。
能量供给单元30为逻辑控制单元10和驱动及执行单元20提供持续的、稳定的电源供应；能量供给单元30包括大容量稳压蓄电池31、开关32、多功能电量显示模块33、电压转换模块34。
大容量稳压蓄电池31提供持续的、稳定的电源供应。
开关32控制供电回路的通断。
多功能电量显示模块33支持显示当前大容量稳压蓄电池31的剩余电量和电压等信息，并支持关闭液晶显示屏。
电压转换模块34将大容量稳压蓄电池31输出的高电压转换至低电压，输出给所需用电单元。
承载及固定单元40为逻辑控制单元10、驱动及执行单元20和能量供给单元30提供牢固的承载平面，以及外壳进行封闭保护；外壳留有开关32、多功能电量显示模块33、大容量稳压蓄电池31充电接口。各单元固定封闭后作为一个自动升降机箱整体，稳定固定在方舱支臂70上，连接升降机构80。
下面结合图3说明本发明的方舱自动升降系统的自动升降控制方法，该方法由以下步骤实现：
步骤A：将方舱自动升降系统的四个机箱分别安装在方舱支臂70上，安装好后打开各个机箱的电源开关，进入步骤B；
步骤B：按下遥控器1号按键，之后依次按下2-5号按键，检查各机箱工作情况，各机箱工作正常时，进入步骤C；
步骤C：根据当前方舱所处地面情况，使用各机箱开关2-5号按键以及6-9号按键将方舱初始状态调整至水平，进入步骤D；
步骤D：按下一键上升开关11号按键，待方舱升至所需高度时，按下总开关1号按键，系统停止工作，进入步骤E；
步骤E：按下总开关1号按键及一键下降开关12号按键，待方舱下降至平稳落于地面或其他承载物表面时，按下总开关1号按键。
本发明可用于具有手工升降机构的各种类型的移动方舱，由于方舱自动升降系统对移动方舱不做任何物理或电气方面的改动，便于对原有升降机构的维护使用且可移植性强。
如上所述，对本领域的技术人员来说，在本质上不脱离本发明原理的基础上，可以对该实施例进行形式和细节上的各种改变和修改，这些改变和修改都确定为包含在本发明的范围内。

Claims (6)

1.一种方舱自动升降系统，其特征在于：共有四个相同的自动升降机箱，分别安装在方舱四个支臂上，所述的每个机箱内均设置有逻辑控制单元、驱动及执行单元、能量供给单元、承载及固定单元四部分；
所述的逻辑控制单元根据遥控器输入的控制指令，形成并输出控制信号，所述的控制信号分为速度控制信号和方向控制信号；所述的驱动及执行单元接收逻辑控制单元输出的控制信号并产生相应大小、方向的力矩，然后传送至方舱支臂传动机构；所述的能量供给单元为逻辑控制单元和驱动及执行单元提供持续的、稳定的电源供应；所述的承载及固定单元为逻辑控制单元、驱动及执行单元和能量供给单元提供牢固的承载平面，以及外壳进行封闭保护;所述的自动升降机箱固定在方舱支臂上，并连接至方舱支臂传动机构上；
所述的驱动及执行单元包括电机驱动器、高精度步进电机和力矩传递装置；电机驱动器接收速度控制信号和方向控制信号，根据电机驱动器的细分设置和电流设置，生成电机驱动信号，并传输至高精度步进电机；高精度步进电机接收送来的电机驱动信号，并根据电机驱动信号进行运动，产生力矩；力矩传递装置负责将电机产生的力矩传送至方舱支臂传动机构；
所述的遥控器包含12个功能按键，各按键对应功能为：1号按键为总开关，按下后其他按键才有效；2-5号按键分别为1-4号机箱开关，按下能控制相应机箱工作或停止；6-9号按键分别为1-4号机箱方向开关，按下能控制相应机箱内高精度步进电机改变转动方向；10号按键为速度控制开关，按下能改变所有高精度步进电机转动速度，共有低速和高速两种转动速度；11号按键为一键上升开关，按下能控制1-4号机箱同时以低速向上升方向工作；12号按键为一键下降开关，按下能控制1-4号机箱同时以低速向下降方向工作。
2.根据权利要求1所述的一种方舱自动升降系统，其特征在于：所述的控制指令包括驱动及执行单元的运动/停止命令、正转/反转命令、高速/低速命令。
3.根据权利要求1所述的一种方舱自动升降系统，其特征在于：所述的逻辑控制单元包括CPLD、遥控器、无线接收模块、控制信号输出单元和温补晶振；遥控器是人机交互的接口，将用户需要的控制命令通过遥控信号发送出去；无线接收模块接收遥控信号并解出控制指令，然后将控制指令传输至CPLD；温补晶振提供标准频率信号传输至CPLD，为其工作提供时序保证；CPLD完成指令辨别，并根据控制指令要求，以温补晶振提供的标准频率信号为基准生成对应的控制信号，并在控制指令规定的相应通道输出；逻辑控制单元最后将CPLD输出的控制信号的电压调整至驱动及执行单元所需电压，并输出。
4.根据权利要求1所述的一种方舱自动升降系统，其特征在于：所述的能量供给单元包括大容量稳压蓄电池、开关、多功能电量显示模块、电压转换模块；大容量稳压蓄电池提供持续的、稳定的电源供应，通过开关控制供电回路的通断；多功能电量显示模块支持显示当前大容量稳压蓄电池的剩余电量和电压信息；电压转换模块将大容量稳压蓄电池输出的24V高电压转换至5V低电压，输出至所需用电单元。
5.根据权利要求3所述的一种方舱自动升降系统，其特征在于：所述的无线接收模块，对应每个遥控器按键设置单独输出引脚，能够同时接收及传输遥控器所有按键信号，且在每一次按键后，自动锁定当前按键状态，持续输出当前按键状态对应信号。
6.一种如权利要求1所述的方舱自动升降系统的方舱自动升降控制方法，其特征在于：通过如下步骤实现方舱自动升降：
步骤A：将方舱自动升降系统的四个机箱分别安装在方舱对应的升降支撑臂上，安装好后打开各个机箱的电源开关，进入步骤B；
步骤B：按下遥控器按键1，之后依次按下按键2-5，检查各机箱工作情况，各机箱工作正常时，进入步骤C；
步骤C：根据当前方舱所处地面情况，使用各机箱开关按键2-5以及方向按键6-9将方舱初始状态调整至水平，进入步骤D；
步骤D：按下一键上升按键11，待方舱升至所需高度时，按下总开关按键1，系统停止工作，进入步骤E；
步骤E：按下总开关按键1及一键下降按键12，待方舱下降至平稳落于地面或其他承载物表面时，按下总开关按键1。
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