CN108593963B - 一种可远程监控三维动态高速测试转台系统 - Google Patents

一种可远程监控三维动态高速测试转台系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可远程监控三维动态高速测试转台系统，涉及试验测试和电子测试和惯性传感技术领域，包括十轴陀螺仪姿态模块连接集成系统PCB板通过电脑、手机、iPad、远程遥控器远程无线WIFI监控末敏弹高速测试转台，采用可远程监控三维动态高速测试转台系统能远在千米之外实时监督控制末敏弹高速测试转台，并能适配兼容各种电子设备进行X轴、Y轴、Z轴的加速度、角速度、角度、磁场的计算并储存信息进行分析和预警，解决了能末敏弹高速测试转台周边无人化，安全化，无线化设施，并能在千米之外精确了解末敏弹高速测试转台的实时运动状况和数据的汇总，该系统性能稳定安全可靠，精密度强，支持多种操作系统和APP上位机软件，适用任何地形和环境。

Description

一种可远程监控三维动态高速测试转台系统
技术领域
本发明涉及试验测试和电子测试和惯性传感技术领域，具体涉及一种可远程监控三维动态高速测试转台系统。
背景技术：
末敏弹是最近几年反装甲武器装备的热点，是一种利用载体抛撒的、打了不管的智能弹药，其工作特点是利用空气动力原理，边下降边旋转扫描，从而实现搜索、探测与识别、击毁目标的功能。敏感器是末敏弹五大关键技术之一，在检测敏感器性能的地面试验中，如何模拟和实现高空中高转速旋转、并与地面垂直30°夹角探测和识别目标，是确定和检测末敏弹敏感器性能指标的关键。而且由于末敏弹旋转的速度快和要求高度距离大和离心惯量大等特点，致使以安全系数和操作方便实用性增大，此时需要一种安全方便稳定可远程实时监督控制三维动态显示系统，另外可以在复杂地形和复杂气候情况下实现。目前尚未有以末敏弹测试转台为基础的可在千米之外的高海拔上的三维动态陀螺仪显示系统出现，现有技术的高速测试转台未安装有千米WIFI远程连接实时三维动态陀螺仪显示系统功能，末敏弹高速转台在几千米外的高海拔上被地面所监控并能储存数据信息自动判断预警或急停，也未能在其高海拔之上高速旋转的情况下考虑地面上的人员安全问题，也未有在高海拔上能及时发现转台偏心和摆动的细微变动带来的问题并能做出对应解决，也未有可以实际模拟末敏弹实际情况需要达到高转数的稳定性和满足达到预设的动平衡和转动惯量的数据记录指标功能，更无法在复杂地形和复杂气候情况下操作。
如申请号为CN201410362024.1公开了一种用于旋转载体横向姿态测量的陀螺仪动态标定方法，该发明专利先将陀螺仪安装在旋转载体中，再讲旋转载体安装在高速转台上。然后采用速率试验法，由陀螺仪误差模型辨识出陀螺仪各个方向陀螺相对于滚动方向的安装误差并得到补偿系数，将补偿系数在线写入处理器FLASH中，最后对标定结果进行判断，当结果在范围内则有效，否则直到满足为止。此发明不但消除了二次安装带来的安装误差，也消除了陀螺在陀螺仪中的一次安装误差，陀螺仪测量精度明显提高，还可以保存试验数据也避免了代码的再次写入。此外，该发明专利并不适合模拟末敏弹的高速测试转台实际需求，也无法在千米之外的高海拔上高转数的情况下还能实时监控测试转台的使用情况，也没有更好的考虑使用者的安全的使用方便问题，也没有具备远程回传信息技术，更没有显示数据能让使用者实时了解转台的情况，更没有考虑到需求体积小，结构简单，兼容性强，远程无线回传性。
如申请号为CN201610083815.X公开了一种用于加速度计、陀螺仪以及磁力计校准与测试的转台系统，包括外轴运动框，沿第一自由度转动；内轴运动框，设置于外轴运动框内，沿第二自由度转动；校准测试平台，所述校准测试平台固定于所述内轴运动框中，用于为待测传感器提供固定平台；所述外轴运动框和内轴运动框受控运动以使得校准测试平台移动到校准测试所需的各个位置以及达到校准测试所需的各个速度。该种用于加速度计、陀螺仪以及磁力计校准与测试的转台系统采用出线孔方式将测试信号线引到转台系统外解决转动过程中信号线被缠绕的问题；采用电滑环装置传输内轴电机的驱动信号解决了转动过程中信号传输的问题；采用外轴以及内轴检测装置实现对转台系统的故障报警；待测传感器校准与测试的数据都传输至测试机保存以便后续分析，但是该发明专利并不适合模拟末敏弹的高速测试转台实际需求，也无法在千米之外的高海拔上高转数的情况下还能实时监控测试转台的使用情况，也没有更好的考虑使用者的安全的使用方便问题，也没有具备远程回传信息技术，更没有显示数据能让使用者实时了解转台的情况，更没有考虑到需求体积小，结构简单，兼容性强，远程无线回传性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可远程监控三维动态高速测试转台系统，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷。
一种可远程监控三维动态高速测试转台系统，包括十轴陀螺仪姿态模块、集成系统PCB板、末敏弹高速测试转台和固定立柱，所述固定立柱设于末敏弹高速测试转台的上方，所述集成系统PCB板设于固定立柱内部，所述十轴陀螺仪姿态模块与所述集成系统PCB板连接并且通过控制设备远程监控末敏弹高速测试转台，所述集成系统PCB板内部包括发射接收天线、2.4G NRF无线透传模块、信号接收模块、DSP控制模块、储存模块和电源转换芯片，所述十轴陀螺仪姿态模块内部包括Cortex-M内存处理器、MEMS传感器芯片、BMP280气压芯片、 MCU微控制单元芯片、电源转换芯片和晶振。
优选的，所述控制设备可以是电脑、手机、iPad和远程遥控器中的一种或多种。
优选的，所述2.4G NRF无线透传模块的发射端加PA，接收端加 LNA，并与发射接收天线连接。
优选的，所述十轴陀螺仪姿态模块通过SMT焊接在集成系统PCB 板上。
优选的，所述信号接收器模块、2.4G NRF无线透传模块储存模块、电源转换芯片与DSP控制板电性连接。
优选的，所述十轴陀螺仪姿态模块支持兼容Windows系统、 Android系统、IOS系统操作，并针对电脑版设备的支持上位机软件，针对手机设备的支持APP软件。
优选的，所述MEMS传感器芯片通过卡尔曼滤波算法计算出三轴加速度、三轴角速度、三轴角度并能储存信息并回传给控制设备。
优选的，所述BMP280气压芯片对地磁、气压、高度、温湿度进行测量并将结果储存后并回传给控制设备。
优选的，所述十轴陀螺仪姿态模块对四元素的四维信息进行监测。
本发明的优点在于：该种可远程监控三维动态高速测试转台系统，采用末敏弹高速测试转台模拟末敏弹实际高转速和高海拔和远距离工作状态下的安全和数据记录和实时能监控的需求，可以保证末敏弹高速测试转台模拟末敏弹能安全无忧的实时记录旋转测试结果，通过设计合适的转台结构和十轴陀螺仪和千米无线发射接收装置机构，保证装置在高转速和高海拔和远距离的状态下稳定工作，解决了能模拟测试末敏弹高海拔远距离高任何电子设备都能实时监控转台测试领域的技术问题。该可远程监控三维动态高速测试转台系统具有结构简单，体积小，功能完善，操作方式灵活，性能稳定安全可靠，精密度高，兼容性强，得出数据准确，支持多种操作系统，无线穿透性强，且适用任何地形和环境，通过十轴陀螺仪的2.4G无线透传模块的巧妙合并兼容，便可实现远在千米之外的高海拔上高速旋转状况下实时监控末敏弹高速测试转台的三轴加速度、三轴角速度、三轴角度、三轴磁场、温湿度、气压和高度和四元素等数据记录并回传任何电子设备进行监控转台实际旋转状况，让使用者更佳安全方便使用。
附图说明
图1为本发明的连接示意图。
图2为本发明的系统原理图。
图3为本发明中集成系统PCB板原理模块图。
图4为本发明中十轴陀螺仪姿态模块原理模块图。
其中：1—末敏弹高速测试转台，2—集成系统PCB板，3—十轴陀螺仪姿态模块，4—电脑，5—手机，6—遥控器，7—iPad，11—固定立柱，21—发射接收天线，22—2.4G NRF无线透传模块，23—信号接收模块，24—DSP控制模块，25—储存模块，26—电源转换芯片， 31—Cortex-M内存处理器，32—MEMS传感器芯片，33—BMP280气压芯片，34—MCU微控制单元芯片，35—电源转换芯片，36—晶振。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1至图4所示，一种可远程监控三维动态高速测试转台系统，包括十轴陀螺仪姿态模块3、集成系统PCB板2、末敏弹高速测试转台1和固定立柱11，所述固定立柱11设于末敏弹高速测试转台1的上方，所述集成系统PCB板2设于固定立柱11内部，所述十轴陀螺仪姿态模块3与所述集成系统PCB板2连接并且通过控制设备远程监控末敏弹高速测试转台1，所述集成系统PCB板2内部包括发射接收天线21、2.4G NRF无线透传模块22、信号接收模块23、DSP控制模块24、储存模块25和电源转换芯片26，所述十轴陀螺仪姿态模块3 内部包括Cortex-M内存处理器31、MEMS传感器芯片32、BMP280气压芯片33、MCU微控制单元芯片34、电源转换芯片35和晶振36。
值得注意的是，所述控制设备可以是电脑4、手机5、iPad 7和远程遥控器6中的一种或多种，电脑4、手机5、iPad 7、远程遥控器6APP软件和上位机软件均可实时监控末敏弹高速测试转台的实际情况，并可做数据信息储存自动判断，若发生离心旋转过大或者有危险的情况，可自动发出警报或自动断电。
在本实施例中，所述2.4G NRF无线透传模块22的发射端加PA， 2.4G NRF无线透传模块可以穿透千米以外的物体并能传输信息，其突出了互传距离加大和穿透性强的特点，接收端加LNA主要是为了低噪音接受信号放大达到能接受到更远的信号，并与发射接收天线21 连接，此模块主要是实现WIFI互传接受的功能。
在本实施例中，所述十轴陀螺仪姿态模块3通过SMT焊接在集成系统PCB板2上达到其结构一体化不会出现延时等问题，更好的实时接收信息，方便操作人员的判断。
在本实施例中，所述信号接收器模块23、2.4G NRF无线透传模块22、储存模块25、电源转换芯片26与DSP控制板24电性连接能够更好大储存信息数据量，也更好的适配电流的转换。
优选的，所述十轴陀螺仪姿态模块支持兼容Windows系统、 Android系统、IOS系统操作，并针对电脑版设备的支持上位机软件，针对手机设备的支持APP软件更好的不受系统和软件的限制，发挥其强大的特性。
在本实施例中，所述MEMS传感器芯片32通过卡尔曼滤波算法计算出三轴加速度、三轴角速度、三轴角度并能储存信息并回传给控制设备，显示计算的准确性和可靠性和精密性。
在本实施例中，所述BMP280气压芯片33对地磁、气压、高度、温湿度进行测量并将结果储存后并回传给控制设备，可以知道当前的高度和温湿度和地理方位等数据，更加真实贴切。
此外，所述十轴陀螺仪姿态模块3对四元素的四维信息进行监测，更加方便以后设计需要修改不足之处。
基于上述，该可远程监控三维动态高速测试转台系统，将 Cortex-M内存处理器31、MEMS传感器芯片32、BMP280气压芯片33、 MCU微控制单元芯片34、电源转换芯片35、晶振36等组成十轴陀螺仪姿态模块3，再将发射接收天线21、2.4G NRF无线透传模块22、信号接收模块23、DSP控制模块24、储存模块25、电源转换芯片26 组成集成系统PCB板2，再把十轴陀螺仪姿态模块3SMT焊接在集成系统PCB板2上再放置到末敏弹高速测试转台1里的固定立柱11壁厚里面固定后通电，手机下载APP软件，电脑连接上位机，即可远程无线实时了解高速测试转台1的实际运转参数，还能提醒工作人员的安全系数，采用末敏弹高速测试转台模拟末敏弹实际高转速和高海拔和远距离工作状态下的安全和数据记录和实时能监控的需求，可以保证末敏弹高速测试转台模拟末敏弹能安全无忧的实时记录旋转测试结果，通过设计合适的转台结构和十轴陀螺仪和千米无线发射接收装置机构，保证装置在高转速和高海拔和远距离的状态下稳定工作，解决了能模拟测试末敏弹高海拔远距离高任何电子设备都能实时监控转台测试领域的技术问题。该可远程监控三维动态高速测试转台系统具有结构简单，体积小，功能完善，操作方式灵活，性能稳定安全可靠，精密度高，兼容性强，得出数据准确，支持多种操作系统，无线穿透性强，且适用任何地形和环境，通过十轴陀螺仪的2.4G无线透传模块的巧妙合并兼容，便可实现远在千米之外的高海拔上高速旋转状况下实时监控末敏弹高速测试转台的三轴加速度、三轴角速度、三轴角度、三轴磁场、温湿度、气压和高度和四元素等数据记录并回传任何电子设备进行监控转台实际旋转状况，让使用者更佳安全方便使用。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (9)

1.一种可远程监控三维动态高速测试转台系统，包括十轴陀螺仪姿态模块(3)、集成系统PCB板(2)、末敏弹高速测试转台(1)和固定立柱(11)，所述固定立柱(11)设于末敏弹高速测试转台(1)的上方，所述集成系统PCB板(2)设于固定立柱(11)内部，其特征在于，所述十轴陀螺仪姿态模块(3)与所述集成系统PCB板(2)连接并且通过控制设备远程监控末敏弹高速测试转台(1)，所述集成系统PCB板(2)内部包括发射接收天线(21)、2.4G NRF无线透传模块(22)、信号接收模块(23)、DSP控制模块(24)、储存模块(25)和电源转换芯片(26)，所述十轴陀螺仪姿态模块(3)内部包括Cortex-M内存处理器(31)、MEMS传感器芯片(32)、BMP280气压芯片(33)、MCU微控制单元芯片(34)、电源转换芯片(35)和晶振(36)。
2.根据权利要求1所述的一种可远程监控三维动态高速测试转台系统，其特征在于：所述控制设备可以是电脑(4)、手机(5)、iPad(7)和远程遥控器(6)中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种可远程监控三维动态高速测试转台系统，其特征在于：所述2.4G NRF无线透传模块(22)的发射端加PA，接收端加LNA，并与发射接收天线(21)连接。
4.根据权利要求1所述的一种可远程监控三维动态高速测试转台系统，其特征在于：所述十轴陀螺仪姿态模块(3)通过SMT焊接在集成系统PCB板(2)上。
5.根据权利要求1所述的一种可远程监控三维动态高速测试转台系统，其特征在于：所述信号接收器模块(23)、2.4G NRF无线透传模块(22)、储存模块(25)、电源转换芯片(26)与DSP控制板(24)电性连接。
6.根据权利要求1所述的一种可远程监控三维动态高速测试转台系统，其特征在于：所述十轴陀螺仪姿态模块(3)支持兼容Windows系统、Android系统、IOS系统操作，并针对电脑版设备的支持上位机软件，针对手机设备的支持APP软件。
7.根据权利要求1所述的一种可远程监控三维动态高速测试转台系统，其特征在于：所述MEMS传感器芯片(32)通过卡尔曼滤波算法计算出三轴加速度、三轴角速度、三轴角度并能储存信息并回传给控制设备。
8.根据权利要求1所述的一种可远程监控三维动态高速测试转台系统，其特征在于：所述BMP280气压芯片(33)对地磁、气压、高度、温湿度进行测量并将结果储存后并回传给控制设备。
9.根据权利要求1所述的一种可远程监控三维动态高速测试转台系统，其特征在于：所述十轴陀螺仪姿态模块(3)对四元素的四维信息进行监测。
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