CN109656225A - 一种多自由度塔顶机构控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多自由度塔顶机构控制系统，属于通信技术领域。该系统包括本机执行机构、集中控制主机、电解码执行机构、电解码器、遥控器、触摸屏和线控器；所述本机执行机构包括天窗、升降杆和扩展设备；所述电解码执行机构包括避雷针、微波天线、公转机构、天线Ⅰ、天线Ⅱ和天线Ⅲ；所述电解码器包括避雷机构解码器、微波机构解码器、公转机构解码器、天线解码器Ⅰ、天线解码器Ⅱ、天线解码器Ⅲ、天窗解码器和升降杆解码器。本发明专为汽车塔顶机构配套的控制系统，实现全套机构的运动控制，便于拆卸和安装使用。

Description

一种多自由度塔顶机构控制系统

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种多自由度塔顶机构控制系统及方法。

背景技术

目前，移动式应急通信设备已普遍应用于救灾和军用领域上。常用的移动式应急通信设备一般会安装在车体上，方便移动。常见的车载式应急通信设备一般是固定于车内，不具有可拆卸性，不方便安装；而且仅有一套控制系统。

传统的控制系统一般采用单一集中控制方式，其缺点在于其中一个电机的控制系统出现故障时，整个控制系统停止工作，无法继续控制其他电机。

基于上述缺陷，本发明通过设计一套独立于汽车的配套控制系统，便于安装、拆卸和持续控制。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多自由度塔顶机构控制系统及方法，采用分布式总线控制系统，专为汽车塔顶机构配套的控制系统，实现全套机构的持续运动控制。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多自由度塔顶机构控制系统，包括本机执行机构、集中控制主机、电解码执行机构、电解码器、遥控器、触摸屏和线控器；所述本机执行机构包括天窗、升降杆和扩展设备；所述电解码执行机构包括避雷针、微波天线、公转机构、天线Ⅰ、天线Ⅱ和天线Ⅲ；所述电解码器包括避雷机构解码器、微波机构解码器、公转机构解码器、天线解码器Ⅰ、天线解码器Ⅱ、天线解码器Ⅲ、天窗解码器和升降杆解码器；

所述天窗解码器和升降杆解码器内置于所述集中控制主机，分别与天窗和升降杆解码器连接，用于控制天窗的开关与升降杆的升降；

所述集中控制主机与电解码器中的避雷机构解码器、微波机构解码器、公转机构解码器、天线解码器Ⅰ、天线解码器Ⅱ、天线解码器Ⅲ依次连接，为各解码机构依次提供对应控制信息；所述避雷机构解码器、微波机构解码器、公转机构解码器、天线解码器Ⅰ、天线解码器Ⅱ、天线解码器Ⅲ分别与避雷针、微波天线、公转机构、天线Ⅰ、天线Ⅱ和天线Ⅲ对应连接，控制电解码执行机构的运动；

所述电解码执行机构、天窗、升降杆、扩展设备、触摸屏、线控器并联连接至集中控制主机；通过控制集中控制主机、遥控器、触摸屏和线控器，实现本机执行机构及电解码执行机构的运动。

进一步，所述集中控制主机与遥控器无线连接；所述集中控制主机通过RS485或CAN等总线与避雷机构解码器、微波机构解码器、公转机构解码器、天线解码器Ⅰ、天线解码器Ⅱ、天线解码器Ⅲ、天窗解码器和升降杆解码器依次连接；所述电解码执行机构、天窗、升降杆、扩展设备、触摸屏、线控器通过RS485或CAN等总线与所述集中控制主机并联连接；

所述天窗包括左右两扇天窗，设置到位开关。

进一步，所述公转机构由四层旋转平台组成，且均能够基于支撑杆旋转；第一、二、三层旋转平台均为圆形，第四层旋转平台是正多边形或圆形；

第四层旋转平台用于与升降杆固定；第三层旋转平台用于固定三根桅杆，使其均匀分布在第三层平台的边缘；第二层旋转平台用于固定避雷针；第一层用于固定微波天线；

所述天线Ⅰ、天线Ⅱ和天线Ⅲ分别固定在三根桅杆上；所述避雷针固定位于第二层旋转平台边缘；所述微波天线安装在第一层旋转平台中间。

进一步，所述三个天线均能够调节俯、仰角度。

进一步，所述集中控制主机包括控制方式检测模块、通讯控制模块和通道控制模块；

所述控制方式检测模块用于控制本机执行结构的运转，同时检测集中控制主机按键状态；所述通讯控制模块用于实现线控板、遥控板和触摸屏与集中控制主机的通信，对RS485报文数据进行接收、解码；所述通道控制模块用于控制电解码器工作。

进一步，所述集中控制主机能够自动更新升级。

进一步，该控制方法具体包括：

(1)展开时，操作顺序为天窗－升降杆－避雷针－微波天线－天线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ－公转机构，具体为：

a.打开天窗，两扇天窗分别开关，先开的后关，后开的先关，设有4个到位开关(DC12－24V三线NPN常开型接近开关)；

b.天窗打开后升降杆升降，随动馈线盘控制线插上，升降杆不能升降；

c.升降杆停止升降后，避雷针开始上升；

d.避雷针上升到位后，微波天线开始上升；

e.当微波天线上升到安全位置时，微波天线才能左右旋转，公转机构才能左右旋转；

(2)复位时，分为单复位和总复位；

①单复位时：

a.天线复位时，先俯仰复位，再水平复位；

b.微波复位时，先水平复位，再俯仰复位；

c.单复位时，当前单元复位即停止；

②总复位时，按公转机构－天线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ－微波天线－避雷针－升降杆－天窗的顺序依次复位，复位到升降杆时，当检测到控制线连接到随动馈线盘时，暂停总复位程序，拔掉控制线并按键确认后，才能继续升降杆复位和天窗复位。

用户使用过程中不需要特别关注各单元机构的运转情况，各机构能自行运转而不发生干涉、损坏等情况。各单元安全位置，极限位置，复位位置开关由甲方提供(DC12－24V三线NPN常开型接近开关)。

进一步，所述左右两个天窗升降顺序的具体控制步骤为：

(1)当天窗收到升降指令时，若是上升指令，则左天窗上升；若是下降指令，则右天窗下降；

(2)当左天窗上升到位后，再执行右天窗执行，直至右天窗上升到位；若右天窗未上升到位，则继续上升右天窗，直至右天窗上升到位，结束本次上升过程；

(3)当右天窗下降到位后，再执行左天窗执行，直至左天窗下降到位；若左天窗未下降到位，则继续下降左天窗，直至下降到位，结束本次下降过程。

本发明的有益效果在于：本发明专为汽车塔顶机构配套的控制系统，该控制系统支持单塔，双塔两种塔顶机构，其控制方式为本控、线控、遥控及触摸屏四种控制方式一体；内部集成双电机，双升降通断控制器，通过总线与驱动模块连接，实现全套机构的运动控制，使其满足军事或专用应急设备等领域的移动高效性要求。具体优势有：(1)主机内置两路电机驱动器，两路升降通断控制器；(2)与驱动模块采用总线式方式连接，连接数量可根据控制要求增减；(3)与触摸屏、线控板采用总线式方式连接，可灵活添加其它控制设备；(4)主控、线控、遥控均配有显示屏，可直观显示当前的操作及状态；(5)工业级ARM处理器，独立看门狗监控确保软件长期运行的稳定可靠；(6)结构及电路采用EMC设计，具备一定的EMC防护能力。(7)本发明提供的是一种分布式总线控制系统，总线与各电机之间是分布式控制，当其中一个电机控制系统出现故障时，其他电机控制系统能正常工作。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明所述控制系统结构示意图；

图2为本发明所述塔顶结构示意图；

图3为本发明所述控制系统内部结构连接示意图；

图4为本发明所述遥控器结构示意图；

图5为本发明所述集中控制主机工作控制流程图；

图6为本发明所述集中控制主机控制软件更新流程图；

图7为天窗控制流程图；

附图标记：11-天线Ⅰ；12-天线Ⅱ；13-天线Ⅲ；2-桅杆；3-第一旋转平台；4-第二旋转平台；5-第三旋转平台；6-第四旋转平台，7-微波天线，8-避雷针。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图1、图3、图4所示，本发明所述的多自由度塔顶机构控制系统，包括本机执行机构、集中控制主机、电解码执行机构、电解码器、遥控器、触摸屏和线控器；所述本机执行机构包括天窗、升降杆和扩展设备；所述电解码执行机构包括避雷针、微波天线、公转机构、天线Ⅰ、天线Ⅱ和天线Ⅲ；所述电解码器包括避雷机构解码器、微波机构解码器、公转机构解码器、天线解码器Ⅰ、天线解码器Ⅱ、天线解码器Ⅲ、天窗解码器和升降杆解码器；

所述天窗解码器和升降杆解码器内置于所述集中控制主机，分别与天窗和升降杆解码器连接，用于控制天窗的开关与升降杆的升降；所述集中控制主机与电解码器中的避雷机构解码器、微波机构解码器、公转机构解码器、天线解码器Ⅰ、天线解码器Ⅱ、天线解码器Ⅲ依次连接，为各解码机构依次提供对应控制信息；所述避雷机构解码器、微波机构解码器、公转机构解码器、天线解码器Ⅰ、天线解码器Ⅱ、天线解码器Ⅲ分别与避雷针、微波天线、公转机构、天线Ⅰ、天线Ⅱ和天线Ⅲ对应连接，控制电解码执行机构的运动；所述电解码执行机构、天窗、升降杆、扩展设备、触摸屏、线控器并联连接至集中控制主机；通过控制集中控制主机、遥控器、触摸屏和线控器，实现本机执行机构及电解码执行机构的运动。

所述集中控制主机与遥控器无线连接；所述集中控制主机通过RS485或CAN等总线与避雷机构解码器、微波机构解码器、公转机构解码器、天线解码器Ⅰ、天线解码器Ⅱ、天线解码器Ⅲ、天窗解码器和升降杆解码器依次连接；所述电解码执行机构、天窗、升降杆、扩展设备、触摸屏、线控器通过RS485或CAN等总线并与所述集中控制主机并联连接；所述天窗包括左右两扇天窗，设置4个到位开关。

如图2所示，所述公转机构由四层旋转平台组成，且均能够基于支撑杆旋转；第一、二、三层旋转平台均为圆形，第四层旋转平台是正多边形或圆形；第四层旋转平台用于与升降杆固定；第三层旋转平台用于固定三根桅杆，使其均匀分布在第三层平台的边缘；第二层旋转平台用于固定避雷针；第一层用于固定微波天线；所述天线Ⅰ、天线Ⅱ和天线Ⅲ分别固定在三根桅杆上；所述避雷针固定位于第二层旋转平台边缘；所述微波天线安装在第一层旋转平台中间。三个天线均能够调节俯、仰角度。

如图5所示，集中控制主机包括三个模块，分别为控制方式检测模块(在本机控制时还同时检测本机按键状态)、通讯控制模块(线控板、遥控板、触摸屏通讯)及通道控制模块(电机解码板)。

(1)正常运行时，三个模块“同时运行”，单片机通过启用硬件微秒级定时器，在不同的时间内运行不同的状态机以实现模拟同时运行的功能。其中调试控制模块主要输出调试运行参数、更新OLED显示屏，通讯模块主要对RS485报文数据进行接收、解码，并根据协议内容对通道实施控制或更新能数、更新代码，通道控制对各通道进行监控和控制。

集中控制系统在正常运行模式下，通过发送特定的帧结构将预更新的程序代码(二进制文件)存入存储器中，当数据发送完成，且校验无误后，更新程序更新标志位。

(2)集中控制系统每次上电自动检测程序更新标志，如有更新，则对更新文件进行校验，然后擦除系统自身程序，更新为新的程序代码。更新完成后，清空程序更新标志，运行新程序，程序更新流程如图6所示。

本发明所述多自由度塔顶机构控制系统的工作流程为：

(1)展开时，操作顺序为天窗－升降杆－避雷针－微波天线－天线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ－公转机构，具体为：

a.打开天窗，两扇天窗分别开关，先开的后关，后开的先关，设有4个到位开关(DC12－24V三线NPN常开型接近开关)；

b.天窗打开后升降杆升降，随动馈线盘控制线插上，升降杆不能升降；

c.升降杆停止升降后，避雷针开始上升；

d.避雷针上升到位后，微波天线开始上升；

e.当微波天线上升到安全位置时，微波天线才能左右旋转，公转机构才能左右旋转；

(2)复位时，分为单复位和总复位；

①单复位时：

a.天线复位时，先俯仰复位，再水平复位；

b.微波复位时，先水平复位，再俯仰复位；

c.单复位时，当前单元复位即停止；

②总复位时，按公转机构－天线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ－微波天线－避雷针－升降杆－天窗的顺序依次复位，复位到升降杆时，当检测到控制线连接到随动馈线盘时，暂停总复位程序，拔掉控制线并按键确认后，才能继续升降杆复位和天窗复位。

用户使用过程中不需要特别关注各单元机构的运转情况，各机构能自行运转而不发生干涉、损坏等情况。各单元安全位置，极限位置，复位位置开关由甲方提供(DC12－24V三线NPN常开型接近开关)。

由于本系统同时控制两个天窗的运动，且天窗运动在不同的模式下(上升、下降)具有不同的操作顺序，因此，程序为天窗提供了天窗运行状态机来负责天窗运行的先后顺序及起启停状态。如图7所示，天窗状态机工作流程为：

(1)当天窗收到升降指令时，若是上升指令，则左天窗上升；若是下降指令，则右天窗下降；

(2)当左天窗上升到位后，再执行右天窗执行，直至右天窗上升到位；若右天窗未上升到位，则继续上升右天窗，直至右天窗上升到位，结束本次上升过程；

(3)当右天窗下降到位后，再执行左天窗执行，直至左天窗下降到位；若左天窗未下降到位，则继续下降左天窗，直至下降到位，结束本次下降过程。

本发明所述的多自由度塔顶机构总线控制系统还可适用于控制车顶多自由度联动装置、车顶特征云台装置和装甲车特种雨刮系统等装置，仅需调整相关连接和设置关系，便可实现总线控制的功能。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种多自由度塔顶机构控制系统，其特征在于，该系统包括本机执行机构、集中控制主机、电解码执行机构、电解码器、遥控器、触摸屏和线控器；所述本机执行机构包括天窗、升降杆和扩展设备；所述电解码执行机构包括避雷针、微波天线、公转机构、天线Ⅰ、天线Ⅱ和天线Ⅲ；所述电解码器包括避雷机构解码器、微波机构解码器、公转机构解码器、天线解码器Ⅰ、天线解码器Ⅱ、天线解码器Ⅲ、天窗解码器和升降杆解码器；

所述天窗解码器和升降杆解码器内置于所述集中控制主机，分别与天窗和升降杆解码器连接，用于控制天窗的开关与升降杆的升降；

所述集中控制主机与电解码器中的避雷机构解码器、微波机构解码器、公转机构解码器、天线解码器Ⅰ、天线解码器Ⅱ、天线解码器Ⅲ依次连接，为各解码机构依次提供对应控制信息；所述避雷机构解码器、微波机构解码器、公转机构解码器、天线解码器Ⅰ、天线解码器Ⅱ、天线解码器Ⅲ分别与避雷针、微波天线、公转机构、天线Ⅰ、天线Ⅱ和天线Ⅲ对应连接，控制电解码执行机构的运动；

所述电解码执行机构、天窗、升降杆、扩展设备、触摸屏、线控器并联连接至集中控制主机；通过控制集中控制主机、遥控器、触摸屏和线控器，实现本机执行机构及电解码执行机构的运动。

2.根据权利要求1所述的多自由度塔顶机构控制系统，其特征在于，所述集中控制主机与遥控器无线连接；所述集中控制主机通过RS485或CAN总线与避雷机构解码器、微波机构解码器、公转机构解码器、天线解码器Ⅰ、天线解码器Ⅱ、天线解码器Ⅲ、天窗解码器和升降杆解码器依次连接；所述电解码执行机构、天窗、升降杆、扩展设备、触摸屏、线控器通过RS485或CAN总线与所述集中控制主机并联连接；

所述天窗包括左右两扇天窗，设置到位开关。

3.根据权利要求1所述的多自由度塔顶机构控制系统，其特征在于，所述公转机构由四层旋转平台组成，且均能够基于支撑杆旋转；第一、二、三层旋转平台均为圆形，第四层旋转平台为正多边形或圆形；

第四层旋转平台用于与升降杆固定；第三层旋转平台用于固定三根桅杆，使其均匀分布在第三层平台的边缘；第二层旋转平台用于固定避雷针；第一层用于固定微波天线；

所述天线Ⅰ、天线Ⅱ和天线Ⅲ分别固定在三根桅杆上；所述避雷针固定位于第二层旋转平台边缘；所述微波天线安装在第一层旋转平台中间。

4.根据权利要求3所述的多自由度塔顶机构控制系统，其特征在于，所述三个天线均能够调节俯、仰角度。

5.根据权利要求1所述的多自由度塔顶机构控制系统，其特征在于，所述集中控制主机包括控制方式检测模块、通讯控制模块和通道控制模块；

所述控制方式检测模块用于控制本机执行结构的运转，同时检测集中控制主机按键状态；所述通讯控制模块用于实现线控板、遥控板和触摸屏与集中控制主机的通信，对RS485报文数据进行接收、解码；所述通道控制模块用于控制电解码器工作。

6.根据权利要求1所述的多自由度塔顶机构控制系统，其特征在于，所述集中控制主机能够自动更新升级。

7.适用于权利要求2所述控制系统的多自由度塔顶机构控制方法，其特征在于，该控制方法具体包括：

(1)展开时，操作顺序为天窗－升降杆－避雷针－微波天线－天线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ－公转机构，具体为：

a.打开天窗，两扇天窗分别开关，先开的后关，后开的先关；

b.天窗打开后升降杆升降，随动馈线盘控制线插上，升降杆不能升降；

c.升降杆停止升降后，避雷针开始上升；

d.避雷针上升到位后，微波天线开始上升；

e.当微波天线上升到安全位置时，微波天线才能左右旋转，公转机构才能左右旋转；

(2)复位时，分为单复位和总复位；

①单复位时：

a.天线复位时，先俯仰复位，再水平复位；

b.微波复位时，先水平复位，再俯仰复位；

c.单复位时，当前单元复位即停止；

②总复位时，按公转机构－天线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ－微波天线－避雷针－升降杆－天窗的顺序依次复位，复位到升降杆时，当检测到控制线连接到随动馈线盘时，暂停总复位程序，拔掉控制线并按键确认后，才能继续升降杆复位和天窗复位。

8.适用于权利要求7所述的多自由度塔顶机构控制方法，其特征在于，所述左右两个天窗升降顺序的具体控制步骤为：

(1)当天窗收到升降指令时，若是上升指令，则左天窗上升；若是下降指令，则右天窗下降；

(2)当左天窗上升到位后，再执行右天窗执行，直至右天窗上升到位；若右天窗未上升到位，则继续上升右天窗，直至右天窗上升到位，结束本次上升过程；

(3)当右天窗下降到位后，再执行左天窗执行，直至左天窗下降到位；若左天窗未下降到位，则继续下降左天窗，直至下降到位，结束本次下降过程。