CN110027948A - 一种可进行升降控制并实时显示高度值的控制系统 - Google Patents

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陈赟
沈建国
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Tianjin University Marine Technology Research Institute
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Tianjin University Marine Technology Research Institute
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66B—ELEVATORS; ESCALATORS OR MOVING WALKWAYS
    • B66B3/00—Applications of devices for indicating or signalling operating conditions of elevators
    • B66B3/02—Position or depth indicators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
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    • B66B5/0006—Monitoring devices or performance analysers

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Abstract

一种可进行升降控制并实时显示高度值的控制系统由单片机控制系统、步进电机、24V电源、驱动器和光电编码器组成；24V电源给驱动器供电，单片机给驱动器提供控制信号，来驱动步进电机。步进电机旋转，一方面带动光电编码器上的带轮进行旋转，另一方面带动牵引绳进行收紧或释放从而实现实验仪器在竖直方向上进行移动。另外，光电编码器的转动将发出脉冲信号，被单片机接收后，经过内部处理转化可在数码管进行移动距离的实时显示，便于操作者根据实验需求作出相应调整动作。

Description

一种可进行升降控制并实时显示高度值的控制系统
技术领域
本发明属于升降平台领域，特别涉及一种可进行升降控制并实时显示高度值的控制系统。
背景技术
发射与接收线圈共轴放置，组成实验仪器，在向发射线圈中通以连续阶跃方波信号时，将在接收线圈中感应出电动势。随着实验仪器高度值的变化，改变了仪器实验环境，感应线圈接收到的信号值大小也将发生变化，我们想要通过改变实验仪器所处高度进行多组实验测试，最终得出接收信号值与仪器高度间的对应关系。
为了将实验仪器进行轴向设定距离的牵引移动，之前主要通过手动对实验仪器进行等间距高度值的移动，这样人为因素对实验准确性的影响就比较大，等间距移动的距离准确性也很难达到我们的要求；并且人为移动对于人的束缚性也比较强，劳动强度比较大。因而，需要一种可牵引实验仪器进行准确距离轴向移动的自动控制装置。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明为一种可进行升降控制并实时显示高度值的控制系统。24V电源给驱动器供电，单片机给驱动器提供控制信号，来驱动步进电机。步进电机旋转，一方面带动光电编码器上的带轮进行旋转，另一方面带动牵引绳进行收紧或释放从而实现实验仪器在竖直方向上进行移动。另外，光电编码器的转动将发出脉冲信号，被单片机接收后，经过内部处理转化可在数码管进行移动距离的实时显示，便于操作者根据实验需求作出相应调整动作。
系统共由以下五部分构成：
一、单片机控制系统： 部分I/O端口与驱动器连接，输出控制信号，进行步进电机的旋转控制；另一部分I/O端口接收光电编码器传送回的脉冲信号，经过转换，在数码管上实现高度值的实时显示；5V端口为光电编码器进行供电；按键可对数码管的初始高度值进行设定；串口可进行与外部上位机间通信，一方面可实现对数码管初始值的设定，另一方面可将高度值输出到上位机界面进行显示。
二、步进电机：由驱动器进行驱动控制，通过传动带动牵引绳缠绕和释放，进而带动实验仪器在竖直方向进行上下移动。
三、24V电源：为驱动步进电机的驱动器提供一个24V的直流稳压电源，该电源可以是可调伏值的稳压源，也可以是固定伏值的电压源。
四、驱动器：在24V电源供电情况下，单片机发出脉冲控制信号，驱动步进电机按设定的方向转动一个的角度，最终实现实验仪器的移动。
五、光电编码器：通过与步进电机轴的传动，编码器旋转轴得以旋转，该旋转经编码器内部检测装置检测后，可输出旋转脉冲信号，信号送入单片机上编码器信号接收端口，经过处理和运算，得出牵引绳的移动距离，即实验仪器移动的高度值，该高度值可经过单片机的处理转化后显示在数码管上。
本发明的有益效果为，实现了实验仪器进行轴向的自动控制移动，并能实时观察到移动的距离，满足了实验轴向等间距移动需求，为后续完成多组实验数据的有效采集提供了便利条件。
附图说明
图1是 控制系统组成结构图；
图2是 步进电机引脚示意图；
图3是 24V电源引脚示意图；
图4 是 驱动器引脚示意图；
图5是 光电编码器引脚示意图；
图6是 脉冲信号示意图；
图7是 传动示意图。
具体实施方式
为使本发明的工作原理，组成结构等特征表述的更加清晰，下面结合具体实例附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
如图1所示，本控制系统由单片机系统、步进电机、驱动器、24V电源、光电编码器五部分构成。该控制系统的工作原理为通过24V电源为驱动器进行24V直流供电，单片机上使用部分I/O控制口完成驱动器控制，驱动器正常工作对步进电机进行驱动，通过传动后带动牵引绳实现实验仪器的轴向移动。光电编码器旋转轴开始旋转后，在有5V供电情况下产生脉冲信号，该信号将被送入单片机上外部中断I/O口。然后，单片机对信号进行检测、经由程序运算处理后可输出显示信号到数码管上，完成高度值的实时显示功能。另外，实验开始时，可通过按键或串口传输对初始高度值进行设定，高度值也可通过串口传输在上位机界面中进行显示。
接下来，对各组成部分间的连线进行更进一步的说明。
步进电机控制部分连线如下。首先，将24V电源上的两个引脚端子DC+（5）、DC-（6）（如图3所示）与驱动器上的引脚端子DC+（5）、DC-（6）（如图4所示）进行对应连接，完成对驱动器的24V直流供电。其次，单片机上+5V端口引出线连接到到驱动器上的+5V（7）引脚端子上。使用单片机上一个I/O端口（例如a端口）连接到驱动器上P（8）接线端子，通过程序控制a端口上输出脉冲信号（如图6所示）以控制驱动器。通过另一个I/O端口（例如b端口）连接到驱动器上D（9）接线端子，控制步进电机的转向。b端口高电平为正转，低电平为反转。步进电机上总共有4根引脚线需要连接，分别是A+（1）、A-（2）、B+（3）、B-（4）（如图2所示）四个引脚端子。分别与驱动器上的A+（1）、A-（2）、B+（3）、B-（4）（如图4所示）引脚端子进行对应连接。
光电编码器连线如下。由单片机上+5V端口和GND端口为光电编码器供电，分别连接光电编码器的+5V（10）和GND（13）（如图5所示）引脚端子。光电编码器上的A相（11）引脚端子连接单片机上的外部中断端口（例如c端口），B相（12）连接单片机上的另一可用I/O端口（例如d端口）。通过单片机对c端口的检测处理可以知道编码器旋转的角位移，进一步可推算出被牵引实验仪器的轴向移动距离。将该距离与检测到的信号作匹配计算形成显示信号传输给数码管显示，这样就实现了高度值的实时显示功能。再结合对d端口信号的高低电平判断就可识别步进电机的转向情况，然后在数码管上作出对应的数值变化显示。
单片机系统本身可通过程序来实现按键与数码管显示数值之间的触发对应关系，按键共有3类，增数键、减数键、清零键，分别实现数码管加数、数码管减数、数码管清零的功能。通过程序还可实现上位机通过串口与单片机间进行通信，以完成对数码管显示数值的控制显示，既可完成上位机对数码管初始高度值的设定，也可实现数码管显示数值上传至上位机界面显示的功能。
图7是步进电机上的回转带轮旋转到实验仪器完成上下竖直移动的传动关系示意图。步进电机旋转带动光电编码器上的回转带轮旋转，与编码器同轴的带轮随之一起旋转，然后带动牵引绳在其上进行缠绕收紧或释放，最终实现实验仪器的竖直上下移动。

Claims (1)

1.一种可进行升降控制并实时显示高度值的控制系统，其特征在于：由以下五部分构成：
一、单片机控制系统： 部分I/O端口与驱动器连接，输出控制信号，进行步进电机的旋转控制；另一部分I/O端口接收光电编码器传送回的脉冲信号，经过转换，在数码管上实现高度值的实时显示；5V端口为光电编码器进行供电；按键可对数码管的初始高度值进行设定；串口可进行与外部上位机间通信，一方面可实现对数码管初始值的设定，另一方面可将高度值输出到上位机界面进行显示；
二、步进电机：由驱动器进行驱动控制，通过传动带动牵引绳缠绕和释放，进而带动实验仪器在竖直方向进行上下移动；
三、24V电源：为驱动步进电机的驱动器提供一个24V的直流稳压电源，该电源可以是可调伏值的稳压源，也可以是固定伏值的电压源；
四、驱动器：在24V电源供电情况下，单片机发出脉冲控制信号，驱动步进电机按设定的方向转动一个的角度，最终实现实验仪器的移动；
五、光电编码器：通过与步进电机轴的传动，编码器旋转轴得以旋转，该旋转经编码器内部检测装置检测后，可输出旋转脉冲信号，信号送入单片机上编码器信号接收端口，经过处理和运算，得出牵引绳的移动距离，即实验仪器移动的高度值，该高度值可经过单片机的处理转化后显示在数码管上。
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