CN110262332A - 一种电动升降桌遇阻回退的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动升降桌遇阻回退的方法及装置。电动升降桌由直流有刷电机带动升降，包括电流采样电路、信号放大电路以及单片机，电机由单片机控制工作,所述电流采样电路、信号放大电路以及单片机依次连接,单片机具有电流信号软件处理模块和逻辑判定模块,采集电流信号软件处理模块将信号放大电路输入的电信号进行运算处理后输送给逻辑判定模块进行判断进而实现单片机控制电机来实现遇阻回退工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种电动升降桌遇阻回退的方法及装置。
背景技术
电动升降桌遇阻回退功能主要是为了避免电动升降桌在升降过程中,桌面板顶坏或者压坏其它物品、器件而设计的,这种设计能够最大程度上减小因升降意外引发的损失和伤害。传统的电动升降桌实现升降遇阻回退需在机构上增加传感器,通过单片机检测传感器电信号的变化值,来实现加载回退。采用上述方式有两个缺点,首先是为提高遇阻回退的灵敏度,需采用高精度的传感器,高精度的传感器和应变片制作工艺复杂,价格昂贵。其次为传感器的安装存在难度,首先安装位置必须选择在升降桌遇阻后压力能正确传导到的地方,否则系统的遇阻回退灵敏度会受很大影响其次在升降桌正常升降时,需确保没有额外的力传到到传感器上,否则会出现加载回退误报的现象。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种电动升降桌遇阻回退的方法及装置。
本发明提供的技术方案是：
一种电动升降桌遇阻回退的方法，包括以下步骤：
步骤a:获取流经电机的电流信号，经采样电阻R1转换成电压信号；
步骤b:将步骤a获得的电压信号经放大器放大，放大后的电压信号作为AD采集的输入；
步骤c:选用PWM触发ADC的方式采集步骤b经放大后的电压信号；
步骤d:单片机对步骤c中采集的数据进行处理得到比较值；
步骤e:单片机将比较值与设定值比较，作出控制电机是否进行遇阻回退的判断。
所述步骤d中的处理方法包括以下步骤:
步骤一:对PWM触发ADC采集到的数据N个电压值取平均值作为处理值，N>2；
步骤二:重复步骤一X次得到X个处理值；
步骤三:对步骤二中得到的处理值进行卡尔曼滤波；
步骤四:对步骤三中的滤波结果间隔M次取一次积分，获取和值U；
步骤五:重复步骤四，获取和值U1，将两次的差值U1-U＝△U作为比较值。
一种电动升降桌遇阻回退的装置，所述电动升降桌由电机(1)带动升降，所述装置包括电流采样电路、信号放大电路以及单片机,所述电机由单片机控制工作,所述电流采样电路、信号放大电路以及单片机依次连接,所述单片机具有电流信号软件处理模块和逻辑判定模块,所述采集电流信号软件处理模块将信号放大电路输入的电信号进行运算处理后输送给逻辑判定模块进行判断进而实现单片机控制电机来实现遇阻回退工作；
所述电流采样电路包括采样电阻,采样电阻一端与电机的MGND相连，另一端接地，所述信号放大电路包括电阻Ⅰ,电阻Ⅱ,电阻Ⅲ和放大器U3，所述电阻Ⅰ一端与电机的MGND相连，另一端与放大器U3的+相连。所述电阻Ⅱ一端与地相连，另一端与放大器U3的-相连，所述电阻Ⅲ一端与放大器U3的-相连，另一端与单片机的AD采集输入IS相连。
所述装置的使用方法包括以下步骤：步骤a:获取流经电机的电流信号，经采样电阻R1转换成电压信号；
步骤b:将步骤a获得的电压信号经放大器放大，放大后的电压信号作为AD采集的输入；
步骤c:选用PWM触发ADC的方式采集步骤b经放大后的电压信号；
步骤d:单片机对步骤c中采集的数据进行处理得到比较值；
步骤e:单片机将比较值与设定值比较，作出控制电机是否进行遇阻回退的判断。
所述步骤d中的处理方法包括以下步骤:
步骤一:对PWM触发ADC采集到的数据N个电压值取平均值作为处理值，N>2；
步骤二:重复步骤一X次得到X个处理值；
步骤三:对步骤二中得到的处理值进行卡尔曼滤波；
步骤四:对步骤三中的滤波结果间隔M次取一次积分，获取和值U；
步骤五:重复步骤四，获取和值U1，将两次的差值U1-U＝△U作为比较值。
相比现有技术，本发明优点和效果如下：
1.成本低,采用电流信号软件处理方式,只需通过硬件电流采样、滤波、放大电路和1个带AD采样的单片机就能实现，其成本远低于单独采用传感器的价格。
2.可靠性高，采用电流信号软件处理的方式,通过编写和调整单片机程序中软件滤波的方式和范围,能够成功的采集到电动升降桌遇阻时电流的变化值,同时滤除正常运行过程中升降桌电流的变化值,可靠的实现升降桌的防夹功能。
3.结构简单,只需在升降桌电机电流回路上,串联一个采样电阻就能实现电流的采样,无需改变升降桌原来的传动结构。
4.灵敏度可调，防夹的灵敏度是由软件控制的,可以通过修改软件,调整升降桌防夹的灵敏度,因此扩大了该项技术的使用范围,通过调节灵敏度,可以使这项技术应用于不同结构、样式的电动升降机构。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为本发明的电流信号软件处理流程图。
图3为本发明的升降机结构示意图。
图4为本发明的驱动电路图。
图5为本发明的电路处理框图。
图6为本发明的数据处理框图。
图7为本发明的积分处理和积分差值处理。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
如图3，一种电动升降桌遇阻回退的装置包括电机结构，线性传动控制控制系统和二阶立柱。如图4，驱动电路主要用于驱动电机。单片机控制器产生PWM来控制H桥的导通，从而实现电机的正反转。在H桥的尾端串联一个采样电阻将采样电流转换成采样电压，组成电流采样电路。采样电压进信号放大电路后输出给单片机。图4中的霍尔传感器用来记录升降桌桌面的所在高度。如图5，图5的处理框图为图4的处理过程。它包括电流采样电路2、信号放大电路3以及单片机4,电机1由单片机4控制工作,电流采样电路2、信号放大电路3以及单片机4依次连接,所述单片机4具有电流信号软件处理模块5和逻辑判定模块6,所述采集电流信号软件处理模块将信号放大电路输入的电信号进行运算处理后输送给逻辑判定模块进行判断进而实现单片机控制电机来实现遇阻回退工作。电流采样电路2包括采样电阻R1,一端与电机的MGND相连，另一端接地。信号放大电路3包括电阻ⅠR2,电阻ⅡR3,电阻ⅢR4和放大器U3。电阻ⅠR2一端与电机1的MGND相连，另一端与放大器U3的+相连。所述电阻ⅡR3一端与地相连，另一端与放大器U3的-相连。所述的电阻ⅢR4一端与放大器U3的-相连，另一端与单片机4的AD采集输入IS相连。
如图1和2所示，包括以下步骤:
步骤a:避开电机启动阶段，获取流经电机的电流信号，经采样电阻R1转换成电压信号；
步骤b:将步骤a获得的电压信号经放大器放大，放大后的电压信号作为AD采集的输入；
步骤c:选用PWM触发ADC的方式采集步骤b经放大后的电压信号；
步骤d:单片机的电流信号软件处理模块采集放大后的电压信号的电压值进行处理后获取比较值；
步骤e:单片机的遇阻回退判定模块将比较值与设定值比较，作出控制电机1是否进行遇阻回退。
步骤d中电流信号软件处理模块的运算处理方法包括以下步骤:
步骤一:采集单片机的AD采集输入与信号放大电路3连接的端口电压得到N个电压值取平均值作为处理值，N>2，本实例中N采用86；
步骤二:重复步骤一X次得到X个处理值，在本实例中，重复了3804次，取X＝3804；
步骤三:对步骤二中得到的处理值进行卡尔曼滤波；
步骤四:对步骤三中的滤波结果间隔M次取一次积分，获取和值U，在本实例中，M取20；
步骤五:重复步骤四，获取和值U1，将两次的差值U1-U＝△U作为比较值。
步骤e中逻辑判定模块6的运算处理方法包括以下:
若△U大于设定值，则进行遇阻回退动作；若△U小于设定值，则将U1的值赋给U，然后重复以上步骤一到步骤四，重新获取一次步骤四中的和值U，再重复步骤e。
本发明中为了使△U更加明显，对△U的数值进行了放大10倍，根据实验结果将设定值设为0.52。
使用过程中,电动升降桌在上升或下降时,电流经过电机后流向接地端,由于电机回路上串联了采样电阻,采样电阻采集到电流信号后,将电流信号转换为电压信号,输送到信号放大电路中,信号放大电路中电阻R3和R4的选值决定了信号的放大倍数,选择合适的电阻阻值，将放大器的输出电压调整在0至3.3V的范围内。信号放大中R2的作用是限制输入到放大器的电流,保护放大器。电流信号软件处理模块会根据程序中对电流的处理，对电流进行取处理值、滤波、积分操作，
大再将得到的比较值送入加收逻辑判断模块，跳过启动阶段，根据采样值与设定值的比较结果,作出是否要进行遇阻回退的判定,从而在比较值超过设定值时,执行遇阻回退功能。但要注意避开电机启动阶段，此阶段电流变化大，会对遇阻回退的判断造成影响，所以需要跳过电机启动阶段。
本发明的数据处理如图6和图7所示。如图6，图中1为以上步骤d中得到的预处理值，2为预处理值经过卡尔曼滤波后的值。图中横坐标代表时间，单位为秒。纵坐标代表电压，单位为伏。如图7，图中1为以上步骤d中得到的积分值所绘成的图，2为前后两次积分比较值所绘成的图。图中标注了电机启动阶段和遇阻阶段。其中横坐标代表时间，纵坐标代表电压的积分值和前后两次积分值的差值，单位为伏特。
Claims (5)
1.一种电动升降桌遇阻回退的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤a:获取流经电机的电流信号，经采样电阻R1转换成电压信号；步骤b:将步骤a获得的电压信号经放大器放大，放大后的电压信号作为AD采集的输入；
步骤c:选用PWM触发ADC的方式采集步骤b经放大后的电压信号；步骤d:单片机对步骤c中采集的数据进行处理得到比较值；
步骤e:单片机将比较值与设定值比较，作出控制电机是否进行遇阻回退的判断。
2.根据权利要求1所述的一种电动升降桌遇阻回退的方法，其特征在于，所述步骤d中的处理方法包括以下步骤:
步骤一:对PWM触发ADC采集到的数据N个电压值取平均值作为处理值，N>2；
步骤二:重复步骤一X次得到X个处理值；
步骤三:对步骤二中得到的处理值进行卡尔曼滤波；
步骤四:对步骤三中的滤波结果间隔M次取一次积分，获取和值U；
步骤五:重复步骤四，获取和值U1，将两次的差值U1-U＝△U作为比较值。
3.一种电动升降桌遇阻回退的装置，所述电动升降桌由电机(1)带动升降，其特征在于:所述装置包括电流采样电路(2)、信号放大电路(3)以及单片机(4),所述电机(1)由单片机控制工作,所述电流采样电路(2)、信号放大电路(3)以及单片机(4)依次连接,所述单片机具有电流信号软件处理模块(5)和逻辑判定模块(6),所述采集电流信号软件处理模块(5)将信号放大电路输入的电信号进行运算处理后输送给逻辑判定模块(6)进行判断进而实现单片机控制电机来实现遇阻回退工作；
所述电流采样电路(2)包括采样电阻(R1),采样电阻(R1)一端与电机(1)的MGND相连，另一端接地，所述信号放大电路(2)包括电阻Ⅰ(R2),电阻Ⅱ(R3),电阻Ⅲ(R4)和放大器U3，所述电阻Ⅰ(R2)一端与电机(1)的MGND相连，另一端与放大器U3的+相连。所述电阻Ⅱ(R3)一端与地相连，另一端与放大器U3的-相连，所述电阻Ⅲ(R4)一端与放大器U3的-相连，另一端与单片机(4)的AD采集输入IS相连。
4.根据权利要求书3所述的一种电动升降桌遇阻回退的装置，其特征在于:所述装置的使用方法包括以下步骤：步骤a:获取流经电机的电流信号，经采样电阻R1转换成电压信号；
步骤b:将步骤a获得的电压信号经放大器放大，放大后的电压信号作为AD采集的输入；
步骤c:选用PWM触发ADC的方式采集步骤b经放大后的电压信号；步骤d:单片机对步骤c中采集的数据进行处理得到比较值；
步骤e:单片机将比较值与设定值比较，作出控制电机是否进行遇阻回退的判断。
5.根据权利要求书4所述的一种电动升降桌遇阻回退的装置，其特征在于:所述步骤d中的处理方法包括以下步骤:
步骤一:对PWM触发ADC采集到的数据N个电压值取平均值作为处理值，N>2；
步骤二:重复步骤一X次得到X个处理值；
步骤三:对步骤二中得到的处理值进行卡尔曼滤波；
步骤四:对步骤三中的滤波结果间隔M次取一次积分，获取和值U；
步骤五:重复步骤四，获取和值U1，将两次的差值U1-U＝△U作为比较值。
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