CN202302590U

CN202302590U - 基于电子罗盘的水下云台伺服系统

Info

Publication number: CN202302590U
Application number: CN2011204451098U
Authority: CN
Inventors: 马春波; 王铮; 邓洪高; 朱勇; 敖珺
Original assignee: Guilin University of Electronic Technology
Current assignee: Guilin University of Electronic Technology
Priority date: 2011-11-11
Filing date: 2011-11-11
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2021-11-11

Abstract

本实用新型公开了一种基于电子罗盘的水下云台伺服系统，包括电子罗盘、云台、壳体和安装在壳体内的电路板和外部接口，其特征是：本伺服系统由随动端和控制端组成，随动端由电子罗盘、单片机、电子云台组成，电子罗盘通过电平转换电路与单片机连接，单片机通过可控硅电机驱动电路与电子云台连接；控制端由旋转编码器、单片机和液晶显示屏组成，旋转编码器通过控制电路与单片机连接，单片机与液晶显示屏通过导线连接，控制端和随动端的单片机通过电平转换电路连接。本系统基于高精度三维电子罗盘返回的数据，将云台实时坐标由液晶显示屏显示，操纵旋转编码器即可以完成对远端云台的控制，具有结构简单，操作方便等特点。

Description

基于电子罗盘的水下云台伺服系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于电子罗盘的自动对准设备，具体是基于电子罗盘的水下云台伺服系统。

背景技术

现有的普通云台控制系统可以对水平承载物进行水平和俯仰角度调整，但响应时间慢、自动化水平低，在系统位置发生偏移时，不能实现有效地、快速地再次锁定目标，特别是在进行海水中激光特性研究的实验时，实验者并不方便直接进入水中进行激光器的调整。

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服现有技术的不足，而提供一种基于电子罗盘的水下云台伺服系统。这种系统采用旋转编码器作为人机交互器件，并且采用液晶显示器显示操作进程、操作模式以及罗盘的实时数据。

实现本实用新型目的的技术方案是：

本实用新型基于电子罗盘的水下云台伺服系统，包括电子罗盘、云台、壳体和安装在壳体内的电路板和外部接口，与现有技术不同的是：本伺服系统由随动端和控制端组成，随动端由电子罗盘、单片机、电子云台组成，电子罗盘通过电平转换电路与单片机连接，单片机通过可控硅电机驱动电路与电子云台连接；控制端由旋转编码器、单片机和液晶显示屏组成，旋转编码器通过控制电路与单片机连接，单片机与液晶屏通过导线连接，控制端和随动端的单片机通过RS485信道连接。

控制端把旋转编码器的指令传送到随动端的电子云台，使云台完成相应的动作。

随动端将电子罗盘的方位信号传递给控制端，按照相应的规则解码，在液晶显示屏上显示。

若要控制云台转动，首先转动旋转编码器，按键旋钮是用户与把信息传递给系统最直接的器件，带轻触的旋转编码器可以最简单直接的方式为用户提供信息录入与菜单选择。同样，通过MAX3485电平转换并送到信道上传输，随动端再次经过电平转换送给STM32单片机解码，控制云台转动。由于云台的工作电压是AC220V，所以为了能让单片机直接控制电机的运转，采用可控硅来达到直流低压控制交流市电。在系统中，采用可控硅器件BTA16 600E作为电机控制器，并结合光耦器件MOC3022一起使用避免市电部分对单片机的影响。

本实用新型的优点是：

（1）选用STM32F103C8T6为控制端和随动端的主控单片机，它是基于嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核32位单片机，最高时钟频率可达72MHz，而且具有丰富的外设接口，方便扩展其他功能，像这样一块高性能的单片机仅为13.5元左右，使得本系统具有高效率，低功耗，低成本的优点。

（2）在系统中，采用MAX3485，完成RS485与TTL电平转换，RS485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强，使数据传输速率最高可以达到10Mbps，最大的通信距离约为1219M。由于控制端的命令、随动系统的反馈信息都要通过RS485的通信信道，信道的稳定性和可靠性都决定了系统的性能。

（3）DCM308是一款高精度三维罗盘，其航向精度可以达到0.2度。它采用美国专利技术的硬铁和软铁校准算法,使得其在纬度到达 85°的时候仍然能提供高精度的航向信息。它具有小型和低功耗的特点,提高了本系统的性能。

（4）在软件设计中，采用粗调和细调两种方式，使得系统能达到更高的精度；

（5）在软件设计中，独创性的添加锁定功能，使得云台在外力作用发生偏转的情况下，可以自动完成调整，对准目标。

（6）本系统基于高精度三维电子罗盘返回的数据，将云台实时坐标由液晶显示屏显示，操纵旋转编码器即可以完成对远端云台的控制，具有结构简单，操作方便等特点。

附图说明

图1是本实用新型基于电子罗盘的水下云台伺服系统组成框图。

图2是本实用新型伺服系统控制端的流程框图。

图3是本实用新型伺服系统随动端的流程框图。

具体实施方式

结合附图说明如下；

参见图1，本实用新型伺服系统由随动端和控制端组成，随动端由电子罗盘、STM32F103C8T6单片机、电子云台组成，电子罗盘通过电平转换电路与单片机连接，单片机通过可控硅电机驱动电路与电子云台连接；控制端由旋转编码器、单片机和液晶显示屏组成，旋转编码器通过控制电路与单片机连接，单片机与液晶屏通过导线连接，控制端和随动端的单片机通过RS485信道连接。

参见图2，电子罗盘采用的标准RS232输出接口，输出的信号首先要经过MAX3232电平转换电路将RS232信号转换成TTL电平。TTL电平形式的电子罗盘信号通过USART1串口到达STM32F103C8T6单片机，通过软件编程实现

Figure 2011204451098100002DEST_PATH_IMAGE001

对电子罗盘返回的数据进行校验，检查是否有误码；

通过TIM2定时器中断函数，实现每隔90ms分别读取电子罗盘实时的俯仰、横滚和方位角坐标，并将其通过RS485信道送给控制端。系统的随动端和控制端是通过RS485信道进行相关数据交换的，可以有效地延长通信距离并提高通信效率，采用MAX3485完成TTL电平与RS485电平转换。完成控制端与随动端信息交互，判断USART3是否接收到数据，校验接收到的数据是否无误，单片机完成译码，I/O口输出TTL电平控制云台转动。电子云台的工作电压是AC220V，所以为了能让单片机直接控制云台电机的运转，采用可控硅器件使低压直流直接控制交流市电。在系统中，采用可控硅器件BTA16 600E作为电机控制器，并结合光耦器件MOC3022一起使用避免市电部分对单片机的影响。

参见图3，在控制端接收到随动端发送来的电子罗盘信号，首先要进行电平转换，然后将信号送给STM32F103C8T6单片机的USART1串口，这里通过对单片机编程实现

对传送过来的信号进行校验，检查其是否存在误码；

识别接收到数据中命令字（0x81h,为俯仰坐标；0x82h,为横滚坐标；0x83h,为方位角坐标）判断其坐标方式，并送给液晶屏显示。选用TLX1761液晶显示器，其显示尺寸为5.7寸，分辨率为240×128，是一块需要背光驱动的液晶屏，液晶屏的控制器为T6963。为了让液晶屏保持正常工作状态，需要提供两种工作电压：

AC400V，这部分采用TDK公司生产的现成模块，可以很好点亮液晶屏的背景光；

调节对比度的电压，此部分采用单片式DC-DC变换器MOC34063，其可以将将+5V变换成-1.25V～-25V的电压，实验发现，输出电压为-12V时，液晶屏显示状态为最优。在控制云台的操作中，旋转编码器作为人机信息交换的组件，起着关键的作用。在旋转编码器的驱动电路中，每一个输出处都用一个10K的电阻上拉，以使电平足够稳定，提高一定的驱动电流。按下或者转动旋转编码器可以引起单片机的中断响应，执行相应的动作，直接反映就是使不同的菜单显示在液晶显示器上，方便用户进行操作。旋转编码器触发中断，单片机执行相关中断函数。单片机控制云台可以完成以下功能：

俯仰、横滚手动调整，两个旋转编码器分别实现粗调与细调；

设置俯仰、横滚坐标，完成自动跳转；

设置俯仰、横滚坐标，完成自动锁定。

自动锁定功能和自动跳转功能的不同之处在于,当系统由于外力或者其他原因偏离了设置好的坐标时，系统可以再次做出调整，这样就可以使电子云台始终保持转向同一个方向，确保试验成功的概率。

Claims

1.基于电子罗盘的水下云台伺服系统，包括电子罗盘、云台、壳体和安装在壳体内的电路板和外部接口，其特征是：本伺服系统由随动端和控制端组成，随动端由电子罗盘、单片机、电子云台组成，电子罗盘通过电平转换电路与单片机连接，单片机通过可控硅电机驱动电路与电子云台连接；控制端由旋转编码器、单片机和液晶显示屏组成，旋转编码器通过控制电路与单片机连接，单片机与液晶显示屏通过导线连接，控制端和随动端的单片机通过RS485信道连接。