CN203982207U - 基于双鉴位移传感器的网络化智能软定位的纠偏导向系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于双鉴位移传感器带智能软定位网络化的纠偏导向系统，包括单片机最小系统，单片机最小系统通过CAN总线连接双鉴位移传感器，单片机最小系统通过全桥驱动电路连接纠偏执行器。本实用新型的有益效果是利用超声波及光电双鉴位移传感器纠偏，消除了纠偏盲区，纠偏系统可靠性高。

Description

基于双鉴位移传感器的网络化智能软定位的纠偏导向系统

技术领域

本实用新型属于导向系统设计技术领域，涉及基于双鉴位移传感器的具备智能软定位网络化纠偏导向系统。

背景技术

目前传统的单一功能的光电色差传感，一旦进入无色差区域，纠偏系统将长期失去反馈信息，往往造成纠偏执行器朝向一个固定方向恶性偏离而却直到纠偏器运动达到纠偏行程的末端，出现紧急告警后才能强迫停止。

对纠偏执行器实时定位，并防止纠偏执行走到行程末端卡死电机烧坏电机和驱动器，需要一套非常复杂的机械定位、限位和“定中”系统，因此造成整个系统结构复杂，设备价格昂贵、且系统可靠性低，维护成本高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供基于双鉴位移传感器带智能软定位网络化的纠偏导向系统，解决了现有的纠偏系统靠单一功能的光电色差传感纠偏，当进入无色差区域，纠偏系统长期失去作用的问题。

本实用新型所采用的技术方案是包括单片机最小系统，单片机最小系统通过CAN总线连接双鉴位移传感器，单片机最小系统通过全桥驱动电路连接纠偏执行器。

进一步，所述单片机最小系统包括主控单片机STC15F2K60S2，主控单片机STC15F2K60S2分别通过电路连接看门狗、键盘和显示屏；

所述双鉴位移传感器包括桥型驱动器IR2103、超声发送探头TR40、超声接收探头TR40、超声波接收器CX22106A、白光LED和CCD线阵色差传感器TSL1401构成；主控单片机STC15F2K60S2分别通过电路连接桥型驱动器IR2103、超声波接收器CX22106A、白光LED和CCD线阵色差传感器TSL1401，桥型驱动器IR2103通过电路连接超声发送探头TR40，超声波接收器CX22106A通过电路连接超声波接收器CX22106A；

所述纠偏执行器包括电机和丝杠，电机可带动丝杠移动定位；

所述全桥驱动电路，包括PMOS管Q1、Q2和NMOS管Q3、Q4，纠偏执行器的电机分别与Q1、Q2、Q3、Q4一级相连，Q1、Q2、Q3、Q4另一级分别连接主控单片机STC15F2K60S2，Q1、Q2第三级还分别连接+24V电源，Q3、Q4第三级还分别通过两个10K电阻和电容滤波后连接主控单片机STC15F2K60S2、还通过0.2欧电阻接地。

本实用新型的有益效果是利用超声波及光电双鉴位移传感器纠偏，消除了纠偏盲区，纠偏系统可靠性高。

附图说明

图1是本实用新型系统结构示意图；

图2是本实用新型单片机最小系统结构示意图；

图3是本实用新型双鉴位移传感器结构示意图；

图4是本实用新型纠偏执行器结构示意图；

图5是本实用新型全桥驱动电路连接示意图；

图6是本实用新型全桥驱动电路电路图。

图中，1.单片机最小系统，2.双鉴位移传感器，3.纠偏执行器，4.全桥驱动电路，101.主控单片机STC15F2K60S2，102.看门狗，103.键盘，104.显示屏，201.桥型驱动器IR2103，202.超声发送探头TR40，203.超声接收探头TR40，204.超声波接收器CX22106A，205.白光LED，206.CCD线阵色差传感器TSL1401。

具体实施方式

下面通过附图和具体实施方式对本实用新型进行说明。

本实用新型系统如图1所示，包括单片机最小系统1，单片机最小系统1通过CAN总线连接双鉴位移传感器2，单片机最小系统1通过全桥驱动电路4连接纠偏执行器3；

所述单片机最小系统1，对双鉴位移传感器2采集的物料位置信息进行处理，输出电平信息给全桥驱动电路4；

所述双鉴位移传感器2：由相互独立的超声波位移传感器和精密色彩光电色差传感器构成，超声波位移传感器作辅助检测器，通过物料对超声波的遮挡引起振幅衰减快速定位物料与传感器间的相对位置，从而实现对物料的快速捕捉和粗定位，此后由精密色彩光电色差传感器实现物料精确定位，当纠偏系统因失控大范围走偏时，光电色差传感器指向了物料无色差区域，光电色差传感器失能，此时超声波位移传感器会再次实现快速物料捕捉何和重定位；

所述全桥驱动电路4通过两对场效应管组成桥型驱动，将接收到的电平信息进行组合从而控制偏执行器3的电机正传、反转或暂停，并将电机电流转换为电压信号送给单片机最小系统1；

所述偏执行器3的电机接收全桥驱动电路4电平信号，从而控制丝杠实现准确定位。

如图2所示为单片机最小系统1：由主控单片机STC15F2K60S2101，受控振荡型掉电看门狗102、键盘103及显示屏104构成。主控单片机STC15F2K60S2101内含8路10位A/D转化器，60K闪存程序空间(FLASH)，1024字节随机存储器(RAM)，片上还配置SPI和I2C接口，内含四个定时器(可实现计数、定时、捕获、脉宽调制PWM和编程脉冲输出)，并配有双串口，其中第一串口通过RS232接口可连接上位微机，并同时具备在系统(ISP)和在运用(IAP)编程能力。主控单片机STC15F2K60S2101通过键盘103输入指令“自动”命令，在显示屏104上显示“-11-”，系统进入自动纠偏状态对双鉴位移传感器2测量得到的数字信号进行软件滤波和比对，决策输出控制量，发出“正转”(01)或“反转”(10)或“暂停”(11/00)TTL电平的开关信号给纠偏执行器3，命令纠偏执行器3输出正向或反向电流控制电机或者关闭电机，使电机正反转或暂停，按比例以反向位移自动抵消或纠正卷料对双鉴位移传感器2的相对偏差或保持当前卷料处于最佳位置。

CAN总线可连接多个纠偏系统，实现纠偏系统之间无中心或准中心双向数据交互，此时CAN总线由CAN总线控制器PCA82C250进行控制，并和主控单片机STC15F2K60S2101的第二串行口间以TTL电平直接接口。

双鉴位移传感器2：包括相互独立的超声波位移传感器和光电色差传感器，超声波位移传感器包括桥型驱动器IR2103201、超声发送探头TR40202和超声接收探头TR40203组成，其结构原理图如图3所示。40KHz超声频率由主控单片机STC15F2K60S2101直接产生，并经桥型驱动器IR2103201驱动全密封型超声发送探头TR40202通过电声转换产生40KHz的超声波；超声接收探头TR40203接收到超声波经过声电转换送到低噪声40Hz专用一体化超声波接收器CX22106A204中被放大、限幅、选通、检波、最后整形输出，其检波输出电压反比于物料在超声波传输路径上的遮挡度，该模拟电压被送到主控单片机STC15F2K60S2101中进行模数转换(A/D)，最后经软件决策命令纠偏执行器3产生大位移，快速移动丝杠以抵消卷料与“电眼”间的较大偏差。

光电色差传感器由白光LED205的光源和集成CCD线阵色差传感器TSL1401206构成，该线阵色差传感器TSL1401206以SPI接口直接输出数字量给主控单片机STC15F2K60S2101，采用白光LED205为光源是以最宽的光谱泛适应不同色系的卷料，让主控单片机STC15F2K60S2101获得更高和更精细光电分辨率，并按比例控制纠偏执行器3做更精细更准确的位移调整。双鉴位移传感器2中集成了声光两套电眼(传感器)，能快速发现大的位移捕获又能实现微小偏差的精细定位，硬件可采用今天手机上广泛使用的低成本的CCD色差传感器。

纠偏执行器3可选择现有的将电机的圆周运动转换成丝杠的直线位移的设备，本实用新型采用的其中一种纠偏执行器3，由电机，同步轮、同步带、滚珠轴承、丝杆、推杆、套筒以及处于执行器两端的一对关节轴承和安装座构成，如图4所示，以纠偏执行器3中心位置为原点，执行器每往右走过一个固定时间片单片机内部计数加1，而在相同时间片内每左移一次则减1，并每次存储这些左右移动的位移累加值，一般说来这样已经有足够高准确度表达出当前丝杠相对原点的所走过的路由和最终位移量了。再参照数字化的步进电机、带有闭环控制的伺服电机以及今天日渐成为主流的无刷电机，它们本身具备和自带定位传感器，作实时修正，在取消附属硬件定位装置下完全可实现无位移累积误差的精准定位。

全桥驱动电路4是纠偏执行器3中电机的驱动电路，用双向电流驱动电机转动并换向，全桥驱动电路4与单片机最小系统1以及纠偏执行器3之间连接关系见图5，其工作原理简图见图6：它由两对PMOS NMOS功率场效应管桥型驱动，其中Q1、Q2为PMOS管，Q3、Q4为NMOS管，当P2.7、P2.6同时为为同时为高低电平，直流电机M短接抱死，电机停转保持静止，当P2.7为低电平，P2.6为高电平时Q1和Q4导通Q2和Q3截止，由+24V电源提供的驱动电流通过导通Q1从电机左侧穿越电机流向右侧，最后通过Q4和0.2欧电流采样电阻到地，电机向一个方向转动，反过来P2.7为高电平，P2.6为低电平Q2和Q3导通，Q1和Q4截止，穿过电机的电流反向，电机反向转动，这样P2.7、P2.6不同电平组合就实现对电机正传反转和暂停控制。接在电桥下端的0.2欧电流采样电阻，将电机电流转换为电压，经R、C滤波后加到主控单片机STC15F2K60S2101进行A/D转换作过流采样，并根据A/D转换值可判断电机是否正常转动，更主要是及时发现纠偏执行器因走到行程末端，电机被卡死，电机电流暴增，此刻单片机快速响应，关闭桥路截断电机电流，及时保护驱动桥路和电机自身安全。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (2)

1.基于双鉴位移传感器的具备智能软定位网络化纠偏导向系统，其特征在于：包括单片机最小系统(1)，单片机最小系统(1)通过CAN总线连接双鉴位移传感器(2)，单片机最小系统(1)通过全桥驱动电路(4)连接纠偏执行器(3)。

2.按照权利要求1所述基于双鉴位移传感器的具备智能软定位网络化纠偏导向系统，其特征在于：所述单片机最小系统(1)包括主控单片机STC15F2K60S2(101)，主控单片机STC15F2K60S2(101)分别通过电路连接看门狗(102)、键盘(103)和显示屏(104)；

所述双鉴位移传感器(2)包括桥型驱动器IR2103(201)、超声发送探头TR40(202)、超声接收探头TR40(203)、超声波接收器CX22106A(204)、白光LED(205)和CCD线阵色差传感器TSL1401(206)构成；主控单片机STC15F2K60S2(101)分别通过电路连接桥型驱动器IR2103(201)、超声波接收器CX22106A(204)、白光LED(205)和CCD线阵色差传感器TSL1401(206)，桥型驱动器IR2103(201)通过电路连接超声发送探头TR40(202)，超声波接收器CX22106A(204)通过电路连接超声波接收器CX22106A(204)；

所述纠偏执行器(3)包括电机和丝杠，电机可带动丝杠移动定位；

所述全桥驱动电路(4)，包括PMOS管Q1、Q2和NMOS管Q3、Q4，纠偏执行器(3)的电机分别与Q1、Q2、Q3、Q4一级相连，Q1、Q2、Q3、Q4另一级分别连接主控单片机STC15F2K60S2(101)，Q1、Q2第三级还分别连接+24V电源，Q3、Q4第三级还分别通过两个10K电阻和电容滤波后连接主控单片机STC15F2K60S2(101)、还通过0.2欧电阻接地。