CN205068178U - 一种仪器保持水平用的自动调节系统 - Google Patents
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Abstract
一种仪器保持水平用的自动调节系统，电动推杆的伸出端支撑在待调整的仪器上，角度传感器的检测端安装在待调整的仪器上以便于检测仪器的倾斜角度，角度传感器的输出端通过A/D转换模块与微处理器连接以便于将检测到的角度信号转换后传递给微处理器，微处理器的输出端与PWM脉宽调制波模块连接，PWM脉宽调制波模块的输出端与电机驱动模块连接以便于将微处理器信号传递给电机驱动模块，电机驱动模块带动电动推杆的伸缩以便于保持待调整的仪器水平。本实用新型通过角度传感器检测仪器的角度偏差值，通过对电机转速的控制，实现电推杆杆件伸缩量的精确控制，完成了迅速精确调平仪器的作用，减少了技术人员调平仪器的时间。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种装置，尤其是涉及一种仪器保持水平用的自动调节系统。
背景技术
随着现在中国建筑行业发展迅速，直接拉动我国的经济增长，无论是在城市还是在乡镇，施工工地都屡见不鲜。而在施工现场会用到各种各样的测量测试仪器。而这些仪器通常会使用三脚架作为支撑。而工地上的技术人员只能采用人工手动调节的方式使仪器保持平衡。由于施工现场的地面不平并且会时常处于恶劣天气条件下，人工调整十分困难而且经常会造成一些角度误差，同时也会由于环境的影响造成无法长时间保持仪器水平状态。严重影响了技术人员的工作效率以及施工质量。而这种安装在三脚架上可以实现仪器自动调节的装置解决了这一难题。由于采用PID控制使得在外界干扰的情况下仍旧可以保持仪器处于水平面，并且调平速度大大提高。即使在地面条件恶劣的情况下依旧可以保证仪器的水平效果。
该控制装置不仅可以用于建筑行业，同时也可用于诸如：野外测量，山地测绘等需要保证仪器水平的工作场合。给人们带来工作效率的同时也很大程度上减少了人为误差的影响，保证工作的严谨性。
实用新型内容
本实用新型的目的是为在恶劣工作条件下人工无法精确并快速的使仪器调至水平位置这一问题，提供一种仪器保持水平用的自动调节系统。
本实用新型为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：
一种仪器保持水平用的自动调节系统，包括微处理器、角度传感器、A/D转换模块、电源模块、PWM脉宽调制波模块、电机驱动模块和电动推杆，电动推杆的伸出端支撑在待调整的仪器上，角度传感器的检测端安装在待调整的仪器上以便于检测仪器的倾斜角度，角度传感器的输出端通过A/D转换模块与微处理器连接以便于将检测到的角度信号转换后传递给微处理器，微处理器的输出端与PWM脉宽调制波模块连接，PWM脉宽调制波模块的输出端与电机驱动模块连接以便于将微处理器信号传递给电机驱动模块，电机驱动模块带动电动推杆的伸缩以便于保持待调整的仪器水平，所述的电源模块连接在微处理器上为整个系统提供电源。
所述的微处理器的输出端上还连接有报警模块和LED灯指示模块以便于在超出调节系统调整范围时报警。
所述的电源模块包括为电机驱动模块提供12V直流电的直流电源I、为角度传感器提供3.3V直流电的直流电源II和为微处理器提供5V直流电的直流电源III。
所述报警模块和LED灯指示模块均由电源模块提供电源。
角度传感器电路采用MMA7361三轴角度加速度传感器检测仪器的X轴以及Y轴的倾斜角度，将采集到的角度值与控制电路中主控芯片STC12C5A60S2的A/D转换接口相连。STC12C5A60S2把采集到的角度模拟量转换成数字量通过运算得到X轴与Y轴两路实际角度偏差值，当测量角度超过调节范围时则装置通过蜂鸣器和LED灯进行声光报警。主控芯片在调节范围内根据偏差值的大小进行两路PID运算，即可得出相应PWM波的占空比。主控芯片输出两路PWM波至电机驱动电路。电机驱动采用的L298N作为驱动芯片。L298N可以同时驱动两个12V直流电机，并且可以编程控制电机的转向以及PWM波的输出，实现了对角度偏差值与电推杆的线性控制，即角度偏离值越大电推杆中的电机转速越快。
所述MMA7361三轴角度加速度传感器用于采集仪器平面上X轴与Y轴的倾斜角度。
所述L298N电机驱动芯片用于驱动电推杆中的12V直流电机，并且实现电机转动方向以及相应PWM波的输出。实现电机转速的控制。
所述STC12C5A60S2单片机可以采集八路模拟信号。实现10位A/D运算，并且可以输出两路PWM波。
本实用新型的有益效果是：本实用新型通过角度传感器检测仪器的角度偏差值，通过A/D转换模块得到实际的角度偏差值并传递给微处理器，若运算得到的实际角度偏差值在可调节范围内则根据角度的偏差值，微处理器就可以实现PID运算得出控制电机的PWM波的占空比并且确定电机的转向，否则控制装置则会进行声光报警。当装置正常工作时，主控芯片输出的PWM波通过电机驱动芯片L298N输出就可以完成对电机转速的控制，实现电推杆杆件伸缩量的精确控制，完成了迅速精确调平仪器的作用，减少了技术人员调平仪器的时间，并且极大的减少了人为原因的误差值。
附图说明
图1为本实用新型的信号传递图。
具体实施方式
图1所示，具体实施方式如下：
一种仪器保持水平用的自动调节系统，包括微处理器、角度传感器、A/D转换模块、电源模块、PWM脉宽调制波模块、电机驱动模块和电动推杆，电动推杆的伸出端支撑在待调整的仪器上，角度传感器的检测端安装在待调整的仪器上以便于检测仪器的倾斜角度，角度传感器的输出端通过A/D转换模块与微处理器连接以便于将检测到的角度信号转换后传递给微处理器，微处理器的输出端与PWM脉宽调制波模块连接，PWM脉宽调制波模块的输出端与电机驱动模块连接以便于将微处理器信号传递给电机驱动模块，电机驱动模块带动电动推杆的伸缩以便于保持待调整的仪器水平，所述的电源模块连接在微处理器上为整个系统提供电源。
所述的微处理器的输出端上还连接有报警模块和LED灯指示模块以便于在超出调节系统调整范围时报警。
所述的电源模块包括为电机驱动模块提供12V直流电的直流电源I、为角度传感器提供3.3V直流电的直流电源II和为微处理器提供5V直流电的直流电源III。
所述报警模块和LED灯指示模块均由电源模块提供电源。
本专利中采用12V直流电源供电推杆中电机使用，通过7805稳压芯片得到5V电源供控制系统及L298N电机驱动芯片及蜂鸣器报警电路和LED等指示使用，通过AMS1117稳压芯片得到3.3V电源供MMA7361角度加速度传感器使用。角度测量电路采用了MMA7361角度加速度传感器检测当前仪器的角度偏差值。当仪器固定在调节装置上，角度传感器就会开始检测当前角度把得到的角度值的模拟量输入到主控芯片STC12C5A60S2所自带的A/D转换模块中，STC12C5A60S2进行运算得出相应的角度值确定电机的转动方向同时判断角度是否在装置调节范围内，如果在可调节的范围内则进行PID控制运算得出需要输出的PWM波的占空比并且由STC12C5A60S2自带的PWM脉宽调制模块输出至电机驱动电路中。当调节角度超过调节范围，PWM波不输出，同时装置进行声光报警，由STC12C5A60S2控制蜂鸣器鸣叫，并且红色指示灯闪烁。电机驱动电路采用L298N电机驱动芯片，当接收到主控芯片发出的PWM波后，根据主控芯片要求的电机转动方向控制电机并且进行PWM输出实现电机的转速控制，由于采用的是PID控制方式，所以可以实现偏差角度同电推杆中电机的线性控制，达到杆件伸缩量与角度偏差值的线性控制。
MMA7361角度传感器用于仪器角度的检测，MMA7361可以同时检测X轴和Y轴的倾斜角度。
L298N工作电压最高可达36V能够同时控制两个24V以下的直流电机的转动方向以及实现利用PWM脉宽调制控制电机转速。
报警模块和LED灯指示模块进行相应的信息提示，并且在超过调节范围的情况下，主控芯片可以控制蜂鸣器鸣叫提示报警。
主控芯片选用的是STC12C5A60S2，STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟、机器周期(1T)的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。
MMA7361角度传感器采集的模拟量通过STC12C5A60S2自带的A/D转换模块进行模数转换进而运算得出仪器的倾斜角度值。由STC12C5A60S2自带的PWM模块实现PWM波的输出。
本实用新型仪器自动调节水平控制装置的工作原理与工作过程如下：利用角度传感器检测放置在三脚架上仪器的倾斜角度信号，将检测的信号传入单片机自带的A/D转换模块。由单片通过程序运算判读当前角度是否超出了调节范围。在正常调节范围内单片机会根据所测得的角度值与设定角度的差值进行PID控制运算，进而设定需要输出PWM波的占空比。单片机通过自带的PWM模块输出PWM波至电机驱动芯片L298N。L298N电机驱动芯片就可以将该信号输出实现对12V电机的转向以及转速的控制。如果当前角度超出了调节范围则单片机不进行PWM波输出，蜂鸣器鸣叫，LED灯闪烁报警。
本实用新型仪器自动调节水平控制装置解决了在恶劣的工作条件，仪器无法快速调平，造成人为误差的问题。可以实现快速将仪器调至水平，极大的减少了人为误差。通过单片机的精确控制，可以精确计算出当前仪器所处平面的角度值，真正做到的自动调平，快速调平，无需人为工作。
本实用新型仪器自动调节水平控制装置优点如下：
1.使用简单方便，适用范围广，能够安装在各种需要支架的仪器。
2.成本低廉，使用寿命长，具有极高的性价比。
3.利用PID控制算法，以及PWM脉宽调制技术实现了对电推杆杆件伸缩量的精确控制，极大的减少了角度误差，节约了调平仪器所需的工作时间，很大程度上提高了工作效率。
本实用新型所列举的技术方案和实施方式并非是限制，与本实用新型所列举的技术方案和实施方式等同或者效果相同方案都在本实用新型所保护的范围内。
Claims (4)
1.一种仪器保持水平用的自动调节系统，其特征在于：包括微处理器、角度传感器、A/D转换模块、电源模块、PWM脉宽调制波模块、电机驱动模块和电动推杆，电动推杆的伸出端支撑在待调整的仪器上，角度传感器的检测端安装在待调整的仪器上以便于检测仪器的倾斜角度，角度传感器的输出端通过A/D转换模块与微处理器连接以便于将检测到的角度信号转换后传递给微处理器，微处理器的输出端与PWM脉宽调制波模块连接，PWM脉宽调制波模块的输出端与电机驱动模块连接以便于将微处理器信号传递给电机驱动模块，电机驱动模块带动电动推杆的伸缩以便于保持待调整的仪器水平，所述的电源模块连接在微处理器上为整个系统提供电源。
2.根据权利要求1所述的一种仪器保持水平用的自动调节系统，其特征在于：所述的微处理器的输出端上还连接有报警模块和LED灯指示模块以便于在超出调节系统调整范围时报警。
3.根据权利要求1所述的一种仪器保持水平用的自动调节系统，其特征在于：所述的电源模块包括为电机驱动模块提供12V直流电的直流电源I、为角度传感器提供3.3V直流电的直流电源II和为微处理器提供5V直流电的直流电源III。
4.根据权利要求2所述的一种仪器保持水平用的自动调节系统，其特征在于：所述报警模块和LED灯指示模块均由电源模块提供电源。
Priority Applications (1)
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| CN201520855928.8U CN205068178U (zh) | 2015-10-30 | 2015-10-30 | 一种仪器保持水平用的自动调节系统 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106773645A (zh) * | 2016-12-02 | 2017-05-31 | 南京理工大学 | 一种自稳定饭勺 |
| CN114911275A (zh) * | 2022-07-13 | 2022-08-16 | 天津光电集团有限公司 | 一种调平检测装置及其工作方法 |
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2015
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