CN206223137U - 一种雪深自动检定系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种雪深自动检定系统，其技术特点是：包括检测台、控制电路板及上位机；所述检测台由安装架、托板、滚珠丝杠、步进电机、直线导轨、光栅位移传感器构成，所述控制电路板由单片机及其外围电路构成，该控制电路板由DC24V供电系统供电，该单片机与光栅位移传感器、驱动器、上位机相连接，该驱动器与步进电机相连接。本实用新型设计合理，其采用光栅位移传感器测距技术、单片机通过驱动器控制步进电机的控制技术以及传动机构实现了对自动雪深观测仪测量、校准等功能，避免人为因素造成的误差，其精度高且使用方便，并可以在室内进行操作，舒适度高。

Description

一种雪深自动检定系统

技术领域

本实用新型属于气象仪器检定技术领域，尤其是一种雪深自动检定系统。

背景技术

在气象观测领域中，雪深传感器得到了广泛应用，但是对雪深传感器进行测量和校准技术仍然是一个空白领域。按目前的检定方法来看，在雪深传感器现场校准过程中，必须要使用经计量检定的校准模块。上述校准模块使用铝合金材质制作，经氧化处理，表面平整光滑，不易磨损和变形。校准模块分为5cm和20cm高度两种规格，各2块。使用校准模块可以模拟5cm、10cm、20cm、30cm、40cm、50cm高度积雪深度，用传感器分别测量这6种高度，每种高度重复进行3次测量，计算误差。这种方法操作起来，相对比较复杂，并且在室外进行操作，舒适度较差，受到的人为因素影响比较大。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、精度高且操作方便的雪深自动检定系统。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种雪深自动检定系统，包括检测台、控制电路板及上位机；所述检测台由安装架、托板、滚珠丝杠、步进电机、直线导轨、光栅位移传感器构成，所述滚珠丝杠、直线导轨平行安装在安装架的上表面，所述托板底部嵌装在直线导轨上并与滚珠丝杠的滑块安装在一起，在托板的上部表面制有安装孔用于安装被测雪深传感器，该被测雪深传感器与上位机相连接，所述步进电机安装在滚珠丝杠的一端，所述光栅位移传感器平行安装在直线导轨的外侧且其移动部分与托板固装在一起，所述控制电路板由单片机及其外围电路构成，该控制电路板由DC24V供电系统供电，该单片机与光栅位移传感器、驱动器、上位机相连接，该驱动器与步进电机相连接。

所述检测台的前面板上设有显示屏、控制按键和串行端口，该显示屏、控制按键与单片机的I/O接口相连接，该串行端口一端与单片机的SPI接口相连接，该串行接口另一端与上位机相连接。

所述单片机分别通过串口与驱动器、光栅位移传感器相连接。

所述单片机采用ATMEGEA162芯片。

所述控制按键包括开关按键、行程按键、方向按键、确定按键、复位按键和停止按键。

本实用新型的优点和积极效果是：

1、本系统设计合理，其采用光栅位移传感器测距技术、单片机通过驱动器控制步进电机的控制技术以及传动机构实现了对自动雪深观测仪测量、校准等功能，避免人为因素造成的误差，其精度高且使用方便，并可以在室内进行操作，舒适度高。

2、本系统的控制主板与上位机可采用RS232、RS422、RS485通讯方式，根据使用环境不同，选配接口不同，使其产品安装更加简单、使用更加方便。

3、本系统在设备前面板上显示屏清晰地指示出设备的数据状态信息，便于设备的使用与维护。

附图说明

图1是本实用新型的检测台整体结构俯视图；

图2是本实用新型的检测台整体结构立体图；

图3是本实用新型的检测台前面板示意图；

图4是本实用新型的控制电路方框图；

图5是本实用新型的步进电机装置原理图；

图6是本实用新型的控制电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述：

一种雪深自动检定系统，包括检测台、控制电路板及上位机。如图1及图2所示，所述检测台由安装架1、托板2、滚珠丝杠3、步进电机4、直线导轨5、光栅位移传感器6构成，所述的滚珠丝杠、直线导轨平行安装在安装架的上表面，所述托板底部嵌装在直线导轨上并与滚珠丝杠的滑块安装在一起，在托板的上部表面制有安装孔7用于安装被测雪深传感器，该被测雪深传感器与上位机相连接，所述步进电机安装在滚珠丝杠的一端，所述光栅位移传感器平行安装在直线导轨的外侧且其移动部分与托板固装在一起。在检测台的前面板8上设有显示屏、控制按键和串行端口，通过该串行端口与上位机相连接，如图3所示，控制按键包括开关、行程、方向、确定、复位及停止按键，通过控制按键实现对步进电机的控制功能，同时显示屏中显示此次运行的结果。

控制电路板安装在检测台内部，如图4所示，该控制电路板由单片机及其外围电路构成，该控制电路板由DC24V供电系统供电，单片机通过I/O接口与前面板上的显示屏及控制按键相连接，该单片机的串口1连接步进电机装置，该单片机的串口2与光栅位移传感器相连接，该单片机通过SPI接口连接前面板上的串行端口与上位机相连接，该控制主板与上位机可采用RS232、RS422或RS485进行通信。上位机同时与被测雪深传感器相连接。在本实施例中，单片机采用ATMEGEA162，ATMEGEA162开发周期短，具有双串口功能，以及SPI功能。其中SPI接收上位机指令并通过串口1对步进电机进行行程控制。步进电机驱动滚珠丝杆使托板带动光栅位移传感器一起同步运动，到达规定行程后串口2接收光栅位移传感器的反馈数据进行判断，是否达到规定的行程距离。如未达到规定的行程距离再次通过串口1再次对步进电机进行行程控制，并通过串口2的反馈数据进行计算判断，直到达到规定的行程距离，以达到精确控制的目的，同时将行程误差上传到上位机中。在托板运行过程中，被测雪深传感器在行进过程中的检测数据实时传送上位机中。本实用新型也可以通过前面板的控制按键部分进行以上控制，依次选择将要移动的“行程”，以及“方向”，按“确定”按键即可实现，同时显示屏中显示此次运行的结果,运行过程中有问题随时按“停止”停止，运行结束后，按“复位”进行系统复位操作。

所述步进电机装置包括驱动器和步进电机，如图5所示，步进电机装置在控制电路板的控制下控制传动机构(滚珠丝杠)工作。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。步进电机通过双环形脉冲信号(控制信号)、功率驱动电路(驱动器)等组成控制系统下使用。

下面对本实用新型的各部分的工作原理进行说明

本实用新型的控制原理如图6所示，步进电机驱动器接收单片机的控制命令控制步进电机的步数，调节其自身的行程的距离。步进电机驱动传动机构运转，传动机构带动光栅位移传感器进行移动，并通过光栅位移传感器的反馈值来确定是否达到规定的行程距离，单片机根据反馈值修正步进电机的行程距离，以达到精确控制距离的目的。在达到设定距离后设定测量自动雪深观测仪测量准确度，是否达到规范中要求。

本实用新型的传动原理为：传动机构采用滚珠丝杠作为传动部分，并辅以直线导轨作为其固定装置，起到了校调滚珠丝杠安装的平行度，克服了滚珠丝杠在运动过程中产生的晃动，并提高其运动稳定性和精度。滚珠丝杠是工具机械和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，具有很小的摩擦阻力，作为步进电机装置具有如下特点：(1)效率高：与滑动丝杆副相比驱动力矩为1/3滚珠丝杆的丝杆轴与丝母之间有很多滚珠在做滚动运动，所以能得到较高的运动效率；(2)精确移动：微小进给是滚珠丝杆由于是利用滚珠运动，所以启动力矩极小，不会出现滑动运动那样的爬行现象，能保证实现精确的微小进给；(3)快速运动：滚珠丝杆高速进给可能滚珠丝杆由于运动效率高、发热小、所以可实现高速进给运动。直线导轨运动的作用是用来支撑和引导运动部件，按给定的方向做往复直线运动。本传动机构也可以理解是一种滚动辅助导引，是由钢珠在滑块跟导轨之间无限滚动循环，从而使托板沿着导轨轻易的高精度线性运动，并具有摩擦系数很低的特点，能轻易地达到很高的定位精度。

光栅位移传感器是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。光栅位移传感器可用作直线位移或者角位移的检测，其测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点，重复精度高，在本系统选择控制精度分辨率为1um。

上位机用于显示本次行程的距离、误差以及被测雪深传感器的数据返回值，通过以上数据计算判断被测雪深传感器误差是否在范围内，是否符合相关技术规范的要求，并形成报表，连接打印机后可打印。

需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。

Claims (5)

1.一种雪深自动检定系统，其特征在于：包括检测台、控制电路板及上位机；所述检测台由安装架、托板、滚珠丝杠、步进电机、直线导轨、光栅位移传感器构成，所述滚珠丝杠、直线导轨平行安装在安装架的上表面，所述托板底部嵌装在直线导轨上并与滚珠丝杠的滑块安装在一起，在托板的上部表面制有安装孔用于安装被测雪深传感器，该被测雪深传感器与上位机相连接，所述步进电机安装在滚珠丝杠的一端，所述光栅位移传感器平行安装在直线导轨的外侧且其移动部分与托板固装在一起，所述控制电路板由单片机及其外围电路构成，该控制电路板由DC24V供电系统供电，该单片机与光栅位移传感器、驱动器、上位机相连接，该驱动器与步进电机相连接。

2.根据权利要求1所述的一种雪深自动检定系统，其特征在于：所述检测台的前面板上设有显示屏、控制按键和串行端口，该显示屏、控制按键与单片机的I/O接口相连接，该串行端口一端与单片机的SPI接口相连接，该串行接口另一端与上位机相连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种雪深自动检定系统，其特征在于：所述单片机分别通过串口与驱动器、光栅位移传感器相连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种雪深自动检定系统，其特征在于：所述单片机采用ATMEGEA162芯片。

5.根据权利要求1或2所述的一种雪深自动检定系统，其特征在于：所述控制按键包括开关按键、行程按键、方向按键、确定按键、复位按键和停止按键。