CN216414278U - 一种脉冲调理电路和电动转台定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种脉冲调理电路和电动转台定位系统，包括检测开关本体U1、限流电阻R1、下拉电阻R2、二极管D3、限流电阻R5、三极管Q1、上拉电阻R6和逻辑门电路U4；所述检测开关本体U1包括两部分，分别为发光二极管和受光器；所述二极管D3的一端与受光器连接，二极管D3通过限流电阻R5与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的集电极还与逻辑门电路U4连接。在本实用新型中，通过脉冲调理电路的信号反馈，实现了对电动转台的精确控制。并且，器件成本低、方式简单，装配难度低，充分利用有效资源，解决了步进电机转位启停的抖动，实现电控转盘的高精度定位。

Description

一种脉冲调理电路和电动转台定位系统

技术领域

本实用新型属于设备控制技术领域，具体为一种脉冲调理电路和电动转台定位系统。

背景技术

电动转台定位是所有需要自动控制的转台所必须具备的功能，在研发寻北仪设备时，要对电控转台进行精确定位，定位精度的高低直接影响寻北结果的准确度。

现有技术中，如果寻北仪的电动转台需精确确定位置，通常采用高精度的检测开关，需要更高的精度定位时需要采用高精度编码器的方式，这样的方式不但使得电动转台的体积更大，安装要求更高，同时，编码器的成本也非常高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种脉冲调理电路和电动转台定位系统，以解决背景技术中提出的现有技术中，高精度定位时，使得电动转台的体积大、安装不方便，实用成本高的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种脉冲调理电路，包括检测开关本体U1、限流电阻R1、下拉电阻R2、二极管D3、限流电阻R5、三极管Q1、上拉电阻R6和逻辑门电路U4；

所述检测开关本体U1包括两部分，分别为发光二极管和受光器；所述发光二极管的一端与外部电源连接，发光二极管的另一端与限流电阻R1连接，所述受光器的输入端与外部电源连接，受光器的输出端与下拉电阻R2连接；

所述二极管D3的一端与受光器连接，二极管D3的另一端与限流电阻R5连接，二极管D3通过限流电阻R5与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发生极接地，三级管Q1的集电极通过上拉电阻R6与外部电源连接，三极管Q1的集电极还与逻辑门电路U4连接。

根据上述技术方案，所述三极管Q1的集电极与逻辑门电路U4的1号端口连接。

根据上述技术方案，所述逻辑门电路U4的5号端口与外部电源连接，逻辑门电路U4的2号端口也与三极管Q1的集电极连接，逻辑门电路U4的3号端口接地，逻辑门电路U4的4号端口为输出端。

一种电动转台定位系统，包括驱动装置、机械转盘、控制装置、位置检测装置和脉冲调理电路；其中，驱动装置与机械转盘连接，驱动装置用于驱动机械转盘转动；所述位置检测装置包括三个位置检测开关，分别为第一位置检测开关、第二位置检测开关和第三位置检测开关。

根据上述技术方案，所述第一位置检测开关设置在机械转盘上，第二位置检测开关设置在驱动装置的转动轴上，第三位置检测开关设置在驱动装置的内部，用于检测驱动装置的初始位置；并且，第一位置检测开关与第二位置检测开关分别通过脉冲调理电路与控制装置连接。

根据上述技术方案，在控制装置与驱动装置之间设置有驱动装置控制器，控制装置通过驱动装置控制器控制驱动装置的转动。

根据上述技术方案，所述脉冲调理电路包括第一脉冲调理电路和第二脉冲调理电路；其中，第一位置检测开关与第一脉冲调理电路连接，第二位置检测开关与第二脉冲调理电路连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

脉冲调理电路：通过检测开关本体U1、限流电阻R1、下拉电阻R2、二极管D3、限流电阻R5、三极管Q1、上拉电阻R6和逻辑门电路U4组成一个脉冲调理电路，通过脉冲调理电路将电信号转换为脉冲信号，方便MCU识别。

定位系统：通过设置驱动装置、机械转盘、控制装置和位置检测装置，并且，通过控制装置接受脉冲调理电路的信号反馈，实现了对电动转台的精确控制。并且，器件成本低、方式简单，装配难度低，充分利用有效资源，解决了步进电机转位启停的抖动，实现电控转盘的高精度定位。

附图说明

图1为本实用新型连接结构示意图；

图2为本实用新型脉冲调理电路图；

图3为本实用新型开关信号逻辑关系图。

图中标记：1-驱动装置，2-机械转盘，3-控制装置，4-第一位置检测开关，5-第二位置检测开关，6-第一脉冲调理电路，7-第二脉冲调理电路，8-驱动装置控制器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

如图1所示，一种脉冲调理电路，包括检测开关本体U1、限流电阻R1、下拉电阻R2、二极管D3、限流电阻R5、三极管Q1、上拉电阻R6和逻辑门电路U4；

所述检测开关本体U1包括两部分，分别为发光二极管和受光器；所述发光二极管的一端与外部电源连接，发光二极管的另一端与限流电阻R1连接，所述受光器的输入端与外部电源连接，受光器的输出端与下拉电阻R2连接；

所述二极管D3的一端与受光器连接，二极管D3的另一端与限流电阻R5连接，二极管D3通过限流电阻R5与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发生极接地，三级管Q1的集电极通过上拉电阻R6与外部电源连接，三极管Q1的集电极还与逻辑门电路U4连接。

所述三极管Q1的集电极与逻辑门电路U4的1号端口连接。

所述逻辑门电路U4的5号端口与外部电源连接，逻辑门电路U4的2号端口也与三极管Q1的集电极连接，逻辑门电路U4的3号端口接地，逻辑门电路U4的4号端口为输出端。

进一步的，受光器为光敏三极管。

脉冲调理电路的工作原理：检测开关本体U1由发光二极管和受光器两部分组成。把发光二极管和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光二极管的引脚接限流电阻R1，受光器的引脚为输出端接下拉电阻R2，二极管D3串接限流电阻R5，并与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的集电极接上拉电阻R6；再通过与逻辑门电路U4，转为逻辑电平输出。当机械转盘2转到检测位置时，检测开关本体U1无遮挡，受光器导通，受光器的发射极电平变高，通过二极管D3和限流电阻R5触发三极管Q1导通，三极管Q1集电极的电平由高变低，二极管D3的作用是提高三极管Q1基极的触发门限，防止干扰误触发；三极管Q1的高低电平再经逻辑门电路U4将高低电平信号送到输出端，完成检测。

实施例二

如图2所示，一种电动转台定位系统，包括驱动装置1、机械转盘2、控制装置3、位置检测装置和脉冲调理电路；其中，驱动装置1与机械转盘2连接，驱动装置1用于驱动机械转盘2转动；所述位置检测装置包括三个位置检测开关，分别为第一位置检测开关4、第二位置检测开关5和第三位置检测开关

所述第一位置检测开关4设置在机械转盘2上，第二位置检测开关5设置在驱动装置1的转动轴上，第三位置检测开关设置在驱动装置1的内部，用于检测驱动装置1的初始位置；并且，第一位置检测开关4与第二位置检测开关5分别通过脉冲调理电路与控制装置3连接；

在控制装置3与驱动装置1之间设置有驱动装置控制器8，控制装置3通过驱动装置控制器8控制驱动装置1的转动。

所述脉冲调理电路包括第一脉冲调理电路6和第二脉冲调理电路7；其中，第一位置检测开关4与第一脉冲调理电路6连接，第二位置检测开关5与第二脉冲调理电路7连接。

进一步的，驱动装置1为步进电机。

进一步的，控制装置3为单片机。

进一步的，驱动装置控制器8具体为步进电机驱动芯片(例如DRV8818)。

其中，第一位置检测开关4设置在机械转盘2上，第二位置检测开关5设置在驱动装置1的转动轴上；第三位置检测开关是对驱动装置1的HOME位置信号进行检测；机械转盘2的零位触点每经过第一位置检测开关4时，第一脉冲调理电路6产生一个检测信号；驱动装置1转动轴上的零位触点每经过第二位置检测开关5时，第二脉冲调理电路7也产生一个检测信号；驱动装置1转动时，当驱动装置1每转动7.2度时，驱动装置控制器8产生一个HOME位置检测信号；三路检测信号输出都是脉冲信号形式送入控制装置3(MCU)。电机转动时，首先，MCU识别有无第一位置开关信号，当MCU检测到该开关信号的上升沿时，MCU开始识别第二位置开关信号，当MCU识别到第二位置信号上升沿时，MCU开始识别第三位置HOME信号，此时MCU一识别到HOME信号上升沿到来时，立即控制电机停止转动。通过MCU对三个位置检测开关的脉冲信号进行联动识别控制，最终获得机械转盘2的精确位置。工程中该定位方式能够克服光电开关检测信号因外界因素变化(如温度，安装位置偏移等)引起的转盘位置精度的改变，通过简易的外围电路和MCU控制实现步进电机驱动机械转盘2的精确定位。

步进电机转动一周360°中，每转7.2°就产生一个HOME位置信号；同时，HOME位置的分辨率与步进电机的步进细分数有关，细分越多，HOME位置信号的分辨率越高。机械转盘2定位的工作流程：当控制装置3控制步进电机转动时，机械转盘2以固定的传动比转动，MCU在检测到机械转盘2上的第一位置检测开关4的信号后，MCU开始检测步进电机转动轴上的第二位置检测开关5的信号；当MCU识别到第二位置信号后，接着识别步进电机的HOME信号，当HOME信号到来时，控制电机停止转动；此时机械转盘2的位置即可精确定位。若步进电机与机械转盘2的传动比为1：90，电机细分为16，则电机HOME信号的位置分辨率为：7.2/16＝0.45度；进而机械转盘2位置分辨率为：0.45/90＝0.005度。

实施例三

本实施例为实施例二的进一步细化。

说明：第一位置检测开关4的脉冲为机械转盘2转动一周后回到零点所产生的圆周脉冲；其位置精度误差取决于第一位置检测开关4的检测误差；如果第一位置检测开关4的检测角度误差为1％，则第一位置检测开关4的误差为：360*1％＝3.6度，只用一个开关进行检查带来的误差是很大的；

第二位置检测开关5的脉冲为步进电机转动一周产生的位置脉冲，步进电机带动机械转盘2转动，如果机械转盘2与步进电机的传动比为90：1，第二位置检测开关5的脉冲对应机械转盘2旋转的角度为360/90＝4度；如果第二位置检测开关5的检测角度误差为1％，则第二位置检测误差为：4*1％＝0.04度；

第三位置检测开关的脉冲为步进电机HOME信号脉冲，此脉冲为步进电机的启动位置信号；步进电机一个脉冲步长为1.8度，每4个脉冲对应一个电流周期，每个电流周期7.2度对应有一个HOME脉冲；如果步进电机细分16步，则HOME信号对应转盘角度位置为7.2/16＝0.45度；

如果控制电机的HOME信号作为第三位置定位信号，则由HOME脉冲所确定的转台精度为：0.45/90＝0.005度；

当步进电机控制的机械转盘2工作时，MCU用于脉冲信号识别和控制步进电机的转动。三个检测开关联动定位的顺序为：MCU单片机首先识别第一位置检测开关4，当第一位置检测开关4信号产生时，MCU对第二位置检测开关5信号进行识别，当MCU识别到第二位置检测开关5信号后，再对步进电机的HOME信号进行识别，此时，检测到的位置信号即可定位转台的精确转动位置。

工作原理：当机械转盘2的第一位置检测开关4安装以后，其相对机械转盘2的物理位置关系也唯一确定。本实用新型是利用机械转盘2与驱动装置1的传动比，将安装在机械转盘2上的第一位置检测开关4、步进电机轴上的第二位置检测开关5和控制步进电机位置的HOME信号作为位置信号，进行联动识别。

由于步进电机与机械转盘2之间存在传动比，并且，所安装检测开关的位置不同，决定其所代表的物理位置的精度不同；同样，位置检测开关安装在不同的检测位置所反映的精度也不同。利用此原理，安装在三个位置的位置检测开关就代表了的不同精度。利用MCU(单片机)将三位置检测开关的信号结合起来，作为装置位置的粗侧和精测。

例如，识别安装在机械转盘2的第一位置检测开关4信号，其位置误差就是第一位置检测开关4本身的检测误差；若将检测开关安装在第二位置，即步进电机的转轴上，由于步进电机与机械转盘2的转动比为90:1，那么步进电机每转动90圈，机械转盘2才转动1圈，则在第二位置检测开关5的信号精度就提高了90倍；同样，步进电机产生的HOME信号，它是步进电机每转过7.2°圆周时就产生的一个HOME位置信号。同时，该HOME位置信号又和步进电机控制的细分有关，细分数越多，HOME位置信号对应的电机转动位置精度就越高。另外，由于步进电机无论停止在任何位置，步进电机重新控制启动时，都是在HOME状态下起步。如果控制步进电机在HOME信号到来时停止，就能够保证步进电机停止后并重新控制启动时，仍然保持在原物理位置不变。该特性对于要求较高的步进电机启停控制时，能够保持步进电机启停控制过程中连续精确定位。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种脉冲调理电路，其特征在于：包括检测开关本体U1、限流电阻R1、下拉电阻R2、二极管D3、限流电阻R5、三极管Q1、上拉电阻R6和逻辑门电路U4；

所述检测开关本体U1包括两部分，分别为发光二极管和受光器；所述发光二极管的一端与外部电源连接，发光二极管的另一端与限流电阻R1连接，所述受光器的输入端与外部电源连接，受光器的输出端与下拉电阻R2连接；

所述二极管D3的一端与受光器连接，二极管D3的另一端与限流电阻R5连接，二极管D3通过限流电阻R5与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发生极接地，三级管Q1的集电极通过上拉电阻R6与外部电源连接，三极管Q1的集电极还与逻辑门电路U4连接。

2.根据权利要求1所述的一种脉冲调理电路，其特征在于：所述三极管Q1的集电极与逻辑门电路U4的1号端口连接。

3.根据权利要求1所述的一种脉冲调理电路，其特征在于：所述逻辑门电路U4的5号端口与外部电源连接，逻辑门电路U4的2号端口也与三极管Q1的集电极连接，逻辑门电路U4的3号端口接地，逻辑门电路U4的4号端口为输出端。

4.一种电动转台定位系统，其特征在于：包括驱动装置(1)、机械转盘(2)、控制装置(3)、位置检测装置和权利要求1-3任一所述的脉冲调理电路；其中，驱动装置(1)与机械转盘(2)连接，驱动装置(1)用于驱动机械转盘(2)转动；所述位置检测装置包括三个位置检测开关，分别为第一位置检测开关(4)、第二位置检测开关(5)和第三位置检测开关。

5.根据权利要求4所述的一种电动转台定位系统，其特征在于：所述第一位置检测开关(4)设置在机械转盘(2)上，第二位置检测开关(5)设置在驱动装置(1)的转动轴上，第三位置检测开关设置在驱动装置(1)的内部，用于检测驱动装置(1)的初始位置；并且，第一位置检测开关(4)与第二位置检测开关(5)分别通过脉冲调理电路与控制装置(3)连接。

6.根据权利要求4所述的一种电动转台定位系统，其特征在于：在控制装置(3)与驱动装置(1)之间设置有驱动装置控制器(8)，控制装置(3)通过驱动装置控制器(8)控制驱动装置(1)的转动。

7.根据权利要求4所述的一种电动转台定位系统，其特征在于：所述脉冲调理电路包括第一脉冲调理电路(6)和第二脉冲调理电路(7)；其中，第一位置检测开关(4)与第一脉冲调理电路(6)连接，第二位置检测开关(5)与第二脉冲调理电路(7)连接。

Images