基于雙鑒位移傳感器的網(wǎng)絡(luò)化智能軟定位的糾偏導(dǎo)向系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了基于雙鑒位移傳感器帶智能軟定位網(wǎng)絡(luò)化的糾偏導(dǎo)向系統(tǒng)，包括單片機(jī)最小系統(tǒng)，單片機(jī)最小系統(tǒng)通過(guò)CAN總線連接雙鑒位移傳感器，單片機(jī)最小系統(tǒng)通過(guò)全橋驅(qū)動(dòng)電路連接糾偏執(zhí)行器。本實(shí)用新型的有益效果是利用超聲波及光電雙鑒位移傳感器糾偏，消除了糾偏盲區(qū)，糾偏系統(tǒng)可靠性高。
【專利說(shuō)明】基于雙鑒位移傳感器的網(wǎng)絡(luò)化智能軟定位的糾偏導(dǎo)向系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于導(dǎo)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及基于雙鑒位移傳感器的具備智能軟定位網(wǎng)絡(luò)化糾偏導(dǎo)向系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前傳統(tǒng)的單一功能的光電色差傳感，一旦進(jìn)入無(wú)色差區(qū)域，糾偏系統(tǒng)將長(zhǎng)期失去反饋信息，往往造成糾偏執(zhí)行器朝向一個(gè)固定方向惡性偏離而卻直到糾偏器運(yùn)動(dòng)達(dá)到糾偏行程的末端，出現(xiàn)緊急告警后才能強(qiáng)迫停止。
[0003]對(duì)糾偏執(zhí)行器實(shí)時(shí)定位，并防止糾偏執(zhí)行走到行程末端卡死電機(jī)燒壞電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器，需要一套非常復(fù)雜的機(jī)械定位、限位和“定中”系統(tǒng)，因此造成整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備價(jià)格昂貴、且系統(tǒng)可靠性低，維護(hù)成本高。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供基于雙鑒位移傳感器帶智能軟定位網(wǎng)絡(luò)化的糾偏導(dǎo)向系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有的糾偏系統(tǒng)靠單一功能的光電色差傳感糾偏，當(dāng)進(jìn)入無(wú)色差區(qū)域，糾偏系統(tǒng)長(zhǎng)期失去作用的問(wèn)題。
[0005]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是包括單片機(jī)最小系統(tǒng)，單片機(jī)最小系統(tǒng)通過(guò)CAN總線連接雙鑒位移傳感器，單片機(jī)最小系統(tǒng)通過(guò)全橋驅(qū)動(dòng)電路連接糾偏執(zhí)行器。
[0006]進(jìn)一步，所述單片機(jī)最小系統(tǒng)包括主控單片機(jī)STC15F2K60S2，主控單片機(jī)STC15F2K60S2分別通過(guò)電路連接看門狗、鍵盤和顯示屏；
[0007]所述雙鑒位移傳感器包括橋型驅(qū)動(dòng)器IR2103、超聲發(fā)送探頭TR40、超聲接收探頭TR40、超聲波接收器CX22106A、白光LED和CXD線陣色差傳感器TSL1401構(gòu)成；主控單片機(jī)STC15F2K60S2分別通過(guò)電路連接橋型驅(qū)動(dòng)器IR2103、超聲波接收器CX22106A、白光LED和C⑶線陣色差傳感器TSL1401，橋型驅(qū)動(dòng)器IR2103通過(guò)電路連接超聲發(fā)送探頭TR40，超聲波接收器CX22106A通過(guò)電路連接超聲波接收器CX22106A ；
[0008]所述糾偏執(zhí)行器包括電機(jī)和絲杠，電機(jī)可帶動(dòng)絲杠移動(dòng)定位；
[0009]所述全橋驅(qū)動(dòng)電路，包括PMOS管Ql、Q2和NMOS管Q3、Q4，糾偏執(zhí)行器的電機(jī)分別與Ql、Q2、Q3、Q4 一級(jí)相連，Ql、Q2、Q3、Q4另一級(jí)分別連接主控單片機(jī)STC15F2K60S2, Ql、Q2第三級(jí)還分別連接+24V電源，Q3、Q4第三級(jí)還分別通過(guò)兩個(gè)1K電阻和電容濾波后連接主控單片機(jī)STC15F2K60S2、還通過(guò)0.2歐電阻接地。
[0010]本實(shí)用新型的有益效果是利用超聲波及光電雙鑒位移傳感器糾偏，消除了糾偏盲區(qū)，糾偏系統(tǒng)可靠性高。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本實(shí)用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2是本實(shí)用新型單片機(jī)最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3是本實(shí)用新型雙鑒位移傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖4是本實(shí)用新型糾偏執(zhí)行器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖5是本實(shí)用新型全橋驅(qū)動(dòng)電路連接示意圖；
[0016]圖6是本實(shí)用新型全橋驅(qū)動(dòng)電路電路圖。
[0017]圖中，1.單片機(jī)最小系統(tǒng)，2.雙鑒位移傳感器，3.糾偏執(zhí)行器，4.全橋驅(qū)動(dòng)電路，101.主控單片機(jī)STC15F2K60S2，102.看門狗，103.鍵盤，104.顯示屏，201.橋型驅(qū)動(dòng)器IR2103，202.超聲發(fā)送探頭TR40，203.超聲接收探頭TR40，204.超聲波接收器CX22106A，205.白光LED，206.CCD線陣色差傳感器TSL1401。

【具體實(shí)施方式】
[0018]下面通過(guò)附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行說(shuō)明。
[0019]本實(shí)用新型系統(tǒng)如圖1所不，包括單片機(jī)最小系統(tǒng)I，單片機(jī)最小系統(tǒng)I通過(guò)CAN總線連接雙鑒位移傳感器2，單片機(jī)最小系統(tǒng)I通過(guò)全橋驅(qū)動(dòng)電路4連接糾偏執(zhí)行器3 ;
[0020]所述單片機(jī)最小系統(tǒng)I，對(duì)雙鑒位移傳感器2采集的物料位置信息進(jìn)行處理，輸出電平信息給全橋驅(qū)動(dòng)電路4 ；
[0021]所述雙鑒位移傳感器2:由相互獨(dú)立的超聲波位移傳感器和精密色彩光電色差傳感器構(gòu)成，超聲波位移傳感器作輔助檢測(cè)器，通過(guò)物料對(duì)超聲波的遮擋引起振幅衰減快速定位物料與傳感器間的相對(duì)位置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的快速捕捉和粗定位，此后由精密色彩光電色差傳感器實(shí)現(xiàn)物料精確定位，當(dāng)糾偏系統(tǒng)因失控大范圍走偏時(shí)，光電色差傳感器指向了物料無(wú)色差區(qū)域，光電色差傳感器失能，此時(shí)超聲波位移傳感器會(huì)再次實(shí)現(xiàn)快速物料捕捉何和重定位；
[0022]所述全橋驅(qū)動(dòng)電路4通過(guò)兩對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管組成橋型驅(qū)動(dòng)，將接收到的電平信息進(jìn)行組合從而控制偏執(zhí)行器3的電機(jī)正傳、反轉(zhuǎn)或暫停，并將電機(jī)電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)送給單片機(jī)最小系統(tǒng)I ;
[0023]所述偏執(zhí)行器3的電機(jī)接收全橋驅(qū)動(dòng)電路4電平信號(hào)，從而控制絲杠實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。
[0024]如圖2所示為單片機(jī)最小系統(tǒng)1:由主控單片機(jī)STC15F2K60S2101，受控振蕩型掉電看門狗102、鍵盤103及顯示屏104構(gòu)成。主控單片機(jī)STC15F2K60S2101內(nèi)含8路10位A/D轉(zhuǎn)化器，60K閃存程序空間(FLASH)，1024字節(jié)隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)，片上還配置SPI和I2C接口，內(nèi)含四個(gè)定時(shí)器(可實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)、定時(shí)、捕獲、脈寬調(diào)制PWM和編程脈沖輸出)，并配有雙串口，其中第一串口通過(guò)RS232接口可連接上位微機(jī)，并同時(shí)具備在系統(tǒng)(ISP)和在運(yùn)用(IAP)編程能力。主控單片機(jī)STC15F2K60S2101通過(guò)鍵盤103輸入指令“自動(dòng)”命令，在顯示屏104上顯示系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)糾偏狀態(tài)對(duì)雙鑒位移傳感器2測(cè)量得到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行軟件濾波和比對(duì)，決策輸出控制量，發(fā)出“正轉(zhuǎn)”(01)或“反轉(zhuǎn)”(10)或“暫?！?11/00)TTL電平的開(kāi)關(guān)信號(hào)給糾偏執(zhí)行器3,命令糾偏執(zhí)行器3輸出正向或反向電流控制電機(jī)或者關(guān)閉電機(jī)，使電機(jī)正反轉(zhuǎn)或暫停，按比例以反向位移自動(dòng)抵消或糾正卷料對(duì)雙鑒位移傳感器2的相對(duì)偏差或保持當(dāng)前卷料處于最佳位置。
[0025]CAN總線可連接多個(gè)糾偏系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)糾偏系統(tǒng)之間無(wú)中心或準(zhǔn)中心雙向數(shù)據(jù)交互，此時(shí)CAN總線由CAN總線控制器PCA82C250進(jìn)行控制，并和主控單片機(jī)STC15F2K60S2101的第二串行口間以TTL電平直接接口。
[0026]雙鑒位移傳感器2:包括相互獨(dú)立的超聲波位移傳感器和光電色差傳感器，超聲波位移傳感器包括橋型驅(qū)動(dòng)器IR2103201、超聲發(fā)送探頭TR40202和超聲接收探頭TR40203組成，其結(jié)構(gòu)原理圖如圖3所示。40KHz超聲頻率由主控單片機(jī)STC15F2K60S2101直接產(chǎn)生，并經(jīng)橋型驅(qū)動(dòng)器IR2103201驅(qū)動(dòng)全密封型超聲發(fā)送探頭TR40202通過(guò)電聲轉(zhuǎn)換產(chǎn)生40KHz的超聲波；超聲接收探頭TR40203接收到超聲波經(jīng)過(guò)聲電轉(zhuǎn)換送到低噪聲40Hz專用一體化超聲波接收器CX22106A204中被放大、限幅、選通、檢波、最后整形輸出，其檢波輸出電壓反比于物料在超聲波傳輸路徑上的遮擋度，該模擬電壓被送到主控單片機(jī)STC15F2K60S2101中進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)，最后經(jīng)軟件決策命令糾偏執(zhí)行器3產(chǎn)生大位移，快速移動(dòng)絲杠以抵消卷料與“電眼”間的較大偏差。
[0027]光電色差傳感器由白光LED205的光源和集成C⑶線陣色差傳感器TSL1401206構(gòu)成，該線陣色差傳感器TSL1401206以SPI接口直接輸出數(shù)字量給主控單片機(jī)STC15F2K60S2101，采用白光LED205為光源是以最寬的光譜泛適應(yīng)不同色系的卷料，讓主控單片機(jī)STC15F2K60S2101獲得更高和更精細(xì)光電分辨率，并按比例控制糾偏執(zhí)行器3做更精細(xì)更準(zhǔn)確的位移調(diào)整。雙鑒位移傳感器2中集成了聲光兩套電眼(傳感器)，能快速發(fā)現(xiàn)大的位移捕獲又能實(shí)現(xiàn)微小偏差的精細(xì)定位，硬件可采用今天手機(jī)上廣泛使用的低成本的CXD色差傳感器。
[0028]糾偏執(zhí)行器3可選擇現(xiàn)有的將電機(jī)的圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成絲杠的直線位移的設(shè)備，本實(shí)用新型采用的其中一種糾偏執(zhí)行器3，由電機(jī)，同步輪、同步帶、滾珠軸承、絲桿、推桿、套筒以及處于執(zhí)行器兩端的一對(duì)關(guān)節(jié)軸承和安裝座構(gòu)成，如圖4所示，以糾偏執(zhí)行器3中心位置為原點(diǎn)，執(zhí)行器每往右走過(guò)一個(gè)固定時(shí)間片單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)加1，而在相同時(shí)間片內(nèi)每左移一次則減1，并每次存儲(chǔ)這些左右移動(dòng)的位移累加值，一般說(shuō)來(lái)這樣已經(jīng)有足夠高準(zhǔn)確度表達(dá)出當(dāng)前絲杠相對(duì)原點(diǎn)的所走過(guò)的路由和最終位移量了。再參照數(shù)字化的步進(jìn)電機(jī)、帶有閉環(huán)控制的伺服電機(jī)以及今天日漸成為主流的無(wú)刷電機(jī)，它們本身具備和自帶定位傳感器，作實(shí)時(shí)修正，在取消附屬硬件定位裝置下完全可實(shí)現(xiàn)無(wú)位移累積誤差的精準(zhǔn)定位。
[0029]全橋驅(qū)動(dòng)電路4是糾偏執(zhí)行器3中電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，用雙向電流驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并換向，全橋驅(qū)動(dòng)電路4與單片機(jī)最小系統(tǒng)I以及糾偏執(zhí)行器3之間連接關(guān)系見(jiàn)圖5，其工作原理簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖6:它由兩對(duì)PMOS NMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管橋型驅(qū)動(dòng)，其中Ql、Q2為PMOS管，Q3、Q4為NMOS管，當(dāng)P2.7、P2.6同時(shí)為為同時(shí)為高低電平，直流電機(jī)M短接抱死，電機(jī)停轉(zhuǎn)保持靜止，當(dāng)P2.7為低電平，P2.6為高電平時(shí)Ql和Q4導(dǎo)通Q2和Q3截止，由+24V電源提供的驅(qū)動(dòng)電流通過(guò)導(dǎo)通Ql從電機(jī)左側(cè)穿越電機(jī)流向右側(cè)，最后通過(guò)Q4和0.2歐電流采樣電阻到地，電機(jī)向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，反過(guò)來(lái)P2.7為高電平，P2.6為低電平Q2和Q3導(dǎo)通，Ql和Q4截止，穿過(guò)電機(jī)的電流反向，電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣P2.7、P2.6不同電平組合就實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)正傳反轉(zhuǎn)和暫停控制。接在電橋下端的0.2歐電流采樣電阻，將電機(jī)電流轉(zhuǎn)換為電壓，經(jīng)R、C濾波后加到主控單片機(jī)STC15F2K60S2101進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換作過(guò)流采樣，并根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換值可判斷電機(jī)是否正常轉(zhuǎn)動(dòng)，更主要是及時(shí)發(fā)現(xiàn)糾偏執(zhí)行器因走到行程末端，電機(jī)被卡死，電機(jī)電流暴增，此刻單片機(jī)快速響應(yīng)，關(guān)閉橋路截?cái)嚯姍C(jī)電流，及時(shí)保護(hù)驅(qū)動(dòng)橋路和電機(jī)自身安全。
[0030]以上所述僅是對(duì)本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改，等同變化與修飾，均屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.基于雙鑒位移傳感器的具備智能軟定位網(wǎng)絡(luò)化糾偏導(dǎo)向系統(tǒng)，其特征在于:包括單片機(jī)最小系統(tǒng)(I)，單片機(jī)最小系統(tǒng)(I)通過(guò)CAN總線連接雙鑒位移傳感器(2)，單片機(jī)最小系統(tǒng)(I)通過(guò)全橋驅(qū)動(dòng)電路(4)連接糾偏執(zhí)行器(3)。
2.按照權(quán)利要求1所述基于雙鑒位移傳感器的具備智能軟定位網(wǎng)絡(luò)化糾偏導(dǎo)向系統(tǒng)，其特征在于:所述單片機(jī)最小系統(tǒng)(I)包括主控單片機(jī)STC15F2K60S2(101)，主控單片機(jī)STC15F2K60S2(101)分別通過(guò)電路連接看門狗(102)、鍵盤(103)和顯示屏(104)； 所述雙鑒位移傳感器(2)包括橋型驅(qū)動(dòng)器IR2103(201)、超聲發(fā)送探頭TR40(202)、超聲接收探頭TR40(203)、超聲波接收器CX22106A(204)、白光LED (205)和CCD線陣色差傳感器TSL1401(206)構(gòu)成；主控單片機(jī)STC15F2K60S2 (101)分別通過(guò)電路連接橋型驅(qū)動(dòng)器IR2103(201)、超聲波接收器CX22106A(204)、白光LED (205)和CCD線陣色差傳感器TSL1401 (206)，橋型驅(qū)動(dòng)器IR2103 (201)通過(guò)電路連接超聲發(fā)送探頭TR40 (202)，超聲波接收器CX22106A(204)通過(guò)電路連接超聲波接收器CX22106A(204)； 所述糾偏執(zhí)行器(3)包括電機(jī)和絲杠，電機(jī)可帶動(dòng)絲杠移動(dòng)定位； 所述全橋驅(qū)動(dòng)電路⑷，包括PMOS管Ql、Q2和NMOS管Q3、Q4，糾偏執(zhí)行器(3)的電機(jī)分別與Ql、Q2、Q3、Q4 —級(jí)相連，QU Q2、Q3、Q4另一級(jí)分別連接主控單片機(jī)STC15F2K60S2(101)，Ql、Q2第三級(jí)還分別連接+24V電源，Q3、Q4第三級(jí)還分別通過(guò)兩個(gè)1K電阻和電容濾波后連接主控單片機(jī)STC15F2K60S2(101)、還通過(guò)0.2歐電阻接地。
【文檔編號(hào)】G05D3/12GK203982207SQ201420397035
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月18日
【發(fā)明者】劉祖澤 申請(qǐng)人:劉祖澤