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】本發(fā)明公開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)，包括單片機最小系統(tǒng)，單片機最小系統(tǒng)通過CAN總線連接雙鑒位移傳感器，單片機最小系統(tǒng)通過全橋驅(qū)動電路連接糾偏執(zhí)行器；本發(fā)明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]本發(fā)明屬于導(dǎo)向系統(tǒng)設(shè)計【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，一旦進入無色差區(qū)域，糾偏系統(tǒng)將長期失去反饋信息，往往造成糾偏執(zhí)行器朝向一個固定方向惡性偏離而卻直到糾偏器運動達(dá)到糾偏行程的末端，出現(xiàn)緊急告警后才能強迫停止。
[0003]對糾偏執(zhí)行器實時定位，并防止糾偏執(zhí)行走到行程末端卡死電機燒壞電機和驅(qū)動器，需要一套非常復(fù)雜的機械定位、限位和“定中”系統(tǒng)，因此造成整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備價格昂貴、且系統(tǒng)可靠性低，維護成本高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明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)進入無色差區(qū)域，糾偏系統(tǒng)長期失去作用的問題。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是包括單片機最小系統(tǒng)，單片機最小系統(tǒng)通過CAN總線連接雙鑒位移傳感器，單片機最小系統(tǒng)通過全橋驅(qū)動電路連接糾偏執(zhí)行器；
[0006]所述單片機最小系統(tǒng)，對雙鑒位移傳感器采集的物料位置信息進行處理，輸出電平信息給全橋驅(qū)動電路；
[0007]所述雙鑒位移傳感器:由相互獨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器，通過物料對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位置，從而實現(xiàn)對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現(xiàn)物料精確定位，當(dāng)糾偏系統(tǒng)因失控大范圍走偏時，光電色差傳感器指向了物料無色差區(qū)域，光電色差傳感器失能，此時超聲波位移傳感器會再次實現(xiàn)快速物料捕捉何和重定位；
[0008]所述全橋驅(qū)動電路通過兩對場效應(yīng)管組成橋型驅(qū)動，將接收到的電平信息進行組合從而控制偏執(zhí)行器的電機正傳、反轉(zhuǎn)或暫停，并將電機電流轉(zhuǎn)換為電壓信號送給單片機最小系統(tǒng)；
[0009]所述偏執(zhí)行器的電機接收全橋驅(qū)動電路電平信號，從而控制絲杠實現(xiàn)準(zhǔn)確定位。
[0010]進一步，所述單片機最小系統(tǒng)包括主控單片機STC15F2K60S2，主控單片機STCl5F2K60S2分別通過電路連接看門狗、鍵盤和顯示屏。
[0011]進一步，所述雙鑒位移傳感器包括橋型驅(qū)動器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STC15F2K60S2分別通過電路連接橋型驅(qū)動器IR2103、超聲波接收器CX22106A、白光LED和CXD線陣色差傳感器TSL1401，橋型驅(qū)動器IR2103通過電路連接超聲發(fā)送探頭TR40，超聲波接收器CX22106A通過電路連接超聲波接收器CX22106A。
[0012]進一步，所述全橋驅(qū)動電路，包括PMOS管Ql、Q2和NMOS管Q3、Q4，所述電機分別與Ql、Q2、Q3、Q4 一級相連，Ql、Q2、Q3、Q4另一級分別連接主控單片機STC15F2K60S2101,Q1、Q2第三級還分別連接+24V電源，Q3、Q4第三級還分別通過兩個1K電阻和電容濾波后連接主控單片機STC15F2K60S2、還通過0.2歐電阻接地。
[0013]本發(fā)明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】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是本發(fā)明單片機最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3是本發(fā)明雙鑒位移傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖4是本發(fā)明糾偏執(zhí)行器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖5是本發(fā)明全橋驅(qū)動電路連接示意圖；
[0019]圖6是本發(fā)明全橋驅(qū)動電路電路圖。
[0020]圖中，1.單片機最小系統(tǒng)，2.雙鑒位移傳感器，3.糾偏執(zhí)行器，4.全橋驅(qū)動電路，101.主控單片機STC15F2K60S2，102.看門狗，103.鍵盤，104.顯示屏，201.橋型驅(qū)動器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。

【具體實施方式】
[0021 ] 下面通過附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行說明。
[0022]本發(fā)明系統(tǒng)如圖1所示，包括單片機最小系統(tǒng)1，單片機最小系統(tǒng)I通過CAN總線連接雙鑒位移傳感器2，單片機最小系統(tǒng)I通過全橋驅(qū)動電路4連接糾偏執(zhí)行器3 ；
[0023]所述單片機最小系統(tǒng)I，對雙鑒位移傳感器2采集的物料位置信息進行處理，輸出電平信息給全橋驅(qū)動電路4 ；
[0024]所述雙鑒位移傳感器2:由相互獨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器，通過物料對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位置，從而實現(xiàn)對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現(xiàn)物料精確定位，當(dāng)糾偏系統(tǒng)因失控大范圍走偏時，光電色差傳感器指向了物料無色差區(qū)域，光電色差傳感器失能，此時超聲波位移傳感器會再次實現(xiàn)快速物料捕捉何和重定位；
[0025]所述全橋驅(qū)動電路4通過兩對場效應(yīng)管組成橋型驅(qū)動，將接收到的電平信息進行組合從而控制偏執(zhí)行器3的電機正傳、反轉(zhuǎn)或暫停，并將電機電流轉(zhuǎn)換為電壓信號送給單片機最小系統(tǒng)I ;
[0026]所述偏執(zhí)行器3的電機接收全橋驅(qū)動電路4電平信號，從而控制絲杠實現(xiàn)準(zhǔn)確定位。
[0027]如圖2所示為單片機最小系統(tǒng)1:由主控單片機STC15F2K60S2 101，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STC15F2K60S2 101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)隨機存儲器(RAM)，片上還配置SPI和I2C接口，內(nèi)含四個定時器(可實現(xiàn)計數(shù)、定時、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RS232接口可連接上位微機，并同時具備在系統(tǒng)(ISP)和在運用(IAP)編程能力。主控單片機STC15F2K60S2 101通過鍵盤103輸入指令“自動”命令，在顯示屏104上顯示系統(tǒng)進入自動糾偏狀態(tài)對雙鑒位移傳感器2測量得到的數(shù)字信號進行軟件濾波和比對，決策輸出控制量，發(fā)出“正轉(zhuǎn)”(01)或“反轉(zhuǎn)”(10)或“暫?！?11/00)TTL電平的開關(guān)信號給糾偏執(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或者關(guān)閉電機，使電機正反轉(zhuǎn)或暫停，按比例以反向位移自動抵消或糾正卷料對雙鑒位移傳感器2的相對偏差或保持當(dāng)前卷料處于最佳位置。
[0028]CAN總線可連接多個糾偏系統(tǒng)，實現(xiàn)糾偏系統(tǒng)之間無中心或準(zhǔn)中心雙向數(shù)據(jù)交互，此時CAN總線由CAN總線控制器PCA82C250進行控制，并和主控單片機STC15F2K60S2 101的第二串行口間以TTL電平直接接口。
[0029]雙鑒位移傳感器2:包括相互獨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)動器IR2103 201、超聲發(fā)送探頭11?40 202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STC15F2K60S2 101直接產(chǎn)生，并經(jīng)橋型驅(qū)動器IR2103 201驅(qū)動全密封型超聲發(fā)送探頭TR40 202通過電聲轉(zhuǎn)換產(chǎn)生40KHz的超聲波；超聲接收探頭TR40 203接收到超聲波經(jīng)過聲電轉(zhuǎn)換送到低噪聲40Hz專用一體化超聲波接收器CX22106A 204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STC15F2K60S2 101中進行模數(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，快速移動絲杠以抵消卷料與“電眼”間的較大偏差。
[0030]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TSL1401 206以SPI接口直接輸出數(shù)字量給主控單片機STC15F2K60S2 101，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STC15F2K60S2 101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現(xiàn)微小偏差的精細(xì)定位，硬件可采用今天手機上廣泛使用的低成本的CXD色差傳感器。
[0031]糾偏執(zhí)行器3可選擇現(xiàn)有的將電機的圓周運動轉(zhuǎn)換成絲杠的直線位移的設(shè)備，本發(fā)明采用的其中一種糾偏執(zhí)行器3，由電機，同步輪、同步帶、滾珠軸承、絲桿、推桿、套筒以及處于執(zhí)行器兩端的一對關(guān)節(jié)軸承和安裝座構(gòu)成，如圖4所示，省去了傳統(tǒng)糾偏執(zhí)行器全部的定位和限位附屬裝置，通過單片機控制電機實現(xiàn)絲杠當(dāng)前位移的準(zhǔn)確定位。省略定位限位硬件后，用軟件算法定位，其核心算法是基于“坐標(biāo)值的增減和所謂路由實時登記”，則以執(zhí)行器中心位置為原點，執(zhí)行器每往右走過一個固定時間片單片機內(nèi)部計數(shù)加1，而在相同時間片內(nèi)每左移一次則減1，并每次存儲這些左右移動的位移累加值，一般說來這樣已經(jīng)有足夠高準(zhǔn)確度表達(dá)出當(dāng)前絲杠相對原點的所走過的路由和最終位移量了。再參照數(shù)字化的步進電機、帶有閉環(huán)控制的伺服電機以及今天日漸成為主流的無刷電機，它們本身具備和自帶定位傳感器，作實時修正，在取消附屬硬件定位裝置下完全可實現(xiàn)無位移累積誤差的精準(zhǔn)定位。
[0032]全橋驅(qū)動電路4是糾偏執(zhí)行器3中電機的驅(qū)動電路，用雙向電流驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動并換向，全橋驅(qū)動電路4與單片機最小系統(tǒng)I以及糾偏執(zhí)行器3之間連接關(guān)系見圖5，其工作原理簡圖見圖6:它由兩對PMOS NMOS功率場效應(yīng)管橋型驅(qū)動，其中Ql、Q2為PMOS管，Q3、Q4為NMOS管，當(dāng)P2.7、P2.6同時為為同時為高低電平，直流電機M短接抱死，電機停轉(zhuǎn)保持靜止，當(dāng)P2.7為低電平，P2.6為高電平時Ql和Q4導(dǎo)通Q2和Q3截止，由+24V電源提供的驅(qū)動電流通過導(dǎo)通Ql從電機左側(cè)穿越電機流向右側(cè)，最后通過Q4和0.2歐電流采樣電阻到地，電機向一個方向轉(zhuǎn)動，反過來P2.7為高電平，P2.6為低電平Q2和Q3導(dǎo)通，Ql和Q4截止，穿過電機的電流反向，電機反向轉(zhuǎn)動，這樣P2.7、P2.6不同電平組合就實現(xiàn)對電機正傳反轉(zhuǎn)和暫?？刂?。接在電橋下端的0.2歐電流采樣電阻，將電機電流轉(zhuǎn)換為電壓，經(jīng)R、C濾波后加到主控單片機STC15F2K60S2 101進行A/D轉(zhuǎn)換作過流采樣，并根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換值可判斷電機是否正常轉(zhuǎn)動，更主要是及時發(fā)現(xiàn)糾偏執(zhí)行器因走到行程末端，電機被卡死，電機電流暴增，此刻單片機快速響應(yīng)，關(guān)閉橋路截斷電機電流，及時保護驅(qū)動橋路和電機自身安全。
[0033]主控單片機STC15F2K60S2 101用算法實現(xiàn)控制，無疑會大大簡化機械位移系統(tǒng)中全套復(fù)雜臃腫附屬輔助系統(tǒng)，而且不在需要在絲杠上開槽限制絲杠在套筒中環(huán)形滾動，大大降低機械部分復(fù)雜度和加工難度，并容許絲杠在套筒自由滾動，還可省去原來被迫增加的外部萬向節(jié)。并因為省去眾多的傳感器線把，可靠性得到提高，更節(jié)省了昂貴的線纜成本。
[0034]以上所述僅是對本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改，等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(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:包括單片機最小系統(tǒng)(I)，單片機最小系統(tǒng)(I)通過CAN總線連接雙鑒位移傳感器(2)，單片機最小系統(tǒng)(I)通過全橋驅(qū)動電路(4)連接糾偏執(zhí)行器(3)； 所述單片機最小系統(tǒng)(I)，對雙鑒位移傳感器(2)采集的物料位置信息進行處理，輸出電平信息給全橋驅(qū)動電路(4)； 所述雙鑒位移傳感器(2):由相互獨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器，通過物料對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位置，從而實現(xiàn)對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現(xiàn)物料精確定位，當(dāng)糾偏系統(tǒng)因失控大范圍走偏時，光電色差傳感器指向了物料無色差區(qū)域，光電色差傳感器失能，此時超聲波位移傳感器會再次實現(xiàn)快速物料捕捉何和重定位； 所述全橋驅(qū)動電路(4)通過兩對場效應(yīng)管組成橋型驅(qū)動，將接收到的電平信息進行組合從而控制偏執(zhí)行器(3)的電機正傳、反轉(zhuǎn)或暫停，并將電機電流轉(zhuǎn)換為電壓信號送給單片機最小系統(tǒng)(I)； 所述偏執(zhí)行器(3)的電機接收全橋驅(qū)動電路(4)電平信號，從而控制絲杠實現(xiàn)準(zhǔn)確定位。
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:所述單片機最小系統(tǒng)(I)包括主控單片機STC15F2K60S2(101)，主控單片機STC15F2K60S2(101)分別通過電路連接看門狗(102)、鍵盤(103)和顯示屏(104)。
3.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:所述雙鑒位移傳感器(2)包括橋型驅(qū)動器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STC15F2K60S2 (101)分別通過電路連接橋型驅(qū)動器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)動器IR2103 (201)通過電路連接超聲發(fā)送探頭TR40 (202)，超聲波接收器CX22106A(204)通過電路連接超聲波接收器CX22106A (204)。
4.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:所述全橋驅(qū)動電路(4)，包括PMOS管Ql、Q2和NMOS管Q3、Q4，所述電機分別與Q1、Q2、Q3、Q4 —級相連，Q1、Q2、Q3、Q4另一級分別連接主控單片機STC15F2K60S2 (101)，Q1、Q2第三級還分別連接+24V電源，Q3、Q4第三級還分別通過兩個1K電阻和電容濾波后連接主控單片機STC15F2K60S2(101)、還通過0.2歐電阻接地。
【文檔編號】G05D3/12GK104133488SQ201410341835
【公開日】2014年11月5日 申請日期: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 申請人:劉祖澤