宋海燕 陳繼濤
【摘 要】針對船舶的航向變化以及船的搖擺會給平臺系統(tǒng)帶來擾動的問題,提出了一種基于 8051單片機和陀螺儀的船載實時自動調(diào)平載物臺控制系統(tǒng), 并提出了整體設(shè)計方案, 最終對載物臺進行了總體測試,測試結(jié)果表明該控制系統(tǒng)能夠滿足性能指標要求。采用STC15F2K60S2單片機作為核心控制部件, 通過陀螺儀測量外部信號,將信號傳給單片機處理,然后再通過單片機控制舵機來進行實時調(diào)平的,以保證其始終處于水平狀態(tài)。該方法具有實現(xiàn)簡單、成本低、精度高等優(yōu)點。
【關(guān)鍵詞】船載載物臺;實時自動調(diào)平;單片機
0 引言
自動調(diào)平系統(tǒng)作為一種安放在運動物體上的設(shè)備,具有將其上的設(shè)備與運動物體擾動隔離的功能。自動調(diào)平系統(tǒng)無論在軍用還是在民用方面都有比較廣泛的用途,例如航拍、艦載導彈發(fā)射臺、船舶制造、船載衛(wèi)星接收天線等。為此,本文介紹了一種船載實時自動調(diào)平載物臺控制系統(tǒng),此載物臺將其上的設(shè)備與船舶的搖擺運動隔離,使固定于該載物臺上的設(shè)備始終處于水平狀態(tài)平臺。
自動調(diào)平載物臺整個系統(tǒng)主要由機械設(shè)計、硬件電路設(shè)計和軟件設(shè)計三個部分組成。
1 機械設(shè)計
機械部分是承載物品使之穩(wěn)定的載體,由底座、萬向軸、舵機、連桿、臺面、支柱等組成。示意圖如圖1所示。
2 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計
控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計部分主要由陀螺儀、電源、單片機最小系統(tǒng)組成。
2.1 陀螺儀
陀螺儀可以測量震動或運動的三軸全方向的加速度值和角速度值。本系統(tǒng)中采用MPU6050模塊(三軸陀螺儀+三軸加速度)。此款芯片內(nèi)置16bit AD轉(zhuǎn)換器,16位數(shù)據(jù)輸出,角速度的范圍小于等于±2000°/sec,加速度范圍為±2±4±8±16g,供電電壓為單電壓 3.3 V供電。另外,其低廉的價格可大大降低開發(fā)成本。
2.2 電源部分
電源部分選用了常用的7805穩(wěn)壓芯片,可輸出穩(wěn)定的+5V電壓,電路原理圖如圖3所示。
2.3 單片機最小系統(tǒng)
單片機最小系統(tǒng)作為自動調(diào)平載物臺的大腦,是整個系統(tǒng)的核心部分。本系統(tǒng)中單片機采用了STC15系列增強型8051單片機STC15F2K60S2,內(nèi)部集成MAX810專用復位電路,2路PWM,8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(25萬次/秒),非常適合電機控制,強干擾場合。陀螺儀和舵機與單片機的接口電路如圖4所示。
3 軟件設(shè)計
載物臺穩(wěn)定是通過陀螺儀測量載物臺臺面傾斜角度,經(jīng)過 A/ D 轉(zhuǎn)換后將數(shù)據(jù)送到單片機,再通過單片機來控制舵機來實現(xiàn)實時控制的,以控制載物臺保持水平,程序流程圖如圖5所示。
主程序主要包括初始化和主循環(huán)。主循環(huán)部分主要負責接收中斷傳過來的陀螺儀檢測的數(shù)據(jù),并用1602字符型液晶顯示角度,然后完成對舵機的驅(qū)動,實現(xiàn)載物臺的自動調(diào)平。對陀螺儀數(shù)據(jù)的處理是軟件設(shè)計中的一個重要部分,單片片首先對傳過來的三軸加速度和角速度進行處理,主要計算函數(shù)程序如下:
Display10BitData(GetData(ACCEL_XOUT_H),2,0); //顯示X軸加速度
4 結(jié)語
本文設(shè)計了一種能夠自動調(diào)平的船載載物臺,可以對載物臺臺面角度的改變隨時跟蹤,并進行修正。該載物臺控制精度高,反應(yīng)速度快,誤差小,能夠為普通用戶服務(wù)。
【參考文獻】
[1]張毅剛.單片機原理及接口技術(shù)(C51編程)[M].北京:人民郵電出版社,2011:168-172.
[2]郭天祥.單片機C語言教程 [M].北京:電子工業(yè)出版社,2011:38-50.
[3]彭軍.傳感器與檢測技術(shù)[M].西安:西安電子科技大學出版社,2013:10-15.
[4]張慶全.經(jīng)典實用電路大全[M].北京:機械工業(yè)出版社,2012:15-30.
[5]陳桂友.增強型8051單片機實用開發(fā)技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學出版社,2009:123-127.
[責任編輯:楊玉潔]