專利名稱：控制陀螺經(jīng)緯儀靈敏部自動(dòng)升降的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于屬于陀螺經(jīng)緯儀定位與定向技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及控制陀螺經(jīng)緯儀靈敏部自動(dòng) 升降的方法。
背景技術(shù)：
陀鹺經(jīng)緯儀可以在地理南北諱75°范圍內(nèi)的地面、礦井或隧道任意測(cè)點(diǎn)指示出真北方向， 在工程施工測(cè)量、艦船制造、軍事瞄準(zhǔn)中具有廣泛的應(yīng)用。
陀螺經(jīng)諱儀的定向過程一般包括粗定向(或粗尋北)和精定向(或精尋北)兩步。在陀螺經(jīng) 諱儀粗定向過程中，大多數(shù)采用人工下放陀螺靈敏部的方法；精定向時(shí)，目前必須通過下放 陀螺來定向。下放時(shí)，操作者轉(zhuǎn)動(dòng)陀螺鎖緊手輪，同時(shí)觀察目鏡，使陀螺靈敏部緩慢下放， 并進(jìn)行限幅。若下放控制不當(dāng)而引起光標(biāo)晃動(dòng)劇烈、運(yùn)動(dòng)過快或超出范圍，均需要重新下放。 所以人工下放陀螺對(duì)操作者的要求較高，在精定向時(shí)還會(huì)影響定向的精度和速度。在這種情 況下，陀螺儀靈敏部的自動(dòng)升降技術(shù)在尋北測(cè)量領(lǐng)域有著很高的實(shí)用價(jià)值。
發(fā)明內(nèi)容
，
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種控制陀螺經(jīng)緯儀靈敏部自動(dòng)升降的 方法，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)完成陀螺靈敏部的下放與托起，減少人為因素對(duì)尋北測(cè)量的影響，提高陀 螺經(jīng)緯儀的響應(yīng)速度、重復(fù)精度和自動(dòng)化程度。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是使DSP發(fā)出脈沖 與方向信號(hào)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，使驅(qū)動(dòng)器控制電機(jī)的運(yùn)行，使直線電機(jī)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制陀螺靈敏 部的升降，同時(shí)以電機(jī)運(yùn)行速度影響陀螺經(jīng)緯儀靈敏部尋北時(shí)擺幅的大小。
所說的控制陀螺靈敏部的升降，進(jìn)一步包括下列步驟
(1) 、陀螺儀靈敏部下放過程
在陀螺尋北過程中，首先起動(dòng)陀螺馬達(dá)，起動(dòng)指示燈亮，當(dāng)陀螺馬達(dá)達(dá)到編定轉(zhuǎn)速時(shí)， 指示燈滅再稍等一分鐘開始下放陀螺，撥動(dòng)自動(dòng)升降系統(tǒng)開始旋鈕至"開"位置，給整個(gè)自 動(dòng)升降系統(tǒng)通電，按動(dòng)電機(jī)下放按鈕，自動(dòng)升降系統(tǒng)對(duì)陀螺儀靈敏部實(shí)行下放動(dòng)作，DSP通 過KX管腳給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器方向控制引腳置高電平，電機(jī)控制靈敏部下放，自動(dòng)升降系統(tǒng)在陀螺 下放過程中采用變速控制，根據(jù)速度的需要，將下放過程中發(fā)送脈沖的頻率劃分為三個(gè)控制 區(qū)高頻區(qū)、低頻區(qū)和高頻區(qū)，DSP在一次陀螺儀靈敏部下放過程中最多發(fā)送3300個(gè)脈沖給
電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)運(yùn)動(dòng)距離由脈沖和光電開關(guān)反饋電路綜合控制，電機(jī)運(yùn)行到最下部時(shí)，就
會(huì)觸發(fā)光電開關(guān)由斷開到連通狀態(tài)，則光電開關(guān)反饋電路將產(chǎn)生一個(gè)階躍信號(hào)發(fā)送給DSP， DSP通過I03管腳接收反饋信號(hào)，DSP接收到光電開關(guān)反饋的信號(hào)時(shí)，停止發(fā)送脈沖信號(hào)，此 時(shí)系統(tǒng)待機(jī)，陀螺儀靈敏部處于完全下放狀態(tài)，等待操作人員按鍵控制系統(tǒng)下一步運(yùn)行；
(2) 、陀螺儀靈敏部托起過程
按動(dòng)電機(jī)托起按鈕，自動(dòng)升降系統(tǒng)對(duì)陀螺儀靈敏部實(shí)行托起動(dòng)作，DSP通過ICh管腳發(fā)
送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器方向控制引腳置低電平，電機(jī)控制靈敏部托起，此時(shí)DSP向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)出 頻率為300 Hz的脈沖，脈沖個(gè)數(shù)依然不超過3300個(gè)，直到接收到光電開關(guān)反饋信號(hào)時(shí)，停
止發(fā)送脈沖信號(hào)，系統(tǒng)待機(jī)，等待按鍵，如果需要再次下放陀螺，可以按動(dòng)下放按鈕，否則 可以撥動(dòng)自動(dòng)升降系統(tǒng)開始旋鈕至"關(guān)"位置，系統(tǒng)斷電。
所說的以電機(jī)運(yùn)行速度影響陀螺經(jīng)緯儀靈敏部尋北時(shí)擺幅的大小，是指DSP通過改變步 進(jìn)脈沖的頻率，改變電機(jī)托起和下放過程中的速度，從而最優(yōu)控制靈敏部的運(yùn)行。
本發(fā)明具備以下效果由于本發(fā)明采用了DSP、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、直線電機(jī)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)陀螺的 升降自動(dòng)控制，因而本發(fā)明提高了陀螺經(jīng)諱儀的響應(yīng)速度、重復(fù)精度和自動(dòng)化程度。


圖1為本發(fā)明所指的陀螺經(jīng)諱儀結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中l(wèi)是陀螺儀，2是陀螺儀靈敏部，3是頂桿，4是連接盤，5是驅(qū)動(dòng)裝置及控制系 統(tǒng)，6是經(jīng)緯儀。
圖2為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
圖3為直線電機(jī)控制方式示意圖。 圖中10?？刂齐姍C(jī)CLK(時(shí)鐘)、10,控制Direction(方向)、102控制Enable(使能)，103接 收光電開關(guān)反饋信號(hào)，100-103通過寄存器ASPCR和IOSR進(jìn)行軟件編程控制，ASPCR的低四 位設(shè)置輸入/輸出(0為輸入、l為輸出)，10SR低四位讀/寫I0數(shù)據(jù)。
圖4為陀螺儀靈敏部下放過程中的頻率變化示意圖。
圖5為光電開關(guān)電路示意圖。
圖6為電機(jī)控制程序流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
陀螺經(jīng)緯儀靈敏部自動(dòng)升降系統(tǒng)基于數(shù)字化的陀螺智能尋北系統(tǒng)。光標(biāo)信號(hào)通過智能尋 北系統(tǒng)的處理，實(shí)現(xiàn)了讀數(shù)的自動(dòng)化;控制直線電機(jī)的脈沖和方向信號(hào)由DSP (Digital Signal Processor數(shù)字信號(hào)處理器)處理模塊產(chǎn)生。陀螺儀靈敏部自動(dòng)升降系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。數(shù) 字控制采用DSP型號(hào)為TMS320F206;驅(qū)動(dòng)器為DCS4020型雙極斬波，采用半步控制；直線電 機(jī)型號(hào)為28F47-05-012，電機(jī)步長為。.^a^ZSz鵬陀螺儀采用徐州光學(xué)儀器廠生產(chǎn)的JT-15 陀螺儀；位置檢測(cè)采用光電開關(guān)H105。 DSP發(fā)出脈沖與方向信號(hào)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器控制 電機(jī)的運(yùn)行，直線電機(jī)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制陀螺靈敏部的升降，同時(shí)電機(jī)運(yùn)行速度影響到陀螺經(jīng) 緯儀靈敏部尋北時(shí)擺幅的大小。在這臺(tái)儀器上，脈沖頻率在26 40Hz時(shí)，電機(jī)下放可以達(dá)到 較好的效果，陀螺儀尋北擺幅為5 8格，擺動(dòng)過程穩(wěn)定。 (1)、陀螺儀靈敏部下放過程
在陀螺尋北過程中，首先起動(dòng)陀螺馬達(dá)，起動(dòng)指示燈亮。當(dāng)陀螺馬達(dá)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)， 指示燈滅再稍等一分鐘開始下放陀螺。撥動(dòng)自動(dòng)升降系統(tǒng)開始旋鈕至"開"位置，給整個(gè)自 動(dòng)升降系統(tǒng)通電。按動(dòng)電機(jī)下放按鈕，自動(dòng)升降系統(tǒng)對(duì)陀螺儀靈敏部實(shí)行下放動(dòng)作。如圖3 所示，DSP通過IOi管腳給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器方向控制引腳置高電平，電機(jī)控制靈敏部下放。自動(dòng)升 降系統(tǒng)在陀螺下放過程中采用變速控制，如圖4所示，根據(jù)速度的需要，將下放過程中發(fā)送 脈沖的頻率劃分為三個(gè)控制區(qū)高頻區(qū)、低頻區(qū)和高頻區(qū)。DSP在一次陀螺儀靈敏部下放過 程中最多發(fā)送3300個(gè)脈沖給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，設(shè)脈沖數(shù)目為n，下放過程中脈沖的頻率分布如下-0<n《1000，脈沖的頻率為200Hz; 1000<n《2000，脈沖的頻率為33 Hz; 2001<n《3300， 脈沖的頻率為200Hz。由于光電開關(guān)控制的行程為5順，而驅(qū)動(dòng)器接受3300個(gè)脈沖，電機(jī)的 行程為5.23875員，則驅(qū)動(dòng)器未接收到所有DSP發(fā)射的脈沖時(shí)電機(jī)就會(huì)由于光電開關(guān)的位置 限制而停止，光電開關(guān)反饋電路如圖5所示，由電阻R1、 R2、 R3，發(fā)光二極管D1， photo NPN 三極管Q1，芯片SN74LS04N，電容C1、 C2，光耦TLP521構(gòu)成。電機(jī)運(yùn)動(dòng)距離由脈沖和光電 開關(guān)反饋電路綜合控制，以保證系統(tǒng)的冗余。電機(jī)運(yùn)行到最下部時(shí)，就會(huì)觸發(fā)光電開關(guān)由斷 開到連通狀態(tài)，則光電開關(guān)反饋電路將產(chǎn)生一個(gè)階躍信號(hào)發(fā)送給DSP, DSP通過I03管腳接收 反饋信號(hào)。DSP接收到光電開關(guān)反饋的信號(hào)時(shí)，停止發(fā)送脈沖信號(hào)，此時(shí)系統(tǒng)待機(jī)，陀螺儀 靈敏部處于完全下放狀態(tài)，等待操作人員按鍵控制系統(tǒng)下一步運(yùn)行。 (2)、陀螺儀靈敏部托起過程
按動(dòng)電機(jī)托起按鈕，自動(dòng)升降系統(tǒng)對(duì)陀螺儀靈敏部實(shí)行托起動(dòng)作，DSP通過ICh管腳發(fā) 送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器方向控制引腳置低電平，電機(jī)控制靈敏部托起，控制區(qū)判定值為LAM，兩個(gè) 脈沖方向信號(hào)為CCW和CW，如圖3所示。此時(shí)DSP向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)出頻率為300Hz的脈沖， 脈沖個(gè)數(shù)依然不超過3300個(gè)直到接收到光電開關(guān)反饋信號(hào)時(shí)，停止發(fā)送脈沖信號(hào)，系統(tǒng)待 機(jī)，等待按鍵。如果需要再次下放陀螺，可以按動(dòng)下放按鈕。否則可以撥動(dòng)自動(dòng)升降系統(tǒng)開 始旋鈕至"關(guān)"位置，系統(tǒng)斷電。
控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度，實(shí)際上就是控制系統(tǒng)發(fā)出步進(jìn)脈沖的頻率或換相周期。
在本系統(tǒng)中，DSP通過改變步進(jìn)脈沖的頻率，改變電機(jī)托起和下放過程中的速度，從而 最優(yōu)控制靈敏部的運(yùn)行。特別是在下放過程中，脈沖頻率影響到陀螺擺幅的大小和穩(wěn)定性。 本方案采用的控制方法是在陀螺靈敏部與頂桿從接觸到脫離的一段行程控制脈沖頻率為較低 值， 一般為26 40Hz，，電機(jī)運(yùn)行速度為0.041275mm/s 0.0635mm/s;其他時(shí)段脈沖頻率為 較高值，在本系統(tǒng)中，下放過程脈沖頻率為200Hz，電機(jī)運(yùn)行速度為0.3175瞧/s;托起過程 為300Hz，電機(jī)運(yùn)行速度為0. 47625ram/s。這樣陀螺儀靈敏部下放過程的時(shí)間一般為35 47s， 托起過程時(shí)間為10. 5s。
系統(tǒng)軟件程序的主要任務(wù)是控制步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)、按順序發(fā)出控制命令、判斷步進(jìn)電機(jī) 是否到達(dá)極限位置、控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向和運(yùn)行速度的變化等。如圖6是電機(jī)控制程序的流 程圖，直線電機(jī)控制程序使用C語言和匯編語言混合編程的方法來實(shí)現(xiàn)。
本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了陀螺儀靈敏部的自動(dòng)升降。設(shè)計(jì)了基于DSP的步進(jìn)電機(jī)的控制電路、編寫 了自動(dòng)升降系統(tǒng)的控制程序。實(shí)驗(yàn)表明，陀螺自動(dòng)升降系統(tǒng)可以控制陀螺尋北擺幅在最佳的 范圍之內(nèi)，并且增強(qiáng)了陀螺擺動(dòng)的穩(wěn)定性，提高了尋北速度， 一定程度上提高了尋北精度。
權(quán)利要求
1.一種控制陀螺經(jīng)緯儀靈敏部自動(dòng)升降的方法，其特征在于，使DSP發(fā)出脈沖與方向信號(hào)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，使驅(qū)動(dòng)器控制電機(jī)的運(yùn)行，使直線電機(jī)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制陀螺靈敏部的升降，同時(shí)以電機(jī)運(yùn)行速度影響陀螺經(jīng)緯儀靈敏部尋北時(shí)擺幅的大小。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種控制陀螺經(jīng)緯儀靈敏部自動(dòng)升降的方法，其特征在于，所說的控制陀螺靈敏部的升降，進(jìn)一步包括下列步驟(1) 、陀螺儀靈敏部下放過程在陀螺尋北過程中，首先起動(dòng)陀螺馬達(dá)，起動(dòng)指示燈亮，當(dāng)陀螺馬達(dá)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)， 指示燈滅再稍等一分鐘開始下放陀螺，撥動(dòng)自動(dòng)升降系統(tǒng)開始旋鈕至"開"位置，給整個(gè)自動(dòng)升降系統(tǒng)通電，按動(dòng)電機(jī)下放按鈕，自動(dòng)升降系統(tǒng)對(duì)陀螺儀靈敏部實(shí)行下放動(dòng)作，DSP通 過10,管腳給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器方向控制引腳置高電平，電機(jī)控制靈敏部下放，自動(dòng)升降系統(tǒng)在陀螺 下放過程中采用變速控制，根據(jù)速度的需要，將下放過程中發(fā)送脈沖的頻率劃分為三個(gè)控制 區(qū)高頻區(qū)、低頻區(qū)和高頻區(qū)，DSP在一次陀螺儀靈敏部下放過程中最多發(fā)送3300個(gè)脈沖給 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)運(yùn)動(dòng)距離由脈沖和光電開關(guān)反饋電路綜合控制，電機(jī)運(yùn)行到最下部時(shí)，就 會(huì)觸發(fā)光電開關(guān)由斷開到連通狀態(tài)，則光電開關(guān)反饋電路將產(chǎn)生一個(gè)階躍信號(hào)發(fā)送給DSP， DSP通過I03管腳接收反饋信號(hào)，DSP接收到光電開關(guān)反饋的信號(hào)時(shí)，停止發(fā)送脈沖信號(hào)，此 時(shí)系統(tǒng)待機(jī)，陀螺儀靈敏部處于完全下放狀態(tài)，等待操作人員按鍵控制系統(tǒng)下一步運(yùn)行；(2) 、陀螺儀靈敏部托起過程按動(dòng)電機(jī)托起按鈕，自動(dòng)升降系統(tǒng)對(duì)陀螺儀靈敏部實(shí)行托起動(dòng)作，DSP通過IO,管腳發(fā)送 給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器方向控制引腳置低電平，電機(jī)控制靈敏部托起，此時(shí)DSP向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)出頻 率為300 Hz的脈沖，脈沖個(gè)數(shù)依然不超過3300個(gè)，直到接收到光電開關(guān)反饋信號(hào)時(shí)，停止 發(fā)送脈沖信號(hào)，系統(tǒng)待機(jī)，等待按鍵，如果需要再次下放陀螺，可以按動(dòng)下放按鈕，否則可 以撥動(dòng)自動(dòng)升降系統(tǒng)開始旋鈕至"關(guān)"位置，系統(tǒng)斷電。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種控制陀螺經(jīng)緯儀靈敏部自動(dòng)升降的方法，其特征在于，所說的 以電機(jī)運(yùn)行速度影響陀螺經(jīng)緯儀靈敏部尋北時(shí)擺幅的大小，是指DSP通過改變步進(jìn)脈沖的 頻率，改變電機(jī)托起和下放過程中的速度，從而最優(yōu)控制靈敏部的運(yùn)行。
全文摘要
本發(fā)明屬于陀螺經(jīng)緯儀定位與定向技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及控制陀螺經(jīng)緯儀靈敏部自動(dòng)升降的方法。為提供一種控制陀螺經(jīng)緯儀靈敏部自動(dòng)升降的方法，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)完成陀螺靈敏部的下放與托起，減少人為因素對(duì)尋北測(cè)量的影響，提高陀螺經(jīng)緯儀的響應(yīng)速度、重復(fù)精度和自動(dòng)化程度。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是使DSP發(fā)出脈沖與方向信號(hào)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，使驅(qū)動(dòng)器控制電機(jī)的運(yùn)行，使直線電機(jī)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制陀螺靈敏部的升降，同時(shí)以電機(jī)運(yùn)行速度影響陀螺經(jīng)緯儀靈敏部尋北時(shí)擺幅的大小。本發(fā)明主要用于控制控制陀螺經(jīng)緯儀靈敏部自動(dòng)升降。
文檔編號(hào)G01C19/00GK101105397SQ200610014750
公開日2008年1月16日 申請(qǐng)日期2006年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月11日
發(fā)明者夏桂鎖, 林明春, 林玉池, 黃銀國 申請(qǐng)人:天津大學(xué)