專利名稱：潛器全方位推進器主軸轉(zhuǎn)速監(jiān)控器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種電機控制裝置。特別是一種潛器全方位推進器主軸電機的監(jiān) 控裝置。
背景技術：
以往的潛器推進控制裝置的推進器是由多個構成，產(chǎn)生前后、左右和上下方向的 推力，而且通過組合使用完成操縱運動。全方位推進器與常規(guī)螺旋槳的本質(zhì)區(qū)別是常規(guī)螺 旋槳所產(chǎn)生的軸向力只能使?jié)撈餮仄漭S線方向運動，即縱向運動；而全方向推進器不僅能 使?jié)撈鳟a(chǎn)生縱向運動，而且能產(chǎn)生橫向運動和垂向運動。產(chǎn)生這種區(qū)別的原因是葉片的螺 距角是否周期性變化。由于全方位推進器的推力主要靠主軸轉(zhuǎn)動產(chǎn)生，因此實現(xiàn)對其主軸 轉(zhuǎn)速的精確監(jiān)控就顯得尤為的重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以準確監(jiān)控主軸的轉(zhuǎn)速，使推進器產(chǎn)生期望的推力 的潛器全方位推進器主軸轉(zhuǎn)速監(jiān)控器。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的包括作為主控單元、液晶顯示單元、調(diào)速單元；通過 上位機輸入的預期的電機轉(zhuǎn)速，通過串口傳輸至主控單元的單片機；單片機將輸入的電機 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成調(diào)速單元的變頻器所能識別的基于Modbus協(xié)議的控制指令后再加入相應的 CRC校驗碼，通過MAX485芯片傳輸至變頻器；同時，單片機的PTD7管腳控制MAX485芯片， 使其工作在半雙工模式，讀取電機的轉(zhuǎn)速并實時地顯示在液晶顯示單元的液晶屏上。本發(fā)明還可以包括這樣一些特征1、上位機與單片機外設之間采用串行總線標準RS-232進行數(shù)據(jù)通訊。2、變頻器與單片機之間采用串行總線標準RS-485進行數(shù)據(jù)通信。3、所述單片機采用MC9S08DZ60作為主控制芯片。本發(fā)明的特點主要體現(xiàn)在1、可通過上位機直接控制電機的轉(zhuǎn)速，并且通過在程序中加入CRC校驗子程序和 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序解決了在上位機端需要輸入復雜Modbus協(xié)議的問題，這使得控制電機的 操作變得簡單、快速。2、液晶顯示單元可以實時地顯示電機的轉(zhuǎn)速以及電機的機械轉(zhuǎn)角等數(shù)據(jù)，這使得 操作人員可以實時地監(jiān)控電機的運行情況。3、采用串行總線標準RS-232實現(xiàn)計算機與單片機外設之間的數(shù)據(jù)通訊。主軸轉(zhuǎn) 速控制器與上位機傳輸速率可達9600bps，并可承受電纜中任何導線短路。4、采用串行總線標準RS-485實現(xiàn)單片機與變頻器之間的數(shù)據(jù)通信。由于RS-485 采用差分方式傳輸信號，故此抗干擾能力強且傳輸距離遠。5、采用飛思卡爾公司的MC9S08DZ60單片機作為主控制芯片，其具有噪聲低，抗 干擾能力強，適合工控領域及惡劣的環(huán)境等特點。并且無需外部ΕΕΗ 0Μ、晶體、低壓中斷(LVI)電路、穩(wěn)壓器、輸入/輸出(I/O)復用器、看門狗電路與模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。本發(fā)明中的潛器全方位推進器主軸轉(zhuǎn)速監(jiān)控器具有控制精度高、工作電壓及功耗 低、可靠性好、結(jié)構簡單、壽命長等特點?？梢噪S潛器配備，無須專業(yè)人員即可隨時進行對全 方位推進器主軸轉(zhuǎn)速的監(jiān)控。潛器全方位推進器主軸轉(zhuǎn)速監(jiān)控器的使用可以為水下裝置提 供一種新的有力支持，并可以解決潛器全方位推進器主軸轉(zhuǎn)速精度方面和遠距離監(jiān)控方面 存在的問題，對提高全方位推進器對潛器的監(jiān)控性能具有一定的意義。


圖1潛器全方位推進器主軸轉(zhuǎn)速監(jiān)控器的組成圖。圖2a_圖2b液晶顯示器并行模式時序圖，其中圖2a是液晶顯示器8位并行模式 的時序圖；圖2b是液晶顯示器4位并行模式的時序圖。圖3主控制單元電源電路原理圖。圖4主控制單元時鐘電路原理圖。圖5主控制單元復位電路原理圖。圖6RS-485通訊電路原理圖。圖7RS-232通訊電路原理圖。圖8液晶顯示單元電路原理圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述結(jié)合圖1，本發(fā)明包括主控制單元部分，是整個系統(tǒng)的核心部分，控制著整個全 方位推進器主軸轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)、液晶顯示系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的運算處理；變頻器部分，控制電機的 運行；通信部分，負責單片機與上位機和變頻器之間的數(shù)據(jù)通信；液晶顯示部分，負責實時 地顯示電機的轉(zhuǎn)速。結(jié)合圖2，當ST7920的PSB引腳接高電平時，ST7920則進入并行數(shù)據(jù)模式。在并 行數(shù)據(jù)模式下，可由功能指令中的DL標志位來選擇8位并行模式或4位并行模式，主控制 系統(tǒng)將配合(RS，RW，E，DB0 DB7)來完成數(shù)據(jù)傳送。在4位并行模式中，每一個8位的指 令或數(shù)據(jù)都被分成兩個4位組來操作高4個字節(jié)(DB7 DB0)的數(shù)據(jù)將會放在第一組的 (DB7 DB4)部分，而低4個字節(jié)(DB3 DB0)的數(shù)據(jù)將會被放到第二組的(DB7 DB4)部 分。在4位并行模式中，DB3 DBO不使用。結(jié)合圖3，VDD和VSS是MCU基本的電源管腳。該電源為所有I/O緩沖器電路和一 個內(nèi)部穩(wěn)壓器供電。內(nèi)部穩(wěn)壓器為CPU及MCU的其他內(nèi)部電路提供經(jīng)過穩(wěn)壓的低電壓電源。 VDDA和VSSA是MCU的模擬電源管腳。該管腳引入的電源為ADC模塊供電。應在離MCU電 源管腳盡可能近的地方安裝若干個陶瓷旁路電容器來抑制高頻噪音。結(jié)合圖4，時鐘電路是整個系統(tǒng)的關鍵部分，在單片機內(nèi)部，時鐘發(fā)生器主要用來 產(chǎn)生時鐘信號，以控制單片機的工作節(jié)奏。產(chǎn)生時鐘信號的方法一般可分為內(nèi)部時鐘和外 部時鐘兩種。由于外部時鐘產(chǎn)生的振蕩頻率更精準，故此采用的是外部時鐘方式。圖中C3 和C4為晶振電路的負載匹配電容，必須使用專為高頻應用設計的高質(zhì)量陶瓷電容器。R2用 來提供偏置路徑用于在晶體啟動過程中將EXTAL輸入保持在線性范圍內(nèi)，必須采用低電感電阻。結(jié)合圖5，單片機在工作運行之前，都必須使單片機恢復到初始狀態(tài)，所以必須進 行復位操作。當單片機運行出錯使系統(tǒng)出現(xiàn)死機時，也必須按復位建以重新啟動單片機。 MC9S08DZ60單片機通常采用按鍵手動復位和上電自動復位兩種方式。其芯片引腳RESET 是復位信號的輸入端，只要當復位信號是高電平時，且有效時間持續(xù)兩個機器周期以上，單 片機就能完成復位操作。本設計選用按鍵手動復位，RESET是一個專用管腳，帶有內(nèi)置的上 拉器件。手動外部復位的是通過增加一個到地線的簡單開關(拉低復位管腳以強制進行復 位)來實現(xiàn)。結(jié)合圖6，MAX485的8號管腳接高電平；5號管腳接低電平；1號、4號管腳與單片 機的RXD2、TXD2管腳相連以接收單片機發(fā)送的控制指令；6號、7號管腳為RS-485信號輸出 管腳，與變頻器的A、B端子相連；2號、3號管腳與單片機的PTD7管腳相連，通過編程控制此 管腳的高低電平產(chǎn)生，以使MAX485工作在半雙工的模式，這樣既可以發(fā)送控制指令，又可 以接收變頻器傳回的電機轉(zhuǎn)速值。結(jié)合圖7，MAX232芯片的16號管腳接高電平；6號、15號管腳接低電平；1號、3號 管腳之間接電容；4號、5號管腳之間接電容；16號、6號管腳之間接兩個電容(這些電容起 到電荷泵的作用以保證芯片可以正常工作)；13號、14號管腳與電腦串口的2號、3號管腳 相連以接收上位機發(fā)送的指令；11號、12號管腳與單片機的TXD1、RXD1管腳相連將轉(zhuǎn)換好 的高低電平信號發(fā)送給單片機。結(jié)合圖8，MS25664A液晶顯示模塊與單片機之間的連接可以有兩種方式，一種是 直接訪問的方式，一種是間接訪問的方式。直接訪問方式就是把液晶顯示模塊的接口作為 存儲器或I/O設備直接掛在單片機總線上，單片機以訪問存儲器或I/O設備的方式來控制 液晶顯示模塊的工作。而間接訪問方式就是單片機通過自身的或系統(tǒng)中的并行接口與液晶 顯示模塊連接。由于本發(fā)明涉及到的芯片數(shù)量不是很多，單片機的引腳不算緊張，因此采用 直接訪問方式，將數(shù)據(jù)線接到PTB0-PTB7 口，控制信號接到PTD1-PTD5 口，因為這樣在編程 時就可以將液晶作為I/O設備統(tǒng)一編址，編寫程序也相對簡單一些。而間接訪問比較適合 引腳緊張時使用，由于單片機速度比較快，在采用間接訪問時需要調(diào)用很多延時程序，才能 保證正常工作，而對于本發(fā)明來說，在電路連接上也并不比直接訪問有明顯的優(yōu)勢。
權利要求
一種潛器全方位推進器主軸轉(zhuǎn)速監(jiān)控器，包括作為主控單元、液晶顯示單元、調(diào)速單元；其特征是通過上位機輸入的預期的電機轉(zhuǎn)速，通過串口傳輸至主控單元的單片機；單片機將輸入的電機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成調(diào)速單元的變頻器所能識別的基于Modbus協(xié)議的控制指令后再加入相應的CRC校驗碼，通過MAX485芯片傳輸至變頻器；同時，單片機的PTD7管腳控制MAX485芯片，使其工作在半雙工模式，讀取電機的轉(zhuǎn)速并實時地顯示在液晶顯示單元的液晶屏上。
2.根據(jù)權利要求1所述的潛器全方位推進器主軸轉(zhuǎn)速監(jiān)控器，其特征是上位機與單 片機外設之間采用串行總線標準RS-232進行數(shù)據(jù)通訊。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的潛器全方位推進器主軸轉(zhuǎn)速監(jiān)控器，其特征是變頻器 與單片機之間采用串行總線標準RS-485進行數(shù)據(jù)通信。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的潛器全方位推進器主軸轉(zhuǎn)速監(jiān)控器，其特征是所述單 片機采用MC9S08DZ60作為主控制芯片。
5.根據(jù)權利要求3所述的潛器全方位推進器主軸轉(zhuǎn)速監(jiān)控器，其特征是所述單片機 采用MC9S08DZ60作為主控制芯片。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種潛器全方位推進器主軸轉(zhuǎn)速監(jiān)控器。通過上位機輸入的預期的電機轉(zhuǎn)速，通過串口傳輸至主控單元的單片機；單片機將輸入的電機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成調(diào)速單元的變頻器所能識別的基于Modbus協(xié)議的控制指令后再加入相應的CRC校驗碼，通過MAX485芯片傳輸至變頻器；同時，單片機的PTD7管腳控制MAX485芯片，使其工作在半雙工模式，讀取電機的轉(zhuǎn)速并實時地顯示在液晶顯示單元的液晶屏上。本發(fā)明具有控制精度高、工作電壓及功耗低、可靠性好、結(jié)構簡單、壽命長等特點?？梢噪S潛器配備，無須專業(yè)人員即可隨時進行對全方位推進器主軸轉(zhuǎn)速的監(jiān)控。
文檔編號G01P1/07GK101916088SQ201010221488
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月9日 優(yōu)先權日2010年7月9日
發(fā)明者余辰光, 劉勝, 屈陽, 常緒成, 李冰 申請人:哈爾濱工程大學