專利名稱：數(shù)字式地磁定位導向儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種儀器，特別涉及一種用于交通運輸定位和運動方向指示的導向儀。
本實用新型的技術方案是主要特征在于數(shù)字脈沖檢測器輸出接信號處理電路，信號處理電路輸出接執(zhí)行機構，數(shù)字脈沖檢測器是內(nèi)支架懸掛在外支架上，內(nèi)支架的底板上設置有電機轉子，地磁脈沖檢測線圈、檢測電路連接在電機轉子上，地磁脈沖檢測線圈纏繞在鐵氧體上，磁鐵固定在地磁脈沖檢測線圈頂部圓心處，設置在內(nèi)支架頂板上的光電管在地磁脈沖檢測線圈的軸線上，在地磁脈沖檢測線圈頂部邊緣處設置二個紅外二極管，導電小球懸掛在內(nèi)支架的頂板上，坡度檢測光電組合管設置在外支架上，方向檢測光電組合管設置在內(nèi)架上，信號處理電路是脈沖檢測電路輸出接脈沖變換電路，脈沖變換電路輸出接定位脈沖驅動電路、運動方向指示電路、運動方位角指示電路、坡度指示電路，執(zhí)行機構包括機械驅動機構、顯示裝置，機械驅動機構是東西方向步進電機安裝在機殼內(nèi)側面上，東西方向步進電機轉動連接的東西螺桿另一端在機殼另一側面上，東西螺桿與支架轉動連接，支架上設置南北螺桿，南北螺桿一端轉動連接南北方向步進電機，南北螺桿上設置電子羅盤，機殼上設置接插裝置，顯示裝置包含地圖卷在定位收集輪上，定位收集輪設置在機殼上，設置在機殼上的方位指示燈、方位角顯示數(shù)碼管、上下坡指示燈、坡度顯示數(shù)碼管、速度顯示數(shù)碼管、計程顯示數(shù)碼管。
本實用新型的優(yōu)點和效果在于能夠自主進行連續(xù)定位，采用數(shù)字化處理信號，可靠度高，不僅能指引方向，而且還能顯示所處位置的方位角、坡度、速度等，體積小，生產(chǎn)成本及使用成本低。
圖8-信號處理電路中的方向指示、方位角顯示電路圖；圖9-信號處理電路中的方向指示譯碼電路圖；

圖10-信號處理電路中的坡度、速度、計程數(shù)碼顯示控制譯碼電路圖；圖11-信號處理電路中的運動方位指示電路圖；圖12-執(zhí)行電路中的電機驅動電路圖；圖13-執(zhí)行電路中的定位、方向指示電路圖。
如圖2、圖3所示，數(shù)字脈沖檢測器的內(nèi)支架10懸掛在外支架15上，水平狀態(tài)，在其懸掛的支承轉軸上設置有阻尼器11，其內(nèi)有阻尼油；內(nèi)支架10上設置有電機轉子8、紅外發(fā)射管3、方向檢測弧形條5、調整螺絲6、方向脈沖檢測光電組合管4、磁鐵14、導電小球13、電源線2、地磁脈沖檢測光電管1，其中電機轉子8上設置地磁脈沖檢測線圈7、地磁檢測電路9，使其軸線重合；外支架15側板上設置坡度檢測光電組合管12；地磁脈沖檢測線圈7纏繞在圓柱形高磁導率鐵氧體上，處于水平狀態(tài)；磁鐵14固定在脈沖檢測線圈7的頂部圓心處，兩個紅外二極管3固定在地磁脈沖檢測線圈7的頂部邊緣處；方向檢測弧形條5固定在電機轉子8的外邊緣處，弧形條5的弧長為旋轉圓周的四分之一，調整螺絲6處在調節(jié)弧形條5的位置；方向檢測光電組合管4的軸線指向水平運動方向，與坡度檢測光電組合管12方位相差90度；在內(nèi)支架10頂板上的地磁檢測光電管1在地磁脈沖檢測線圈7的軸線上，懸掛在內(nèi)支架10頂板上的導電小球13與電源線2連接。
如圖4所示，東西電機16與東西坐標螺桿17驅動連接，東西坐標螺桿17與支架22驅動連接，電機18與南北坐標螺桿19連接，東西電機16安裝在儀器側面上，南北電機18、南北坐標螺桿19安裝在支架22上，南北坐標螺桿19的兩端在兩根金屬導桿21內(nèi)，可滑動；定位方向電子羅盤20設置在南北坐標螺桿19上，其上安裝方向指示燈24、中心定位指示燈36。
如圖5所示，定位地圖23是卷在收集輪35上，其上設置方位指示燈29、方位角顯示燈26、計程顯示燈28、信號插孔32、電源開關30、電源插孔33、電源保險孔31。
如圖6所示，地磁脈沖檢測電路，圖1、圖2中的地磁脈沖檢測線圈7、導電小球13與電容38組成諧振電路，將檢測到的地磁脈沖經(jīng)諧振升壓后加到過零比較器39的反相輸入端，通過對地磁脈沖過零相位檢測后，經(jīng)三極管驅動紅外發(fā)射管3發(fā)出紅外脈沖，由地磁脈沖檢測光電管1檢測，經(jīng)過零比較器40進行相位檢測，輸出地磁矩形脈沖信號(1)；方向信號檢測電路，將圖1、圖2中的方向脈沖檢測光電組合管4檢測到的方向脈沖信號加到過零比較器44的反相輸入端，輸出方向矩形脈沖信號(2)；坡度檢測電路，將圖1、圖2中的坡度檢測光電組合管12檢測出的坡度脈沖信號加到過零比較器47的反相輸入端，輸出坡度矩形脈沖信號(3)；速度脈沖檢測電路，將速度脈沖檢測光電管41或由磁感應線圈50檢測到的速度脈沖信號加到零比較器42進行相位檢測，經(jīng)脈寬變換電路51變換后，輸出速度脈沖信號(4)。
如圖7所示，脈沖變換電路。將圖6中輸出的地磁矩形脈沖信號(1)經(jīng)脈寬變換電路52、53變換后，輸出兩個脈寬為驅動電機旋轉周期的四分之一，相位相差180度的兩個地磁矩形脈沖；將圖6中輸出的方向矩形脈沖信號(2)經(jīng)脈寬變換電路58變換后，輸出兩個脈寬為驅動電機2電機周期的四分之一，相位相差90度的兩個方向矩形脈沖；將兩個地磁矩形分別與兩個方向矩形脈沖在四個“與”門電路55中進行邏輯鑒相，輸出四個代表北、東、南和西方向的方向分量脈沖(5)、(6)、(7)和(8)，再將這四個方向分量脈沖分別與圖6中輸出的速度脈沖信號(4)通過四個“與”門電路56進行邏輯處理，分別輸出北、東、南和西方向上四個速度分配脈沖，將北、南方向上的速度分配脈沖通過“或”門電路57邏輯相加后得到北南速度脈沖(9)，同樣得到東西速度脈沖(10)。
仍如圖7所示，將附圖6中坡度脈沖(3)在水平狀態(tài)下經(jīng)電路59變換為和方向脈沖(2)相位分別相差90度，寬度為驅動電機旋轉周期四分之一的坡度脈沖，將變換后的坡度脈沖同方向脈鐘(2)在坡度分量鑒相電路42中與門處理，輸出上坡和下坡度的坡度分量脈沖(11)和(12)。將上坡和下坡分量脈沖(11)和(12)通過“或”門電路43邏輯相加輸出坡度分量脈沖(14)；將坡度分量脈沖(14)和坡度校正時鐘脈沖發(fā)生器60輸出的時鐘脈沖在電路45中“與”門邏輯，輸出坡度校正數(shù)據(jù)脈沖(13)；坡度校正電路是將坡度校正數(shù)據(jù)脈沖(13)加到校正譯碼器62的時鐘端，將圖10中坡度分量脈沖計數(shù)譯碼分頻器103的Q1輸出端出輸?shù)钠露确至棵}沖(38)加到校正譯碼器62的清零端和鎖存端，進行校正譯碼；將校正譯碼器62輸出端從Q1-Q12每兩個通過二極管并聯(lián)成A1、A2、A3、A4、A5、A6六個輸出端，將這六個輸出端通過電阻接地分壓后分別和南北速度脈沖計數(shù)譯碼器61的Q10-Q15六個輸出端，以及東西方向速度脈沖計數(shù)譯碼器63的q10-q15六個輸出端在電路64中“與”門邏輯，通過電路64與門邏輯后的脈沖經(jīng)相應的或門電路65邏輯相加，輸出的脈沖通過反相器66反相后，一路加到速度計數(shù)譯碼器61和63的清零端，另一路加到“與”門電路67的輸入端，分別和南北、東西速度脈沖(9)、(10)“與”門邏輯，從輸出端輸出坡度校正后的南北速度脈沖(15)、東西速度脈沖(16)。
如圖8所示，方向指示顯示電路，是將圖7中方向分量鑒相器輸出的脈沖(5)、(6)、(7)、(8)，在方向電平處理電路68中與其反相脈沖通過電容耦合電阻分壓后加到四個“或”門電路中邏輯相加，從輸出端分別輸出四個方向電平(17)、(18)、(19)、(20)；為了使輸出的方向電平穩(wěn)定，輸出端接阻容濾波電路。將方向電平(17)和(18)、(18)和(19)、(19)和(20)、(20)和(17)分別在運動方位電平識別器69中進行“與”門邏輯，輸出的電平，經(jīng)兩次反相后輸出四個分別代表北東方位的電平(21)、東南方位的電平(22)、南西方位的電平(23)、西北方位的電平(24)。將圖7中方向分量脈沖、(5)、(6)、(7)、(8)兩次反相后分別和方位電平(21)、(22)、(23)、(24)在運動分量脈沖譯碼器70中進行“與”門邏輯選擇，將選擇出來的方向分量脈沖經(jīng)“或”門電路71邏輯相加，輸出的分量脈沖為現(xiàn)在運動方向上的方向分量脈沖(25)。
仍如圖8所示，方位角顯示電路中是將方位角顯示控制脈沖(25)分為兩路，一路通過計數(shù)譯碼分頻器72將脈沖(25)進行十六分頻，將分頻后的方向分量脈沖(30)加到方位角顯示譯碼器73的鎖存端和清零端，另一路和方位角顯示時鐘脈沖發(fā)生器75輸出的時鐘脈沖在電路76中“與”門后，輸出的方位角顯示數(shù)據(jù)脈沖兩次反相后加到方位角顯示譯碼器73的時鐘端，通過譯碼器73譯碼驅動，在數(shù)碼管74中就顯示出現(xiàn)在運動的方位角度。
正方向運動時的方向指示電路，是將方向電平(17)、(18)、(19)、(20)分別兩次反相后加到正方向譯碼器77的A、B、C、D四輸入端進行譯碼，從Q1、Q2、Q4、Q8分別輸出正北、正東、正南、正西的方向指示高電平，經(jīng)三極管78、79、80、81驅動方向指示燈82、83，84，85發(fā)光，指示出現(xiàn)在運動的方向。
仍如圖8所示，方位角顯示時鐘發(fā)生器75輸出的時鐘脈沖頻率為驅動電機旋轉頻率的360倍，通過方位角數(shù)碼譯碼器譯碼后在每個方位顯示出的最大方位角度為90度，四個方位角之和為360度。
如圖9所示，方向指示譯碼電路，首先將方向分量脈沖(25)和方向指示時鐘發(fā)生器90輸出的時鐘脈沖，在電路91中“與”門邏輯后輸出方向指示數(shù)據(jù)脈沖(31)，將方向指示數(shù)據(jù)脈沖(31)加到四個4線-16線方向譯碼器86、87、88、89的時鐘輸入端、將圖8中經(jīng)十六分頻后的方向指示分量脈沖(30)加到四個方向指示譯碼器86、87、88、89的清零端和鎖存端，將圖8中方位電平識別電路69輸出的四個方位電平(21)、(22)、(23)、(24)反相后分別加到四個方向譯碼器86、87、88、89的允許端，從方向譯碼器86的Q1-Q15輸出端輸出北東方位的十五個方向指示電平，從譯碼器87的Q1-Q15輸出端輸出東南方位的十五個方向指示電平，從譯碼器88的Q1-Q15輸出端輸出南西方位的十五個方向指示電平，從譯碼器89的Q1-Q15輸出端輸出西北方位的十五個方向指示電平，將各輸出端通過閃爍電路發(fā)生器92和分頻后的速度脈沖(41)與門邏輯后加到驅動三極管93的基極，驅動相應方位的方向指示燈24發(fā)光來指示現(xiàn)在的運動方向。方向指示時鐘發(fā)生器輸出的脈沖頻率是驅動電機旋轉頻率的60倍。
如圖10所示，坡度譯碼電路是將圖7中坡度分量鑒相器42輸出的上坡坡度分量脈沖(11)和下坡坡度分量脈沖(12)，在坡度電平處理電路95中與其反相脈沖經(jīng)電容耦合電阻分壓后在兩個或門電路中邏輯相加，輸出上坡分量電平(32)和下坡分量電平(33)，并為了使坡度分量電平穩(wěn)定，輸出端接阻容濾波電路；將上坡分量電平(32)和下坡分量電平(33)通過或門電路相加后輸出坡度電平(39)；將圖7中的坡度分量脈沖(14)一路和坡度顯示時鐘發(fā)生器101輸出的時鐘脈沖經(jīng)電路102“與”門邏輯后輸出的坡度數(shù)據(jù)脈沖加到坡度顯示譯碼器99的時鐘端，坡度分量脈沖(14)的另一路加到計數(shù)譯碼分頻器103中進行十六分頻，從Q1輸出分頻后的分量脈沖(38)，一路加到圖7中坡度校正譯碼器62的清零、鎖存端，另一路經(jīng)反相后加到坡度顯示譯碼器99的鎖存端，坡度電平(39)在電路96中進邏輯處理后的脈沖加到坡度顯示譯碼器99的清零端，從數(shù)碼管100中就顯示出現(xiàn)在的坡度；將上坡分量電平(32)加到上坡指示電路104中，將下坡分量電平(33)加到下坡指示電路105中就能指示出現(xiàn)在是上坡或下坡。調整坡度顯示時鐘脈沖發(fā)生器101的輸出頻率，可以使數(shù)碼管顯示出的坡度和實際坡度一致。
速度譯碼顯示電路是通過電路106中譯碼器和數(shù)碼管進行工作的；計程顯示是由電路107中的譯碼器和數(shù)碼管進行工作的。
如圖11所示，定位比例調整電路是將圖7中坡度校正后的南北速度脈沖(15)和東西速度脈沖(16)，分別經(jīng)過計數(shù)器116和117計數(shù)，計數(shù)的進制通過開關111、112、113來改變，經(jīng)比例變換后的南北、東西速度脈沖分別經(jīng)脈寬變換電路119、120變換并兩次反相后輸出南北速度脈沖(34)和電源控制脈沖(35)，東西速度脈沖(36)電源控制脈沖(37)，將南北速度脈沖(34)加到步進脈沖發(fā)生器123中的步進信號輸入端，將圖7中北方向分量脈沖(5)經(jīng)電路122延時后加到步進脈沖發(fā)生器123中的方向控制輸入端，步進脈沖發(fā)生器123輸出的步進脈沖，由驅動器124驅動步進電機125，在南北坐標上做步進定位。電源控制脈沖(35)通過電路126供給步進電機125電源。將東西方向的速度脈沖(36)加到步進脈沖發(fā)生器129中步進信號輸入端，將圖7中東方向分量脈沖(6)經(jīng)延時電路128延時后加到步進脈沖發(fā)生器129中的方向控制輸入端，從步進脈沖發(fā)生器129輸出的步進脈沖經(jīng)驅動器130驅動步進電機131在東西坐標上做步進定位。電源控制脈沖(37)通過電路132供給步進電機131電源。手動調整位置的脈沖開關115，南北方向調整用的方向控制開關121，東西方向調整用的方向控制開關127，調整位置的脈沖發(fā)生器114。
如圖12所示，運動方向指示燈閃爍的控制電路、是將圖6中輸出的速度脈沖(4)在速度電平處理電路133中與其反相脈沖通過電容耦合電阻分壓后加到或門電路中進行邏輯相加，輸出的電平經(jīng)反相器134反相后，將輸出的速度電平(40)加到閃爍脈沖計數(shù)分頻器135的Vss端，分頻后的速度脈沖(41)分別和方向指示譯碼器86、87、88、89的輸出電平通過閃爍脈沖發(fā)生器92中的與門電路進行與門邏輯，將與門邏輯后的脈沖分到加到方向指示燈的驅動三極管93、94中，使運動方向指示電子羅盤中的方向指示燈24和定位指示燈36閃爍。為了使速度電平處理電路133輸出的速度電平穩(wěn)定，其輸出端加阻容慮波電路。
如圖13所示，運動方位指示電路，是將圖8中北東方位電平(21)、東南方位電平(22)、南西方位電平(23)、西北方位電平(24)分別經(jīng)反相器138兩次反相后，加到方位指示驅動三極管139、140、141、142的基極，從而使發(fā)光二極管143指示北東方位，發(fā)光二極管144指示東南方位，發(fā)光二極管145指示南西方位，發(fā)光二極管146指示西北方位。
如圖8、圖10、圖12所示，其電路中的耦合電容和分壓電阻的乘積應遠大于耦合脈沖的寬度(RC＞＞tw)，而分壓電阻應為門電路正常翻轉的最小值，這樣可以保證偶合到門電路輸入端的脈沖不變形，而且使門電路的輸入端在沒有脈沖時通過電阻迅速放電處于低電平，使門電路按脈沖的寬度和相位準確的翻轉。
以上所有電路中的反相器都采用CM0S電路斯密特觸發(fā)反相器。
地磁、方向、坡度的檢測是定位導向儀的關鍵部分，構成數(shù)字脈沖檢測器的內(nèi)支架[10]、外支架15、固定螺絲、調整螺絲都應是非磁性的。檢測器的外支架[15]的底板應安裝在和運動物體底板相平行的平面上，方向檢測光電管[4]的軸線應指向運動的水平方向，檢測器周圍50公分范圍內(nèi)不能有磁性物體，以免對其干擾，檢測器中地磁脈沖檢測放大電路元件應牢固的焊接在電路板[9]上，電路板[9]固定在驅動電機轉子[8]上。檢測器中驅動電機采用電腦軟盤驅動電機比較好。為了防止外界對檢測器的影響，檢測器安裝在非磁性的防護罩中。
速度檢測器[41]、[50]安裝在行進車輛的車輪架上，將車輪的轉速轉換為電脈沖信號，電脈沖信號的頻率代表了速度的大小。
東西、南北定位螺桿應采用同樣螺距的螺桿，東西方向上的定位電機功率應比南北方向上的定位電機功率大一些，這樣才能順利驅動支架[22]在東西方向上運動。安裝在定位支架[22]上的電子羅盤[20]直徑不超過2厘米。
定位地圖是由標準的定位導向儀進行實地運動繪制出來的。
定位導向儀也可以將定位數(shù)字信號和運動方向數(shù)字信號輸出，加上相應的軟件，通過電腦顯示器顯示出運動的方向和位置。
權利要求1.數(shù)字式地磁定位導向儀，其特征在于數(shù)字脈沖檢測器輸出接信號處理電路，信號處理電路輸出接執(zhí)行機構，數(shù)字脈沖檢測器是內(nèi)支架懸掛在外支架上，內(nèi)支架的底板上設置有電機轉子，地磁脈沖檢測線圈、檢測電路連接在電機轉子上，地磁脈沖檢測線圈纏繞在鐵氧體上，磁鐵固定在地磁脈沖檢測線圈頂部圓心處，設置在內(nèi)支架頂板上的光電管在地磁脈沖檢測線圈的軸線上，在地磁脈沖檢測線圈頂部邊緣處設置二個紅外二極管，導電小球懸掛在內(nèi)支架的頂板上，坡度檢測光電組合管設置在外支架上，方向檢測光電組合管設置在內(nèi)架上，信號處理電路是脈沖檢測電路輸出接脈沖變換電路，脈沖變換電路輸出接定位脈沖驅動電路、運動方向指示電路、運動方位角指示電路、坡度指示電路，執(zhí)行機構包括機械驅動機構、顯示裝置，機械驅動機構是東西方向步進電機安裝在機殼內(nèi)側面上，東西方向步進電機轉動連接的東西螺桿另一端在機殼另一側面上，東西螺桿與支架轉動連接，支架上設置南北螺桿，南北螺桿一端轉動連接南北方向步進電機，南北螺桿上設置電子羅盤，機殼上設置接插裝置，顯示裝置包含地圖卷在定位收集輪上，定位收集輪設置在機殼上，設置在機殼上的方位指示燈、方位角顯示數(shù)碼管、上下坡指示燈、坡度顯示數(shù)碼管、速度顯示數(shù)碼管、計程顯示數(shù)碼管。
2.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字式地磁定位導向儀，其特征在于內(nèi)支架懸掛于外支架上的支承軸上設置阻尼器，阻尼器內(nèi)有阻尼油。
3.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字式地磁定位導向儀，其特征在于坡度檢測光電組合管與方向檢測光電組合管在方位上相差90度。
4.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字式地磁定位導向儀，其特征在于導電小球與磁鐵接觸連接。
5.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字式地磁定位導向儀，其特征在于脈沖檢測電路包含地磁脈沖檢測電路、方向脈沖檢測電路、坡度脈沖檢測電路、速度脈沖檢測電路。
6.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字工地磁定位導向儀，其特征在于脈沖變換電路包含地磁脈沖變換電路、方向脈沖變換電路、坡度脈沖變換電路、速度脈沖變換電路。
7.據(jù)權利要求1所述的數(shù)字式地磁定位導向儀，其特征在于支架兩端在機殼兩內(nèi)側的導桿內(nèi)。
8.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字式地磁定位導向儀，其特征在于電子羅盤上設置定位指示燈、方向指示燈。
9.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字式地磁定位導向儀，其特征在于接插裝置包含脈沖檢測信號輸入插孔、電源開關、電源輸入插孔、電源保險插孔。
10.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字式地磁定位導向儀，其特征在于顯示裝置包含地圖卷在定位收集輪上，定位收集輪設置在機殼上，設置在機殼上的方位指示燈、方位角顯示數(shù)碼管、上下坡指示燈、坡度顯示數(shù)碼管、速度顯示數(shù)碼管、計程顯示數(shù)碼管。
專利摘要本實用新型涉及一種用于交通運輸定位和指示運動方向的導向儀。本實用新型采用數(shù)字脈沖檢測器，檢測車輛所處位置的地磁、方向、坡度、速度脈沖，經(jīng)信號處理電路進行脈沖變換、譯碼、控制顯示，至執(zhí)行機構顯示、執(zhí)行，使行車人無論走到哪兒都知道自己所處方位和位置。解決了依靠路標行車和利用昂貴的衛(wèi)星定位儀易受電磁輻射、天氣、地形的影響的缺陷。本實用新型結構簡單，生產(chǎn)和使用成本低，易于操作。
文檔編號G01C21/26GK2543032SQ0126644
公開日2003年4月2日 申請日期2001年11月7日 優(yōu)先權日2001年11月7日
發(fā)明者徐龍成 申請人:徐龍成