本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)和自動化裝置領(lǐng)域，具體地說是一種物位計自動標定裝置。

背景技術(shù)：

物位測量通常指檢測工業(yè)生產(chǎn)過程中封閉式或敞開式容器中物料(固體或液位)的高度。物位測量包括連續(xù)測量和限位測量。其中，如果是連續(xù)檢測物料的高度，稱為連續(xù)測量；如果只對物料高度是否到達某一位置進行測量，稱為限位測量。完成物位測量任務的儀表稱為物位計。根據(jù)測量原理，常用的物位計包括靜壓型物位計、超聲波物位計、雷達物位計、電容式物位計四類。每個物位計在出廠前都要進行校正和標定，以保證物位計計量的準確性。

本發(fā)明是針對超聲波物位計和雷達物位計這兩類非接觸式物位計而設計的。現(xiàn)有非接觸式物位計的標定原理為：車間內(nèi)安置一面反射面，將需要校正和標定的物位計放入一臺載物小車，人工推動小車到固定位置，對比物位計讀數(shù)和實際位置，手工記錄數(shù)值并計算出誤差，通過多個位置測試后，評定待測物位計是否符合標準。整個過程全部由手工完成，一方面，自動化程度低，浪費人力，導致生產(chǎn)效率低；另一方面，人為因素導致的運動誤差和計數(shù)誤差無法克服，影響對物位計實際誤差的標定。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有非接觸式物位計標定技術(shù)自動化程度低且人為誤差不可避免的問題，本發(fā)明提供了一種物位計自動標定裝置。

本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：一種物位計自動標定裝置，包括：

一個或多個載物小車，每個載物小車包括車輪、車架及車架上搭載的主控制電路、電機控制電路、無線通信模塊、動力蓄電池、車輪驅(qū)動系統(tǒng)、車輪光電編碼器和定位光電開關(guān)，用于搭載待測物位計，根據(jù)操作臺發(fā)出的指令執(zhí)行 前進/后退，并對自身位置進行定位，將自身位置信息及待測物位計的讀數(shù)發(fā)送給操作臺；

操作臺，用于向載物小車發(fā)送指令，并接收載物小車的位置信息及待測物位計的讀數(shù)，進而測量待測物位計的精準度。

所述主控制電路由CPU及其附屬工作電路構(gòu)成，用于控制載物小車的運動和采集待測物位計的讀數(shù)，并根據(jù)車輪光電編碼器測得的車輪運轉(zhuǎn)角度，計算載物小車的運行距離，通過無線通信模塊將其發(fā)送給操作臺；判斷計算出的載物小車的運行距離與定位光電開關(guān)得到的位置信息是否相符。

所述電機控制電路接收主控制電路的控制信號，將其轉(zhuǎn)化成車輪驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動信號，輸出驅(qū)動電流到車輪驅(qū)動系統(tǒng)，控制車輪驅(qū)動系統(tǒng)的運行。

所述車輪驅(qū)動系統(tǒng)包括步進電機、齒輪減速器及傳動裝置，連接電機控制電路，用于在電機控制電路的控制下將電機動力傳遞到車輪，驅(qū)動載物小車前進/后退。

所述車輪光電編碼器為增量型編碼器，安裝于車輪驅(qū)動系統(tǒng)上隨車輪一同轉(zhuǎn)動，輸出信號連接到主控制電路，用于實時采集車輪運轉(zhuǎn)角度。

所述定位光電開關(guān)為槽式光耦，安裝在車架上，輸出信號連接到主控制電路，用于確定載物小車的初始位置和預先確立的關(guān)鍵位置，每個關(guān)鍵位置上安放一個金屬碼片，當載物小車運行到某一位置時，不同位置的金屬碼片對光電開關(guān)形成不同的開閉狀態(tài)，通過讀取光電開關(guān)的狀態(tài)得到載物小車的真實位置。

所述無線通信模塊連接主控制電路，用于與所述操作臺無線通信。

所述操作臺包括主機和第二無線通信模塊，所述第二無線通信模塊用于與所述載物小車的無線通信模塊通信；所述主機連接所述第二無線通信模塊，用于向所述載物小車發(fā)送運動指令，接收載物小車發(fā)送的載物小車的運行距離和物位計檢測讀數(shù)，并根據(jù)載物小車的運行距離和物位計讀數(shù)計算物位計測量誤差，判定物位計測量精準度是否符合要求。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點及有益效果：

(1)并行標定：融入了無線傳感器網(wǎng)絡的TDMA技術(shù)，通過允許多個載物小車利用不同時間和不同信道收發(fā)數(shù)據(jù)，支持一名標定人員利用一個操作臺同時控制多臺載物小車。

(2)精準標定：通過光電編碼器和光電開關(guān)實現(xiàn)雙重定位，光電編碼器可以精確定位到任意位置，光電開關(guān)用于在關(guān)鍵位置檢驗光電編碼器的定位是否正確，雙重保證確保標定精準。

(3)本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、定位準確的優(yōu)勢，適合儀器生產(chǎn)廠家及計量單位推廣使用

附圖說明

圖1是本發(fā)明裝置整體結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本發(fā)明重要位置的碼片結(jié)構(gòu)圖；

圖3是本發(fā)明操作臺軟件的參考界面。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。

本發(fā)明裝置包括載物小車和操作臺兩部分，整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。載物小車能夠按指令自動前進、后退，并對自身位置進行準確定位。載物小車上包括八個組件：金屬車架、主控制電路、電機控制電路、無線通信模塊、動力蓄電池、車輪驅(qū)動系統(tǒng)、車輪光電編碼器以及定位光電開關(guān)。金屬車架是小車的骨架，用于支撐其他部件；主控制電路是小車的大腦，由CPU及其附屬工作電路構(gòu)成，控制小車運行并采集物位計讀數(shù)；電機控制電路接收主控制電路的控制信號，轉(zhuǎn)化成電機的驅(qū)動信號，控制電機運行；無線模塊是無線通信的載體，實現(xiàn)有線接口到無線收發(fā)的轉(zhuǎn)換；動力蓄電池是整個小車的動力來源，給各個控制電路和電機供電；車輪驅(qū)動系統(tǒng)是一組減速傳動裝置，實現(xiàn)電機動力到車輪運行的動力傳遞；車輪光電編碼器及定位光電開關(guān)實現(xiàn)車身精確定位。操作臺上面主要運行操作軟件，是供標定人員操作使用的人機交互界面。

主控制電路是下位機(單片機)，完成的計算是簡單的累計光電編碼器的脈 沖，算出小車走出去多遠，之后把離開初始位置的距離發(fā)送回去；同時，根據(jù)定位光電開關(guān)的定位測量判斷通過車輪光電編碼器計算出的載物小車的運行距離是否可以作為實際距離，如果可以，則將通過車輪光電編碼器計算出的載物小車的運行距離作為實際距離發(fā)送給操作臺，以便操作臺計算物位計的精準度；否則檢查自動標定裝置是否有損壞。操作臺是上位機(PC機)，是根據(jù)主控制電路發(fā)回來的小車的位置和物位計檢測讀數(shù)兩個值做對比計算，判定物位計讀出來的數(shù)是不是準確的(通過預設閾值判定)，因為小車的實際位置是通過光電編碼器和光電開關(guān)兩重保障保證精確，如果兩者的差異達到一定程度，就可以判定物位計測量的不準確了。

載物小車與操作臺通過無線方式收發(fā)指令，傳遞測量結(jié)果。同一個車間內(nèi)的一個操作臺可以控制多個載物小車并行工作，各載物小車通過分時或信道切換技術(shù)避免沖突。

本發(fā)明方案具有通用性，可根據(jù)實際應用環(huán)境選擇不同硬件組件。此處給出典型的選型案例：

(1)金屬車架：根據(jù)實際需要確定尺寸，考慮到整體裝置以電池供電，車架采用重量輕、強度高的鋁合金材料，而車輪及軌道磨損較大，采用鋼質(zhì)材料。

(2)主控制電路：由CPU及其外圍工作電路構(gòu)成；從成本和功耗的角度考慮，CPU選用高性能、低功耗ARM內(nèi)核CPU。

(3)無線模塊：根據(jù)需要可選取低端的433MHz模塊或者高端2.4GHz無線模塊，方便支持多信道技術(shù)。

(4)車輪驅(qū)動系統(tǒng)：包括步進電機、齒輪減速器及傳動裝置，負責將電機動力傳遞到車輪，驅(qū)動載物小車前進、后退。

(5)電機控制電路：是與步進電機配套的驅(qū)動和保護電路，負責將主控制器CPU發(fā)出的控制信號轉(zhuǎn)化為電機的驅(qū)動信號。

(6)動力蓄電池：采用容量大、重量輕的鋰電池，選用技術(shù)成熟又方便采購和更換的鋰電池較為合適，如天能36V/10Ah鋰電池。

(7)車輪光電編碼器：選用增量型編碼器，如長春倍信LEC-D6-100BM-G24F，每轉(zhuǎn)1024脈沖，半徑10厘米的車輪，折合每個脈沖對應運行0.3mm，足以滿足標定精度要求。

(8)定位光電開關(guān)：可選用常用的槽式光耦，如ITR9803，體積小成本低。

本發(fā)明裝置利用光電開關(guān)和光電編碼器保證定位的精準性。車輪上安裝光電編碼器，實時采集車輪運轉(zhuǎn)角度；主控制電路根據(jù)車輪運轉(zhuǎn)角度，計算小車運行距離。車架上安裝一組光電開關(guān)，用于確定初始位置和其他按照實際需要事先確立的關(guān)鍵位置。每個關(guān)鍵位置上安放一個金屬碼片，當小車運行到該位置時，不同位置的金屬碼片對光電開關(guān)形成不同的開閉狀態(tài)；通過讀取光電開關(guān)的狀態(tài)，可判斷光電編碼器計算的位置是否與真實位置符合。基于上述原理，光電編碼器和光電開關(guān)實現(xiàn)雙重定位，保證物位計的精準定位。

光電開關(guān)個數(shù)根據(jù)標定精度確定。為了避免重碼引起誤操作發(fā)生，本發(fā)明增加邊緣兩個光電開關(guān)。只有當整個碼片全部進入到光電開關(guān)檢測范圍內(nèi)，邊緣光電開關(guān)被擋住時，讀取的狀態(tài)才有效。此外，所有光電開關(guān)全部被擋住的狀態(tài)不能精確定位，屬于無效狀態(tài)。由于有這兩方面的要求，當有三個位置需要精準定位時，共需要四個光電開關(guān)。碼片形狀及光電開關(guān)安放位置如圖2所示。如果再增加一個光電開關(guān)，可以精準定位七個位置。

操作臺界面包括手動調(diào)試和自動標定兩項功能。手動調(diào)試用于設備安裝初期調(diào)試，或者設備運轉(zhuǎn)一段時間以后，存在誤差或故障時重新調(diào)試使用；自動標定用于正常工作時使用，操作簡便、靈活，結(jié)果顯示直觀。操作臺參考界面如圖3所示，上方是手動調(diào)試界面，下方是自動標定界面。

對操作臺界面的操作示例如下。

(1)設備安裝并調(diào)試完畢后，點擊“回初始位置”，此時載物小車無論在哪個位置，均返回初始位置。如果載物小車在初始位置，則向靠近反射面方向先運行一小段后，再重新回到初始位置，如果載物小車在其他位置，小車向反射面方向運行并越過初始位置后再向前一段距離，之后改變方向重新回到初始位 置，這樣做的目的是消除傳動裝置的間隙空程(所謂間隙空程是指因柔輪與剛輪的齒隙和其他構(gòu)件內(nèi)的間隙所引起的空程)，減小測試誤差?；氐匠跏嘉恢煤蠊怆婇_關(guān)的狀態(tài)是：光電開關(guān)1、2、4關(guān)閉，3打開，光電編碼器計數(shù)置零。

(2)點擊“到中間位置”，小車向遠離反射面的方向，主控制電路按最大距離(系統(tǒng)設計時確定)的一半給步進電機發(fā)脈沖，并同時檢測光電編碼器的計數(shù)脈沖。當光電編碼器脈沖達到要求后停止，之后再檢測光電開光的狀態(tài)是否是1、3、4關(guān)閉，2打開。如果光電開光狀態(tài)不正確則給出告警，那么是載物小車或者操作界面出現(xiàn)問題，需重新調(diào)試和確定參數(shù)。

(3)點擊“到最大位置”，載物小車運行到最大位置，同時檢測光電編碼器計數(shù)脈沖和光電開光狀態(tài)，當光電編碼器脈沖達到要求后停止，之后再檢測光電開光的狀態(tài)是否是1、4關(guān)閉，2、3打開。如果光電開光狀態(tài)不正確則給出告警，那么是載物小車或者操作界面出現(xiàn)問題，需重新調(diào)試和確定參數(shù)。

(4)點擊“到給定位置”前，需在對話框先手動填入距離值(以毫米為單位)。如果不是預先設定的關(guān)鍵位置，則只檢測光電編碼器計數(shù)脈沖，不檢測光電開關(guān)(只有關(guān)鍵位置安裝碼片，非關(guān)鍵位置光電開關(guān)全打開沒有意義)。

(5)使用自動標定前，需要先手動設定測試點數(shù)和允許誤差；設定完畢后，在載物小車上放入待標定物位計，連接好電源線和數(shù)據(jù)線，點擊“自動標定”，載物小車開始運行。按之前手動設定點數(shù)將初始位置和最大距離間均分(假設測定N個點，N要求為奇數(shù)，將全部行程距離N-1均分)，采集載物小車在這些位置的數(shù)據(jù)，并發(fā)送到操作臺保存。其中，初始位置、中間位置和最大位置為必測點。采集完成后，操作臺計算出最大實測誤差，并顯示初始位置、中間位置和最大位置的詳細測試數(shù)據(jù)。如果符合預期要求，則“標定結(jié)果”顯示“本次測試選取測試點XX次，最大誤差XX％，平均誤差XX％，測試通過?！保徊环蟿t顯示“本次測試選取測試點XX次，最大誤差XX％，平均誤差XX％，最大誤差超標，測試不通過”。