本實(shí)用新型屬于通信與控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種定位裝置。

背景技術(shù)：

封閉腔體是指四周封閉，里面黑暗的密閉腔體。探針是用于測(cè)量封閉腔體內(nèi)壁附近流體流速的傳感器。

在封閉腔體內(nèi)進(jìn)行溫度、濕度和流體流速等參數(shù)測(cè)量與控制緊密相關(guān)于社會(huì)生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等。某些領(lǐng)域，如工程熱物理實(shí)驗(yàn)研究等，不但需要封閉腔體內(nèi)探針具有準(zhǔn)確、可靠等靜態(tài)特性，還要求對(duì)探針在封閉腔體內(nèi)的位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位，以避免將探針碰斷或碰彎。現(xiàn)有封閉腔體探針定位裝置及其定位精度不盡人意。

目前現(xiàn)有的封閉腔體探針定位裝置是使用鋼針的定位裝置，如圖1所示。為了保證探針1在測(cè)試封閉腔體2內(nèi)壁流體流速時(shí)不碰壁，在探針支架3上與探針并行固定了一個(gè)鋼針4，該鋼針凸出探針0.5~1mm。連桿5與外面三維坐標(biāo)架相連。這樣，通過(guò)連桿和支架，探針便實(shí)現(xiàn)了三維運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，鋼針另一端串聯(lián)一個(gè)燈泡6，該燈泡與直流電源7正極相連接。直流電源的負(fù)極則和腔體內(nèi)壁相連接。探針在封閉腔體內(nèi)隨支架及連桿5運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，鋼針首先會(huì)碰到封閉腔體的內(nèi)壁，此時(shí)便形成一個(gè)閉合的直流電路，因此燈泡會(huì)亮起來(lái)，實(shí)驗(yàn)人員以此得知鋼針的位置，從而保證了探針的安全，對(duì)探針起到定位和保護(hù)作用，現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)：定位精度差；不能顯示探針的具體位置；不能報(bào)警，只能靠燈泡的亮與滅判斷探針的大概位置；誤差大，可靠性低，反應(yīng)速度慢。

因此需要一種新型的定位裝置來(lái)解決上述缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種定位裝置，簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)容易，操作方便，價(jià)格適中，有較廣闊的應(yīng)用范圍。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為：

一種定位裝置，所述定位裝置包括封閉腔體和設(shè)置在封閉腔體內(nèi)的探針支架，所述探針支架上固定有探針、連桿、接近開關(guān)和超聲波測(cè)距探頭，所述連桿固定在所述探針支架外圍的三維坐標(biāo)架上，所述接近開關(guān)和超聲波測(cè)距探頭連接至單片機(jī)控制系統(tǒng)。

優(yōu)選地，所述定位裝置的測(cè)試范圍50~500mm。

優(yōu)選地，所述定位裝置的測(cè)試精度1mm。

優(yōu)選地，所述定位裝置在在為0~1mm的范圍內(nèi)由接近開關(guān)9感應(yīng)后自動(dòng)報(bào)警。

本實(shí)用新型提供的一種定位裝置，采用超聲波探頭及接近開關(guān)替代現(xiàn)有鋼針，且在單片機(jī)的控制下，在50~500mm的測(cè)距范圍內(nèi)準(zhǔn)確顯示探針與封閉腔體內(nèi)壁的距離，其測(cè)距精度可達(dá)1mm。在0~50mm的范圍內(nèi)，由接近開關(guān)起作用，且在距離為0~1mm時(shí)自動(dòng)報(bào)警。該本實(shí)用新型與鋼針定位裝置相比，定位精度高，測(cè)距準(zhǔn)確，可靠性高，誤差小，反應(yīng)靈敏，能準(zhǔn)確顯示探針距離，自動(dòng)報(bào)警。

附圖說(shuō)明

圖1是現(xiàn)有的定位裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型一種定位裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明一種定位裝置對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)的硬件框圖；

圖4是本發(fā)明一種定位裝置對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)的超聲波原理框圖；

圖5是本發(fā)明一種定位裝置對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)的主程序流程圖；

圖6 是本發(fā)明一種定位裝置對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)的發(fā)射端流程圖；

圖7 是本發(fā)明一種定位裝置對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)的超聲波接收端流程圖

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的實(shí)施例。以下所述實(shí)施例是示例性的，旨在解釋本實(shí)用新型，而不應(yīng)理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，以使本實(shí)用新型的特性和優(yōu)點(diǎn)更為明顯。

一種定位裝置，所述定位裝置包括封閉腔體2和設(shè)置在封閉腔體2內(nèi)的探針支架3，所述探針支架3上固定有探針1、連桿5、接近開關(guān)9和超聲波測(cè)距探頭8，所述連桿5固定在所述探針支架3外圍的三維坐標(biāo)架上，所述接近開關(guān)9和超聲波測(cè)距探頭8連接至單片機(jī)控制系統(tǒng)。

本實(shí)施例基于單片機(jī)控制、應(yīng)用超聲波探測(cè)技術(shù)及接近開關(guān)的封閉腔體探針定位裝置，如圖2所示。圖中用接近開關(guān)9和超聲波測(cè)距探頭8代替圖1中的鋼針4，通過(guò)導(dǎo)線與單片機(jī)控制系統(tǒng)相連，同時(shí)，將探針1、接近開關(guān)9、超聲波測(cè)距探頭8對(duì)齊固定在探針支架3上，連桿5與外面三維坐標(biāo)架相連。當(dāng)探針隨支架和連桿在封閉腔體2內(nèi)進(jìn)行三維運(yùn)動(dòng)時(shí)，探針便實(shí)現(xiàn)了三維運(yùn)動(dòng)。該系統(tǒng)能夠在50~500mm的范圍內(nèi)通過(guò)超聲波測(cè)距探頭測(cè)距，通過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)計(jì)算并顯示出探頭與腔體內(nèi)壁之間的距離，其測(cè)距精度可達(dá)1mm。在0~50mm的范圍內(nèi)，由于超神波探頭進(jìn)入盲區(qū)，此時(shí)只有接近開關(guān)起作用，且在距離為0~1mm時(shí)自動(dòng)報(bào)警。該實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)容易，操作方便，價(jià)格適中，有較廣闊的應(yīng)用范圍。

所述定位裝置所對(duì)應(yīng)的定位系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)：所述硬件系統(tǒng)包括單片機(jī)和與單片機(jī)分別連接的時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、電源、顯示、測(cè)距和聲光報(bào)警，所述電源和單片機(jī)直接設(shè)置有接近開關(guān)，所述單片機(jī)的控制系統(tǒng)連接至驅(qū)動(dòng)電路和探針支架；所述軟件系統(tǒng)包括控制模塊以及分別與控制模塊相連接的發(fā)射模塊和接收模塊，所述控制模塊用于控制發(fā)射模塊和接收模塊的啟動(dòng)。

下面逐一介紹以上硬件和軟件部分：

硬件部分的單片機(jī)采用89C52芯片，是增強(qiáng)型8051單片機(jī)，可以任意選擇6時(shí)鐘/機(jī)器周期和12 時(shí)鐘/機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)51單片機(jī)。單片機(jī)是系統(tǒng)的核心部件；時(shí)鐘電路是單片機(jī)的心臟，它控制著單片機(jī)的工作節(jié)奏。CPU通過(guò)復(fù)雜的時(shí)序電路完成不同的指令功能；復(fù)位電路是單片機(jī)RST引腳接收到2US以上的電平信號(hào)，只要保證電容的充放電時(shí)間大于2US，即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位；電源采用XY-400K直流電源，作用是將220V交流電變?yōu)?2V直流電，給接近開關(guān)和報(bào)警裝置提供一個(gè)穩(wěn)定的12V電源。再由穩(wěn)壓芯片將12V的直流電轉(zhuǎn)換為5V的直流電給單片機(jī)供電；顯示采用帶背光的1602字符型液晶顯示器，用來(lái)顯示探頭與被測(cè)物之間的距離；測(cè)距采用HC-SR04超聲波測(cè)距探頭，它是一種非接觸式距離感測(cè)探頭，測(cè)距范圍為50~500mm，測(cè)距精度高達(dá)1mm。它包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路三部分，是主要的測(cè)距部分，用來(lái)發(fā)射和接收超聲波信號(hào)。超聲波測(cè)距原理框圖如圖4所示；聲光報(bào)警采用型號(hào)為TGSG150的聲光報(bào)警器，在接通電源的同時(shí)，能夠發(fā)出聲、光兩種報(bào)警信號(hào)；接近開關(guān)；在測(cè)距范圍為0~50mm時(shí)，由于采用的HC-SR04超聲波測(cè)距探頭已經(jīng)進(jìn)入盲區(qū)，此時(shí)采用J-0427S08PO型PNP型渦流式接近開關(guān)（也稱為電感式接近開關(guān)）代替超聲波測(cè)距探頭進(jìn)行測(cè)量。它利用導(dǎo)電物體在接近這個(gè)能產(chǎn)生電磁場(chǎng)接近開關(guān)時(shí)，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流，這個(gè)渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)內(nèi)部電路參數(shù)發(fā)生變化，由此識(shí)別出有無(wú)導(dǎo)電物體靠近，進(jìn)而控制開關(guān)的開和斷。要注意的是，接近開關(guān)有一個(gè)缺點(diǎn)，就是被檢測(cè)物體必須是導(dǎo)電體。PNP型接近開關(guān)內(nèi)部簡(jiǎn)化電路圖如圖5所示。接近開關(guān)碰到內(nèi)壁時(shí)會(huì)報(bào)警。

此外，該實(shí)用新型還有以下部分：驅(qū)動(dòng)電路，由于聲光報(bào)警裝置所需電流是900mA，而接近開關(guān)輸出為100mA，因此直接由接近開關(guān)無(wú)法帶動(dòng)報(bào)警裝置。本實(shí)用新型采用Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT)晶閘管，作用是將電流放大，將100mA電流轉(zhuǎn)換為900mA電流來(lái)驅(qū)動(dòng)報(bào)警裝置；探針支架裝置，本實(shí)用新型探針支架由探針、測(cè)距傳感器、接近開關(guān)以及長(zhǎng)桿組成，將探針、接近開關(guān)和測(cè)距傳感器對(duì)齊且均固定在長(zhǎng)桿一端的支架上，置于封閉空間里，長(zhǎng)桿另一端則固定在外面三維坐標(biāo)架上，通過(guò)調(diào)整坐標(biāo)架，即可實(shí)現(xiàn)探針的三維運(yùn)動(dòng)。

軟件部分：控制模塊是主要的軟件部分，工作時(shí)，啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)，啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器T0并開始計(jì)數(shù)，利用定時(shí)器的計(jì)時(shí)功能，得到信號(hào)從發(fā)射到返回所經(jīng)過(guò)的時(shí)間差，通過(guò)公式測(cè)距=(時(shí)間差×340ms)/2，計(jì)算出超聲波探頭到障礙物之間的距離。控制部分程序流程圖如圖5所示；發(fā)射模塊，當(dāng)單片機(jī)向發(fā)射端發(fā)射出測(cè)距開始信號(hào)的同時(shí)，啟動(dòng)了內(nèi)部的定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，然后開始等待，直到接收到返回信號(hào)為止。超聲波發(fā)射模塊流程圖如圖6所示；接收模塊，當(dāng)啟動(dòng)定時(shí)器并且發(fā)射了超聲波脈沖之后，進(jìn)入了一個(gè)等待時(shí)間，等到開始有返回脈沖返回到接收端之后，計(jì)時(shí)停止，并以這個(gè)時(shí)間點(diǎn)作為終值。用終值減去初值之后得到一個(gè)時(shí)間差，這個(gè)時(shí)間差就是超聲波脈沖通過(guò)被測(cè)距離一個(gè)來(lái)回所經(jīng)過(guò)的時(shí)間，利用這個(gè)時(shí)間差就可以計(jì)算出被測(cè)距離了。接收端流程圖如圖7所示。

一種定位方法，所述定位方法基于上述定位系統(tǒng)及定位裝置，所述定位方法包括以下步驟：

S1,同時(shí)啟動(dòng)發(fā)射模塊中的發(fā)射電路和單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器T0并開始計(jì)時(shí)；

S2，開始有返回脈沖返回到接收端之后，計(jì)時(shí)停止，并以這個(gè)時(shí)間點(diǎn)作為終值；

S3，計(jì)算信號(hào)從發(fā)射到返回所經(jīng)過(guò)的時(shí)間差，從而得出超聲波探頭到障礙物之間的距離；

S4，在單片機(jī)向發(fā)射端發(fā)射出返回信息時(shí)所述發(fā)射模塊停止工作。

本實(shí)用新型提供的一種定位裝置，采用超聲波探頭及接近開關(guān)替代現(xiàn)有鋼針，且在單片機(jī)的控制下，在50~500mm的測(cè)距范圍內(nèi)準(zhǔn)確顯示探針與封閉腔體內(nèi)壁的距離，其測(cè)距精度可達(dá)1mm。在0~50mm的范圍內(nèi)，由接近開關(guān)起作用，且在距離為0~1mm時(shí)自動(dòng)報(bào)警。該本實(shí)用新型與鋼針定位裝置相比，定位精度高，測(cè)距準(zhǔn)確，可靠性高，誤差小，反應(yīng)靈敏，能準(zhǔn)確顯示探針距離，自動(dòng)報(bào)警。

最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是：本實(shí)用新型并不僅限于上述實(shí)施方式，任何針對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行的未脫離本實(shí)用新型精神和范圍的修改或者等同替換均在本實(shí)用新型申請(qǐng)待批的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。