本實(shí)用新型屬于氣象儀器檢定技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種雪深自動(dòng)檢定系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在氣象觀測(cè)領(lǐng)域中，雪深傳感器得到了廣泛應(yīng)用，但是對(duì)雪深傳感器進(jìn)行測(cè)量和校準(zhǔn)技術(shù)仍然是一個(gè)空白領(lǐng)域。按目前的檢定方法來(lái)看，在雪深傳感器現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)過(guò)程中，必須要使用經(jīng)計(jì)量檢定的校準(zhǔn)模塊。上述校準(zhǔn)模塊使用鋁合金材質(zhì)制作，經(jīng)氧化處理，表面平整光滑，不易磨損和變形。校準(zhǔn)模塊分為5cm和20cm高度兩種規(guī)格，各2塊。使用校準(zhǔn)模塊可以模擬5cm、10cm、20cm、30cm、40cm、50cm高度積雪深度，用傳感器分別測(cè)量這6種高度，每種高度重復(fù)進(jìn)行3次測(cè)量，計(jì)算誤差。這種方法操作起來(lái)，相對(duì)比較復(fù)雜，并且在室外進(jìn)行操作，舒適度較差，受到的人為因素影響比較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計(jì)合理、精度高且操作方便的雪深自動(dòng)檢定系統(tǒng)。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種雪深自動(dòng)檢定系統(tǒng)，包括檢測(cè)臺(tái)、控制電路板及上位機(jī)；所述檢測(cè)臺(tái)由安裝架、托板、滾珠絲杠、步進(jìn)電機(jī)、直線導(dǎo)軌、光柵位移傳感器構(gòu)成，所述滾珠絲杠、直線導(dǎo)軌平行安裝在安裝架的上表面，所述托板底部嵌裝在直線導(dǎo)軌上并與滾珠絲杠的滑塊安裝在一起，在托板的上部表面制有安裝孔用于安裝被測(cè)雪深傳感器，該被測(cè)雪深傳感器與上位機(jī)相連接，所述步進(jìn)電機(jī)安裝在滾珠絲杠的一端，所述光柵位移傳感器平行安裝在直線導(dǎo)軌的外側(cè)且其移動(dòng)部分與托板固裝在一起，所述控制電路板由單片機(jī)及其外圍電路構(gòu)成，該控制電路板由DC24V供電系統(tǒng)供電，該單片機(jī)與光柵位移傳感器、驅(qū)動(dòng)器、上位機(jī)相連接，該驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)相連接。

所述檢測(cè)臺(tái)的前面板上設(shè)有顯示屏、控制按鍵和串行端口，該顯示屏、控制按鍵與單片機(jī)的I/O接口相連接，該串行端口一端與單片機(jī)的SPI接口相連接，該串行接口另一端與上位機(jī)相連接。

所述單片機(jī)分別通過(guò)串口與驅(qū)動(dòng)器、光柵位移傳感器相連接。

所述單片機(jī)采用ATMEGEA162芯片。

所述控制按鍵包括開(kāi)關(guān)按鍵、行程按鍵、方向按鍵、確定按鍵、復(fù)位按鍵和停止按鍵。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

1、本系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，其采用光柵位移傳感器測(cè)距技術(shù)、單片機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)的控制技術(shù)以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了對(duì)自動(dòng)雪深觀測(cè)儀測(cè)量、校準(zhǔn)等功能，避免人為因素造成的誤差，其精度高且使用方便，并可以在室內(nèi)進(jìn)行操作，舒適度高。

2、本系統(tǒng)的控制主板與上位機(jī)可采用RS232、RS422、RS485通訊方式，根據(jù)使用環(huán)境不同，選配接口不同，使其產(chǎn)品安裝更加簡(jiǎn)單、使用更加方便。

3、本系統(tǒng)在設(shè)備前面板上顯示屏清晰地指示出設(shè)備的數(shù)據(jù)狀態(tài)信息，便于設(shè)備的使用與維護(hù)。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的檢測(cè)臺(tái)整體結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖2是本實(shí)用新型的檢測(cè)臺(tái)整體結(jié)構(gòu)立體圖；

圖3是本實(shí)用新型的檢測(cè)臺(tái)前面板示意圖；

圖4是本實(shí)用新型的控制電路方框圖；

圖5是本實(shí)用新型的步進(jìn)電機(jī)裝置原理圖；

圖6是本實(shí)用新型的控制電路原理圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例做進(jìn)一步詳述：

一種雪深自動(dòng)檢定系統(tǒng)，包括檢測(cè)臺(tái)、控制電路板及上位機(jī)。如圖1及圖2所示，所述檢測(cè)臺(tái)由安裝架1、托板2、滾珠絲杠3、步進(jìn)電機(jī)4、直線導(dǎo)軌5、光柵位移傳感器6構(gòu)成，所述的滾珠絲杠、直線導(dǎo)軌平行安裝在安裝架的上表面，所述托板底部嵌裝在直線導(dǎo)軌上并與滾珠絲杠的滑塊安裝在一起，在托板的上部表面制有安裝孔7用于安裝被測(cè)雪深傳感器，該被測(cè)雪深傳感器與上位機(jī)相連接，所述步進(jìn)電機(jī)安裝在滾珠絲杠的一端，所述光柵位移傳感器平行安裝在直線導(dǎo)軌的外側(cè)且其移動(dòng)部分與托板固裝在一起。在檢測(cè)臺(tái)的前面板8上設(shè)有顯示屏、控制按鍵和串行端口，通過(guò)該串行端口與上位機(jī)相連接，如圖3所示，控制按鍵包括開(kāi)關(guān)、行程、方向、確定、復(fù)位及停止按鍵，通過(guò)控制按鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制功能，同時(shí)顯示屏中顯示此次運(yùn)行的結(jié)果。

控制電路板安裝在檢測(cè)臺(tái)內(nèi)部，如圖4所示，該控制電路板由單片機(jī)及其外圍電路構(gòu)成，該控制電路板由DC24V供電系統(tǒng)供電，單片機(jī)通過(guò)I/O接口與前面板上的顯示屏及控制按鍵相連接，該單片機(jī)的串口1連接步進(jìn)電機(jī)裝置，該單片機(jī)的串口2與光柵位移傳感器相連接，該單片機(jī)通過(guò)SPI接口連接前面板上的串行端口與上位機(jī)相連接，該控制主板與上位機(jī)可采用RS232、RS422或RS485進(jìn)行通信。上位機(jī)同時(shí)與被測(cè)雪深傳感器相連接。在本實(shí)施例中，單片機(jī)采用ATMEGEA162，ATMEGEA162開(kāi)發(fā)周期短，具有雙串口功能，以及SPI功能。其中SPI接收上位機(jī)指令并通過(guò)串口1對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行行程控制。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿使托板帶動(dòng)光柵位移傳感器一起同步運(yùn)動(dòng)，到達(dá)規(guī)定行程后串口2接收光柵位移傳感器的反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，是否達(dá)到規(guī)定的行程距離。如未達(dá)到規(guī)定的行程距離再次通過(guò)串口1再次對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行行程控制，并通過(guò)串口2的反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算判斷，直到達(dá)到規(guī)定的行程距離，以達(dá)到精確控制的目的，同時(shí)將行程誤差上傳到上位機(jī)中。在托板運(yùn)行過(guò)程中，被測(cè)雪深傳感器在行進(jìn)過(guò)程中的檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送上位機(jī)中。本實(shí)用新型也可以通過(guò)前面板的控制按鍵部分進(jìn)行以上控制，依次選擇將要移動(dòng)的“行程”，以及“方向”，按“確定”按鍵即可實(shí)現(xiàn)，同時(shí)顯示屏中顯示此次運(yùn)行的結(jié)果,運(yùn)行過(guò)程中有問(wèn)題隨時(shí)按“停止”停止，運(yùn)行結(jié)束后，按“復(fù)位”進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位操作。

所述步進(jìn)電機(jī)裝置包括驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電機(jī)，如圖5所示，步進(jìn)電機(jī)裝置在控制電路板的控制下控制傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(滾珠絲杠)工作。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變的非常的簡(jiǎn)單。步進(jìn)電機(jī)通過(guò)雙環(huán)形脈沖信號(hào)(控制信號(hào))、功率驅(qū)動(dòng)電路(驅(qū)動(dòng)器)等組成控制系統(tǒng)下使用。

下面對(duì)本實(shí)用新型的各部分的工作原理進(jìn)行說(shuō)明

本實(shí)用新型的控制原理如圖6所示，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接收單片機(jī)的控制命令控制步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)，調(diào)節(jié)其自身的行程的距離。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)光柵位移傳感器進(jìn)行移動(dòng)，并通過(guò)光柵位移傳感器的反饋值來(lái)確定是否達(dá)到規(guī)定的行程距離，單片機(jī)根據(jù)反饋值修正步進(jìn)電機(jī)的行程距離，以達(dá)到精確控制距離的目的。在達(dá)到設(shè)定距離后設(shè)定測(cè)量自動(dòng)雪深觀測(cè)儀測(cè)量準(zhǔn)確度，是否達(dá)到規(guī)范中要求。

本實(shí)用新型的傳動(dòng)原理為：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用滾珠絲杠作為傳動(dòng)部分，并輔以直線導(dǎo)軌作為其固定裝置，起到了校調(diào)滾珠絲杠安裝的平行度，克服了滾珠絲杠在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的晃動(dòng)，并提高其運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性和精度。滾珠絲杠是工具機(jī)械和精密機(jī)械上最常使用的傳動(dòng)元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動(dòng)，具有很小的摩擦阻力，作為步進(jìn)電機(jī)裝置具有如下特點(diǎn)：(1)效率高：與滑動(dòng)絲桿副相比驅(qū)動(dòng)力矩為1/3滾珠絲桿的絲桿軸與絲母之間有很多滾珠在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，所以能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率；(2)精確移動(dòng)：微小進(jìn)給是滾珠絲桿由于是利用滾珠運(yùn)動(dòng)，所以啟動(dòng)力矩極小，不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)那樣的爬行現(xiàn)象，能保證實(shí)現(xiàn)精確的微小進(jìn)給；(3)快速運(yùn)動(dòng)：滾珠絲桿高速進(jìn)給可能滾珠絲桿由于運(yùn)動(dòng)效率高、發(fā)熱小、所以可實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的作用是用來(lái)支撐和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件，按給定的方向做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。本傳動(dòng)機(jī)構(gòu)也可以理解是一種滾動(dòng)輔助導(dǎo)引，是由鋼珠在滑塊跟導(dǎo)軌之間無(wú)限滾動(dòng)循環(huán)，從而使托板沿著導(dǎo)軌輕易的高精度線性運(yùn)動(dòng)，并具有摩擦系數(shù)很低的特點(diǎn)，能輕易地達(dá)到很高的定位精度。

光柵位移傳感器是利用光柵的光學(xué)原理工作的測(cè)量反饋裝置。光柵位移傳感器可用作直線位移或者角位移的檢測(cè)，其測(cè)量輸出的信號(hào)為數(shù)字脈沖，具有檢測(cè)范圍大，檢測(cè)精度高，響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，重復(fù)精度高，在本系統(tǒng)選擇控制精度分辨率為1um。

上位機(jī)用于顯示本次行程的距離、誤差以及被測(cè)雪深傳感器的數(shù)據(jù)返回值，通過(guò)以上數(shù)據(jù)計(jì)算判斷被測(cè)雪深傳感器誤差是否在范圍內(nèi)，是否符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求，并形成報(bào)表，連接打印機(jī)后可打印。

需要強(qiáng)調(diào)的是，本實(shí)用新型所述的實(shí)施例是說(shuō)明性的，而不是限定性的，因此本實(shí)用新型包括并不限于具體實(shí)施方式中所述的實(shí)施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案得出的其他實(shí)施方式，同樣屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。