專利名稱：秋千式電控擺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種電子自動化系統(tǒng)，具體涉及一種教學(xué)實驗設(shè)備。
背景技術(shù)：
在電子自動化課程和技術(shù)學(xué)習(xí)中，如何將書本上學(xué)到的理論知識應(yīng)用到實際是人們越來越關(guān)心的問題，因此實訓(xùn)變得越來越重要，實驗課的比例越來越大?，F(xiàn)有實驗課中的擺桿類的實驗裝置用到的技術(shù)比較單一，應(yīng)用單一的電子技術(shù)擺桿無法達到持續(xù)擺動的效
果O
發(fā)明內(nèi)容·
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有電子技術(shù)的實驗課中擺桿類的實驗裝置中擺桿不能連續(xù)擺動的問題，提出了秋千式電控擺。秋千式電控擺包括電子控制器、固定基座、固定吊環(huán)、主擺桿、步進電機、角度傳感器、可控擺桿和停止按鈕；固定吊環(huán)固定在固定基座上，主擺桿的一端與固定吊環(huán)轉(zhuǎn)動連接，步進電機固定在主擺桿的另一端，該步進電機的輸出軸與可控擺桿的一端固定連接；角度傳感器單元用于測量主擺桿的轉(zhuǎn)動角度，停止按鈕的停止信號輸出端與電子控制器的停止信號輸入端連接；角度傳感器的角度信號輸出端與電子控制器的角度信號輸入端相連，電子控制器的控制信號輸出端與步進電機的控制信號輸入端相連；所述主擺桿的擺動平面與可控擺桿的擺動平面相互平行；所述角度傳感器測量主擺桿的轉(zhuǎn)動角度是指主擺桿與豎直方向的夾角；所述的電子控制器采用微處理器實現(xiàn)，所述微處理器內(nèi)部帶有A/D轉(zhuǎn)換器，角度傳感器的角度信號輸出端與所述A/D轉(zhuǎn)換器模擬信號輸入端相連；所述的電子控制器內(nèi)部嵌入有控制軟件，該控制軟件的流程為步驟Al、讀取A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)據(jù)作為當前角度數(shù)據(jù)，執(zhí)行步驟A2 ；步驟A2、將最新的N組角度數(shù)據(jù)存入電子控制器的預(yù)設(shè)數(shù)組，其中N為3到10之間的自然數(shù)，執(zhí)行步驟A3;步驟A3、根據(jù)當前角度數(shù)據(jù)判斷可控擺桿是否向左擺動，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟A4，否則執(zhí)行步驟AlO ；步驟A4、將最新的N組角度數(shù)據(jù)互相比較，確定主擺桿向左擺動的最大擺角，執(zhí)行步驟A5 ；步驟A5、判斷主擺桿向左擺動的最大擺角是否小于設(shè)定值，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟A6，否則執(zhí)行步驟A9 ；步驟A6、輸出控制信號給步進電機，使步進電動機左轉(zhuǎn)，執(zhí)行步驟A7 ；步驟A7、根據(jù)當前角度數(shù)據(jù)判斷步進電機左轉(zhuǎn)是否到位，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟AS，否則返回執(zhí)行步驟A6 ；步驟A8、輸出控制信號給步進電機使其步進電機停止轉(zhuǎn)動，執(zhí)行步驟A9 ；步驟A9、判斷是否接收到停止信號，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟A14，否則返回執(zhí)行步驟A2 ；步驟A10、將最新的N組角度數(shù)據(jù)互相比較，確定主擺桿向右擺動的最大擺角，執(zhí)行步驟Al I ；步驟AU、判斷主擺桿向右擺動的最大擺角是否小于設(shè)定值，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟A12，否則返回執(zhí)行步驟A9 ；步驟A12、輸出控制信號給步進電機，使步進電動機右轉(zhuǎn)，執(zhí)行步驟A13 ；
步驟A13、根據(jù)當前角度數(shù)據(jù)判斷步進電動機右轉(zhuǎn)是否到位，如果判斷結(jié)果為是，則返回執(zhí)行步驟AS，否則執(zhí)行步驟A12 ；步驟A14、輸出控制信號給步進電機使步進電機停止工作。本發(fā)明的工作過程角度傳感器用來感應(yīng)主擺桿的擺動方向與角度，角度信號傳輸給電子控制器，電子控制器發(fā)出控制信號來控制步進電機，步進電機驅(qū)動可控擺桿。首先使電子秋千處于初始靜止狀態(tài)，然后用手搬動擺偏離原來的靜止狀態(tài)一定的角度，使擺處于直桿擺動狀態(tài)，同時使角度傳感單元在電子控制器的控制下對擺動的角度加以檢測。當檢測擺動的角度很小，小于設(shè)定值時，電子控制器控制步進電機轉(zhuǎn)動，主擺桿往哪個方向擺動，就使可控擺桿向哪個方向轉(zhuǎn)動，驅(qū)動擺變?yōu)榇蚯锴顟B(tài)，參見圖3。當擺動角度超過一定值時，就停止打秋千狀態(tài)回到直桿擺動狀態(tài)，參見圖2，而小于一定角度，就會使擺進入打秋千狀態(tài)。這樣，可以使擺桿連續(xù)擺動。秋千式電控擺應(yīng)用微處理器控制、角度傳感器控制和步進電動機驅(qū)動技術(shù)等比較全面的電子技術(shù)，可以控制擺桿連續(xù)擺動，本發(fā)明便于電子技術(shù)的集成訓(xùn)練。


圖I電子秋千系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2電子秋千系統(tǒng)在直桿擺動狀態(tài)時，向左擺動的狀態(tài)示意圖；圖3電子秋千系統(tǒng)在驅(qū)動擺變?yōu)榇蚯锴顟B(tài)時，向左擺動的狀態(tài)示意圖；圖4電子秋千系統(tǒng)中電子控制器與步進電機和角度傳感器的電氣連接示意圖；圖5電子秋千系統(tǒng)的系統(tǒng)控制流程圖。
具體實施例方式具體實施方式
一結(jié)合說明書附圖I、圖4和圖5說明本實施方式，本實施方式所述秋千式電控擺，它包括電子控制器I、固定基座2、固定吊環(huán)3、主擺桿4、步進電機5、角度傳感器6、可控擺桿7和停止按鈕8 ；固定吊環(huán)3固定在固定基座2上，主擺桿4的一端與固定吊環(huán)3轉(zhuǎn)動連接，步進電機5固定在主擺桿4的另一端,該步進電機5的輸出軸與可控擺桿7的一端固定連接；角度傳感器單元6用于測量主擺桿4的轉(zhuǎn)動角度，停止按鈕8的停止信號輸出端與電子控制器I的停止信號輸入端連接；
角度傳感器的角度信號輸出端與電子控制器I的角度信號輸入端相連，電子控制器I的控制信號輸出端與步進電機的控制信號輸入端相連；所述主擺桿4的擺動平面與可控擺桿7的擺動平面相互平行；所述角度傳感器6測量主擺桿4的轉(zhuǎn)動角度是指主擺桿4與豎直方向的夾角；所述的電子控制器I采用微處理器實現(xiàn)，所述微處理器內(nèi)部帶有A/D轉(zhuǎn)換器，角度傳感器的角度信號輸出端與所述A/D轉(zhuǎn)換器模擬信號輸入端相連；所述的電子控制器I內(nèi)部嵌入有控制軟件，該控制軟件的流程為步驟Al、讀取A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)據(jù)作為當前角度數(shù)據(jù)，執(zhí)行步驟A2 ；步驟A2、將最新的N組角度數(shù)據(jù)存入電子控制器的預(yù)設(shè)數(shù)組，其中N為3到10之間的自然數(shù)，執(zhí)行步驟A3;·步驟A3、根據(jù)當前角度數(shù)據(jù)判斷可控擺桿是否向左擺動，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟A4，否則執(zhí)行步驟AlO ；步驟A4、將最新的N組角度數(shù)據(jù)互相比較，確定主擺桿向左擺動的最大擺角，執(zhí)行步驟A5 ；步驟A5、判斷主擺桿向左擺動的最大擺角是否小于設(shè)定值，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟A6，否則執(zhí)行步驟A9 ；步驟A6、輸出控制信號給步進電機，使步進電動機左轉(zhuǎn)，執(zhí)行步驟A7 ；步驟A7、根據(jù)當前角度數(shù)據(jù)判斷步進電機左轉(zhuǎn)是否到位，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟AS，否則返回執(zhí)行步驟A6 ；步驟A8、輸出控制信號給步進電機使其步進電機停止轉(zhuǎn)動，執(zhí)行步驟A9 ；步驟A9、判斷是否接收到停止信號，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟A14，否則返回執(zhí)行步驟A2 ；步驟A10、將最新的N組角度數(shù)據(jù)互相比較，確定主擺桿向右擺動的最大擺角，執(zhí)行步驟Al I ；步驟AU、判斷主擺桿向右擺動的最大擺角是否小于設(shè)定值，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟A12，否則執(zhí)行步驟A9 ；步驟A12、輸出控制信號給步進電機，使步進電動機右轉(zhuǎn)，執(zhí)行步驟A13 ；步驟A13、根據(jù)當前角度數(shù)據(jù)判斷步進電動機右轉(zhuǎn)是否到位，判斷結(jié)果為是返回步驟AS，判斷結(jié)果為否，則執(zhí)行步驟A12 ；步驟A14、輸出控制信號給步進電機使步進電機停止工作。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一所述的秋千式電控擺，不同點在于所述的電子控制器I采用的微處理器選用芯片型號為C8051F020的單片機實現(xiàn)。微處理器C8051F020的一個A/D轉(zhuǎn)換器的一個端子AINO用來接收角度傳感器6的傳感輸出，微處理器C8051F020的兩個數(shù)字I/O端子PO. O和PO. I用來輸出兩路PWM，以控制步進電機5，電子控制器I與步進電機5和角度傳感器6的電氣連接示意圖參見圖4。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一所述的秋千式電控擺，不同點在于所述角度傳感器6采用型號為MMA7361QR 3軸小量程加速傳感器實現(xiàn)。MMA7361QR 3軸小量程加速傳感器是檢測物件運動和方向的傳感器，它根據(jù)物件運動和方向改變輸出信號的電壓值。各軸的信號在不運動或不被重力作用的狀態(tài)下0g，其輸出為1.65V。如果沿著某一個方向活動，或者受到重力作用，輸出電壓就會根據(jù)其運動方向以及設(shè)定的傳感器靈敏度而改變其輸出電壓。用單片機的A/D轉(zhuǎn)換器讀取此輸出信號，就可以檢測其運動和方向。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一所述的秋千式電控擺，不同點在于所述控制軟件的流程中，所述角度傳感器發(fā)送來的角度數(shù)據(jù)為當主擺桿的末端在豎直方向的左側(cè)時，角度傳感器測量獲得的角度數(shù)據(jù)為正值，即主擺桿與豎直方向的夾角為正；當主擺桿的末端在豎直方向的右側(cè)時，角度傳感器測量獲得的角度數(shù)據(jù)為負值，即主擺桿與豎直方向的夾角為負。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一所述的秋千式電控擺，不同點在于所述控制軟件的流程中，所述步驟A4中將最新的N組角度傳感數(shù)據(jù)互相比較，確定主擺桿向左擺動的最大擺角的方法為將電子控制器中預(yù)設(shè)數(shù)組中的正值相互比較，其中最大 值為主擺桿向左擺動的最大擺角。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一所述的秋千式電控擺，不同點在于所述控制軟件的流程中，所述步驟A7中通過角度傳感器傳來的角度信號判斷步進電機左轉(zhuǎn)是否到位的方法為將步進電機左轉(zhuǎn)過程中角度傳感器傳來的主擺桿的轉(zhuǎn)動角度與預(yù)先設(shè)定到電子控制器中的設(shè)定值相比較，當大于該設(shè)定值時，則步進電機左轉(zhuǎn)到位。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一所述的秋千式電控擺，不同點在于所述控制軟件的流程中，所述步驟A13中通過角度傳感器傳來的角度數(shù)據(jù)判斷步進電動機右轉(zhuǎn)是否到位的方法為將步進電機右轉(zhuǎn)過程中角度傳感器傳來的主擺桿的轉(zhuǎn)動角度取絕對值，然后與預(yù)先設(shè)定到電子控制器中的設(shè)定值相比較，當大于該設(shè)定值時，步進電機右轉(zhuǎn)到位。
權(quán)利要求
1.秋千式電控擺，其特征在于它包括電子控制器(I)、固定基座(2)、固定吊環(huán)(3)、主擺桿(4)、步進電機(5)、角度傳感器￠)、可控擺桿(7)和停止按鈕(8)； 固定吊環(huán)(3)固定在固定基座(2)上，主擺桿(4)的一端與固定吊環(huán)(3)轉(zhuǎn)動連接，步進電機(5)固定在主擺桿(4)的另一端，該步進電機(5)的輸出軸與可控擺桿(7)的一端固定連接；角度傳感器單元(6)用于測量主擺桿(4)的轉(zhuǎn)動角度，停止按鈕(8)的停止信號輸出端與電子控制器(I)的停止信號輸入端連接； 角度傳感器的角度信號輸出端與電子控制器(I)的角度信號輸入端相連，電子控制器(I)的控制信號輸出端與步進電機的控制信號輸入端相連； 所述主擺桿(4)的擺動平面與可控擺桿(7)的擺動平面相互平行； 所述角度傳感器(6)測量主擺桿(4)的轉(zhuǎn)動角度是指主擺桿(4)與豎直方向的夾角；所述的電子控制器(I)采用微處理器實現(xiàn)，所述微處理器內(nèi)部帶有A/D轉(zhuǎn)換器，角度傳感器的角度信號輸出端與所述A/D轉(zhuǎn)換器模擬信號輸入端相連； 所述的電子控制器(I)內(nèi)部嵌入有控制軟件，該控制軟件的流程為 步驟Al、讀取A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)據(jù)作為當前角度數(shù)據(jù)，執(zhí)行步驟A2 ； 步驟A2、將最新的N組角度數(shù)據(jù)存入電子控制器的預(yù)設(shè)數(shù)組，其中N為3到10之間的自然數(shù)，執(zhí)行步驟A3; 步驟A3、根據(jù)當前角度數(shù)據(jù)判斷可控擺桿是否向左擺動，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟A4，否則執(zhí)行步驟A10; 步驟A4、將最新的N組角度數(shù)據(jù)互相比較，確定主擺桿向左擺動的最大擺角，執(zhí)行步驟A5 ； 步驟A5、判斷主擺桿向左擺動的最大擺角是否小于設(shè)定值，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟A6，否則執(zhí)行步驟A9; 步驟A6、輸出控制信號給步進電機，使步進電動機左轉(zhuǎn)，執(zhí)行步驟A7 ； 步驟A7、根據(jù)當前角度數(shù)據(jù)判斷步進電機左轉(zhuǎn)是否到位，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟AS，否則返回執(zhí)行步驟A6; 步驟AS、輸出控制信號給步進電機使其步進電機停止轉(zhuǎn)動，執(zhí)行步驟A9 ； 步驟A9、判斷是否接收到停止信號，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟A14，否則返回執(zhí)行步驟A2 ； 步驟A10、將最新的N組角度數(shù)據(jù)互相比較，確定主擺桿向右擺動的最大擺角，執(zhí)行步驟 All ； 步驟AU、判斷主擺桿向右擺動的最大擺角是否小于設(shè)定值，如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟A12，否則執(zhí)行步驟A9 ； 步驟A12、輸出控制信號給步進電機，使步進電動機右轉(zhuǎn)，執(zhí)行步驟A13 ； 步驟A13、根據(jù)當前角度數(shù)據(jù)判斷步進電動機右轉(zhuǎn)是否到位，判斷結(jié)果為是返回步驟AS，判斷結(jié)果為否，則執(zhí)行步驟A12 ； 步驟A14、輸出控制信號給步進電機使步進電機停止工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的秋千式電控擺，其特征在于所述的電子控制器(I)采用的微處理器選用芯片型號為C8051F020的單片機實現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的秋千式電控擺，其特征在于所述角度傳感器(6)采用型號為MMA7361QR 3軸小量程加速傳感器實現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的秋千式電控擺，其特征在于所述控制軟件的流程中，所述角度傳感器發(fā)送來的角度數(shù)據(jù)為 當主擺桿的末端在豎直方向的左側(cè)時，角度傳感器測量獲得的角度數(shù)據(jù)為正值，即主擺桿與豎直方向的夾角為正； 當主擺桿的末端在豎直方向的右側(cè)時，角度傳感器測量獲得的角度數(shù)據(jù)為負值，即主擺桿與豎直方向的夾角為負。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的秋千式電控擺，其特征在于所述控制軟件的流程中，所述步驟A4中將最新的N組角度傳感數(shù)據(jù)互相比較，確定主擺桿向左擺動的最大擺角的方法為將電子控制器中預(yù)設(shè)數(shù)組中的正值相互比較，其中最大值為主擺桿向左擺動的最大擺角。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的秋千式電控擺，其特征在于所述控制軟件的流程中，所述步驟A7中通過角度傳感器傳來的角度信號判斷步進電機左轉(zhuǎn)是否到位的方法為將步進電機左轉(zhuǎn)過程中角度傳感器傳來的主擺桿的轉(zhuǎn)動角度與預(yù)先設(shè)定到電子控制器中的設(shè)定值相比較，當大于該設(shè)定值時，則步進電機左轉(zhuǎn)到位。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的秋千式電控擺，其特征在于所述控制軟件的流程中，所述步驟A13中通過角度傳感器傳來的角度數(shù)據(jù)判斷步進電動機右轉(zhuǎn)是否到位的方法為將步進電機右轉(zhuǎn)過程中角度傳感器傳來的主擺桿的轉(zhuǎn)動角度取絕對值，然后與預(yù)先設(shè)定到電子控制器中的設(shè)定值相比較，當大于該設(shè)定值時，步進電機右轉(zhuǎn)到位。
全文摘要
秋千式電控擺，它涉及一種教學(xué)實驗設(shè)備。本發(fā)明解決了電子技術(shù)的實驗課中擺桿類的實驗裝置應(yīng)用的電子技術(shù)不全面，擺桿不能持續(xù)擺動的問題。秋千式電控擺包括電子控制器、固定基座、固定吊環(huán)、主擺桿、步進電機、角度傳感器、可控擺桿和停止按鈕；固定吊環(huán)固定在固定基座上，主擺桿的一端與固定吊環(huán)轉(zhuǎn)動連接，步進電機固定在主擺桿的另一端，該步進電機的輸出軸與可控擺桿的一端固定連接；角度傳感器單元用于測量主擺桿的轉(zhuǎn)動角度；角度傳感器的角度信號輸出端與電子控制器的角度信號輸入端相連，電子控制器的控制信號輸出端與步進電機的控制信號輸入端相連。本發(fā)明適用于電子技術(shù)的集成訓(xùn)練。
文檔編號G05B19/042GK102880100SQ20121041757
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者王丁 申請人:黑龍江大學(xué)