电动遥控

电动遥控（共3篇）

电动遥控 篇1

引言

近年来, 中国造船业处于快速成长阶段, 但设计能力落后, 配套产业发展滞后, 大量电子设备和核心装备依赖进口, 一直是制约行业发展的主要瓶颈[1]。主机电动遥控系统是船舶自动化系统的核心, 国内该系统一般是针对中大型船舶而设计, 其设计复杂、价格昂贵、安装繁琐、操作难度大、维护成本高。小型船舶一般不需要复杂的设计和控制方法, 但市场上很难找到合适的主机电动遥控系统, 而不得不进口[2,3]。

本文根据小型船舶使用特点, 量身设计了一套适合其柴油机的主机电动遥控系统。

1 系统结构与工作原理

主机遥控是指离开机器, 在驾驶台或集中控制室对主机进行远距离操纵的方式。对于小型船舶而言, 只需控制台单一控制即可, 同时去掉集控室、值班室等的控制切换功能[4,5]。如图1所示为主机电动遥控系统结构总体框图, CPU单元通过检测单元1获取控制台操作车钟手柄下发的控制指令, 并根据控制指令分别驱动电动机1和电动机2, 两者通过机械装置拖动柴油机离合器和油门进行移动, 检测单元2和检测单元3分别检测电动机1和电动机2的移动行程, 发送回CPU单元, 从而判断柴油机离合器和油门是否移动到指定位置。

2 系统硬件设计

2.1 CPU单元

CPU单元是整个系统的核心, 它需要采集检测单元的数据, 并结合特定的控制算法驱动电机带动机械装置, 控制柴油机离合器和油门的移动, 从而实现主机电动遥控系统的所有功能。CPU单元性能越高, 功能越强, 外围电路就可以设计得越简单, 实现控制算法也将更容易, 因此CPU单元的性能、功能、稳定性、可靠性至关重要[6]。

采用STM32F407ZG作为CPU单元。它已广泛应用于电机驱动、应用控制、PLC、变频器等众多领域, 是基于高性能的ARM®Cortex™-M4F的32位RISC内核, 工作频率高达168 MHz。Cortex-M4F核心功能支持所有ARM单精度数据处理指令和数据类型的单精度浮点单元 (FPU) , 除此之外还实现了一套完整的DSP指令和内存保护单元 (MPU) , 从而提高应用程序运行的稳定性、可靠性。

2.2 检测单元

检测单元主要是检测控制台的控制指令及柴油机离合器和油门的行程。控制台是由操作员操作一个车钟手柄, 而车钟手柄拖动一个电位器, 根据电位器所处的不同位置为主机电动遥控系统下发指令。柴油机离合器和油门所处的位置也是由电动机通过机械装置分别拖动一个电位器来识别的。

为了识别电位器的位置信号, 本项目在电位器两端加载一个标准的5 V电压信号, 然后检测电位器中间点的电压, 从而获取电位器所处位置。

检测单元的精度直接决定了本系统控制的精细度。系统控制精细度越高, 操作就越精准, 控制就越准确。采用了广泛应用于电力电子领域的高精度5 V电源芯片ADR02AR, 其电压输出范围为4.995 V~5.005 V, 以及一个高精度模数转换芯片AD7606BSTZ-4, 其分辨率可达1/32768。

检测单元硬件电路包括信号调理电路与AD采样电路。信号调理电路主要把电位器中间点的电压信号进行隔离、放大、再隔离之后送给AD采样电路, 如图2所示。AD采样电路的功能是把信号调理电路输出的电压信号进行模数转换, 然后把转换结果送给CPU单元。

2.3 电机驱动

采用12 V有刷直流电机, 针对不同电机应选择相对应的驱动。简单而言, 功率大的电机应选用内阻小、电流容许大的驱动, 功率小的电机反之。

电机驱动较常规的方法是采用PWM控制, 该技术是利用半导体开关的通断, 使得直流电压随着半导体开关的通断而变化。半导体开关导通时, 直流电压为高电平状态, 反之亦然, 从而把直流电压变成了脉冲信号, 那么通过改变半导体开关通断状态就可以改变PWM信号的频率或脉冲宽度, 即改变了直流电压的平均值, 从而达到直流电机调速的目的[7,8]。

采用飞思卡尔半导体公司的集成桥式驱动芯片MC33886。其最大驱动电流为5 A, 导通电阻为140 mΩ, PWM频率最大为10 k Hz。芯片内置了控制逻辑、电荷泵、门驱动电路, 并且集成了短路保护、欠压保护、过温保护等功能, 体积小巧, 使用简单。

3 系统软件设计

系统软件主要包括:AD7606数据采集程序、状态切换程序、电机控制程序等。

3.1 AD7606数据采集程序

AD7606数据采集程序负责读取模数转换的结果, 从而获取控制台及柴油机离合器和油门所拖动电位器的具体位置。AD7606采集程序是由TIM2中断和AD7606转换完成触发的外部中断来实现的。TIM2设置的是一个定时100μs的中断, 中断程序内部会立即触发AD7606开始模数转换, 同时每触发一次模数转换, 外部中断计数器 (num) 加1。AD7606的转换时间是4μs, 如果运行正常, 则4μs以后会产生一个AD7606外部中断。在外部中断程序中, 首先读取AD7606数据, 其次清空外部中断计数器num, 如果在TIM2中检测到num大于5, 表示AD7606连续5次未触发外部中断, 说明AD7606已被锁死, 应立即复位, 重新等待TIM2中断的到来。如图3所示为AD7606数据采集程序框图。

3.2 状态切换程序

状态切换程序是根据控制台车钟手柄所拖动的电位器所处的位置解析出控制台所发出的指令。

系统状态分三种:停止、前车、倒车。分别代表目前船舶处于停止、前进、倒退状态。这三种状态的切换依据是检测到的控制台车钟手柄所拖动的电位器中间点电压信号实时值Actual Data:在停止状态时, 若Actual Data大于前车开始位置Forward Start Point, 状态直接切换为前车状态, 反之直接切换为倒车状态;在前车状态时, 只有Actual Data小于或等于Forward Start Point, 方切换为停止状态;在倒车状态时, 只有Actual Data大于或等于Reverse Start Point方切换为停止状态。为安全起见, 前车和倒车状态之间不能直接切换。

3.3 电机控制程序

电机控制程序主要是根据系统所处的状态来控制拖动离合器和油门的电机移动。如果系统处于停止状态, 则首先检查油门是否复位, 若未复位, 则驱动电机使其复位。再检查离合器是否复位, 若未复位, 则驱动电机也使其复位。

如果系统处于前车状态, 首先检查离合器是否处于前车位置, 若否, 则驱动电机使之, 然后根据控制台车钟手柄的位移量程, 按一定比例计算出油门所应处的行程, 驱动电机移动油门到恰当位置。系统处于倒车状态与前车状态的过程一致, 不再赘述。图4所示为电机控制程序框图。

4 设计实现

新研制出的柴油机主机电动遥控系统与ZF公司的MC2000-2控制手柄相连接, 设定好离合器与油门的机械行程后, 反复操作控制手柄发出前车、加油门、倒车、加油门、停机等指令, 主机电动遥控系统驱动直流电机拖动机械装置控制离合器的挂挡和油门的推进等都按照预定方式运行, 且控制的离合器和油门移动的行程精度达3 mm, 系统运行稳定可靠, 完全符合主机电动遥控系统船用的各项指标。如图5所示为正在运行中的主机电动遥控系统。

5 结束语

本文所设计的小型船用柴油机主机电动遥控系统, 根据小型船舶的特点量身定做, 具有成本低、操作简单、维护方便、运行可靠等特点, 解决了目前主机电动遥控系统主要依赖进口, 小型船舶选择不到适合的主机电动遥控系统的尴尬局面。

参考文献

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[7]王晓明.电动机的单片机控制[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2002.

[8]李维军, 韩小刚, 李晋.基于单片机用软件实现直流电机PWM调速系统[J].机电一体化, 2004, 10 (5) :49-51.

电动遥控 篇2

为了提高带电作业的自动化水平和安全性,减轻操作人员的劳动强度和强电磁场对操作人员的人身威胁,从80年代起许多国家都先后开展了带电作业机器人的研究,如日本、西班牙、美国、加拿大、法国等国家先后开展了对带电作业机器人的研究。如图1所示,2005年我国也完成了高压带电作业机器人产品化样机的研制。电动扳手是高压带电作业机器人的专用作业工具,其主要功能是安装、拆卸需要检修的高压带电作业绝缘子及其他接续工具。目前应用的电动扳手多是手动控制,为了适应高压带电作业机器人应用的要求,研制了一种以DSP作为主控制器的新型遥控冲击式电动扳手,满足了高压带电作业任务的要求。

1 电动扳手的特点

采用了高集成度IC芯片和先进的SMT表面元件贴装工艺以及独特的电路屏蔽技术,使产品具有了超强的抗干扰能力和可靠性,可在十分严酷的电磁干扰环境下长期稳定工作。采用模块化电路结构,通过简便的模块组合,即可实现电动扳手的各种功能变换,通用性和灵活性显著增强。通过无线遥控接收模块,控制电动扳手的开关。拧紧的最大力矩为:118N。采用直流12V的锂电池供电。具有过流、过压自动保护电路,性能可靠。速度是普通电动驱动扳手的3倍以上,达到预设扭矩时自动停止。采用减速器进行减速,减速稳定、可靠。

2 系统总体设计

如图2所示,无线控制电动扳手主要由扳手套筒1,转换头2,永磁直流电机、减速器和滚珠螺旋槽冲击机构3、无线控制开关模块4、PWM变频调速模块5、手枪式手柄6和充电电池7组成,采用充电电池驱动12V的直流电动机,PWM脉宽调节控制,无线遥控器开关控制电动扳手电机的开启动作,根据调速按键的按下程度,调节合适的速度,结构合理,操作简便。电动扳手采用等电位作业法,所以需要解决电动扳手的绝缘问题。电动扳手具有铝合金成型的外壳,可以实现电磁屏蔽。为了实现机械臂和电动扳手的绝缘,手柄采用了塑料外壳[1]。

3 系统硬件设计

如图3所示,将遥控电动扳手的硬件设计分成5层,各层完成功能分别是:层1是执行结构,是机器人运动的基础;层2是驱动系统,包括电机驱动器和系统供电;层3是系统接口部分,包括I/O接口;层4是DSP核心板部分,包括JTAG、复位电路和晶振;层5是系统功能扩展板,实现与遥控器的通信。

3.1 电机驱动模块

由于冲击扳手电动机的过载电流能达10A,所以选用了具有H桥的SA60。如图4所示,SA60是一个PWM型功率输出芯片,电路提供给电机的电源电压最大可达到80V,能连续向负载提供10A的电流。最大模拟输入电压5V,PWM载波频率可以到250k Hz,而效率可以高达97%,该芯片还可以外接一个可兼容的TTL型的PWM的信号来同步四象限模式的幅值和方向。PWM IN引脚控制电机的方向

3.2 无线发射接收模块

超再生式接收机具有电路简单、成本低廉等优点而被广泛采用,超外差接收机虽然价格较高,但温度适应性强,接收灵敏度更高,而且工作稳定可靠,抗干扰能力强,所以无线接收模块选用了抗干扰能力强的超外差接收模块。

遥控器选用和接收模块配套的远距离遥控器。电池使用A23电池,采用白色的优质塑料外壳,硅胶按键,带拉杆天线。遥控器背后有活动的电池舱盖,可以方便地更换电池。发射距离300-500米。各键的功能如表1所示:

3.3 电源电路设计

为了实现电路的可靠性,在电路上采取了如下措施:

1)防电磁干扰

电磁干扰必须包括三个要素,即电磁干扰源、电磁干扰传递途径及接收电磁干扰的响应者。这三个要素相当复杂,不同的场合有不同的表现。为了防止电机驱动电路和控制电路相互干扰,通过一个电感L2实现不共地。

如图5所示,AB之间是电路1和电路2与地之间的共阻抗。在电路排版中,由于地线的阻抗存在,因而能产生一定的电位差。由于电位差的存在,就必然对电路的工作带来影响。因此在电路板排版中,要一点接地。

2)过电流保护

为了防止控制部分和电机驱动部分电路发生短路,在前序电路都加上自恢复保险丝F1、F2。自恢复保险丝是一种新型高分子聚合材料制成的器件,当电流低于额定值时,它的电流电阻只有零点几欧姆。而当电流大到一定程度,它的阻值迅速升高,引起发热,而越热阻值越大,从而阻断电源电流。

3)过电压保护

如图6所示,为了防止后续电路过电压,在电源电路上各加上抑制二极管VTS1、VTS2。抑制二极管可以看成两个并联且方向相反的齐纳二极管,当电两端电压高于某一额定值时导通。其特点是可以瞬态通过数百上千安培的电流。

4)防反接保护

为了使二次电源在输入线路反接时不至于损坏,在输入端加了反接保护电路。当反接时,二极管导通,可恢复保险丝电阻增大,抑制电流的大小。起到极性保护作用。

4 系统软件设计

软件设计主要包括:接收到的控制命令码的解码程序和电机调速的PWM脉宽调制程序。

4.1 解码程序

编码芯片PT2262发出的编码信号由:地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字,解码芯片PT2272接收到信号后,其地址码经过两次比较核对后,VT脚才输出高电平,与此同时相应的数据脚也输出高电平。如图7所示,采用中断的方式来接收发射码并进行解码获得控制命令。

4.2 PWM脉宽调制程序

所采用的微电机转速很高(12000r/min),可以通过改变加载电机两端的电压来实现降速。基于简单实用考虑,采用脉宽调速。而软件的做法是通过设置DSP内部的寄存器来达到,且软件调整量指标更高,调整更可靠、更方便、更准确。

5 实验

如图8所示,利用该无线控制用冲击电动扳手在高压带电作业机器人上进行了实验。主要工作是带电安装、拆卸需要检修的高压带电作业绝缘子及其他接续工具[3]。在利用该工具进行工作时,首先选择所需的套筒,将方孔套入电动扳手的方轴头上,按所需的工作方向,选择松、紧开关。按下无线遥控开关,12V的直流电机启动,在PWM的脉宽调制控制下,选择合适的转速和方向,进行装、卸工作[4]。

6 结论

为了适应高压带电作业机器人应用的要求[5],研制了一种以DSP作为主控制器的新型冲击式电动扳手,满足了高压带电作业任务的要求。该电动扳手可以完成带电安装、拆卸需要检修的高压带电作业绝缘子及其他接续工具。整个工作过程,由于控制模块的完备性,操作简单方便。具有很大的实用价值。

摘要：首先介绍了高压带电作业机器人国内外研究现状。其次针对安装、拆卸需要检修的高压带电作业绝缘子及其他接续工具,叙述了一种以DSP2812为核心的高压带电作业机器人专用遥控电动扳手的特点,并给出了电动扳手的总体结构,再次详细描述了硬件系统各分电路的功能特点以及设计方案和软件系统解码程序、PWM脉宽调制程序的设计。最后通过实验进一步分析说明所设计的体系结构的合理性和可行性。

关键词：高压带电作业机器人,遥控,电动扳手,电磁干扰

参考文献

[1]戚晖.高压带电作业机器人绝缘防护技术研究[J].高电压技术,2003,5.

[2]万山明.TMS320F281xDSP原理及应用实例[M].北京航空航天大学出版社,2007.

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电动遥控 篇3

起着固沙、防浪、美化特殊作用的黄河防护林木、堤防生物等，每逢病虫害高发期，各类病虫害突发性强，蔓延速度快，尤其是肆无忌惮的美国白蛾虫害，其毁坏面积大，危害尤为严重。传统防治病虫害方法，是利用人工背负式喷雾器喷洒药物治防，其劳动强度大、效率低、费用高。而大型喷雾汽车体积大、成本高、灵活性差，尤其在狭隘区域、道路坑洼、场地不佳等制约条件下，极大影响了病虫害防治工作。因而导致：一是贻误防治最佳时机，二是易导致病虫害的迅速蔓延，三是增加了防护人员的劳动强度，四是造成大量林木死亡并造成巨大损失。因此，我们根据该实际情况，创新制成HHLJ-1型多功能遥控电动喷洒器。该器具的创新应用，为防治病虫害等发挥了巨大作用，值得推广使用。

1 HHLJ-1多功能遥控电动喷洒器主要构成

喷洒器由：平板车(行走承载)，储液罐，电器集装、工具药物箱，输液管，高压喷枪，收、放绞车，附件8部分构成。

2 喷洒器各构件技术性能指标

(1)平板车：木质结构。几何尺寸：长、宽、高150×50×85cm。

(2)电瓶：可充直流电瓶一块：12V/20Ah。

(3)直流高压泵(如表1)

12V/48W直流高压泵，充电后可持续使用4小时，扬程可达10m。

(4)无线遥控器：有效遥控距离300m;

(5)输液管：选用耐农药三胶两线高性胶管,φ8mm,BP320kg/cm2,32MPar。

(6)储液罐：抗衰老、耐压增强卧式多用塑料罐(尾端有进、排控制阀)。几何尺寸：φ50cm，长80cm;容积150L。

(7)喷枪：雾谱范围：任意角度;垂直、水平射程0～10m;喷量10～200L/h。

3 平板车、绞车、电器集装、工具药物箱的选材、制作与组装

(1)平板车：用1cm厚板材和4×6cm方木，制成：110×50×6cm框架板面。然后安装单轴双轮一套(26寸轮2个)，一个φ30万向轮，组成行走系统。

推行扶手、支架选：φ20mm，长600mm,1根;450mm,2根铁管;5×5mm角钢2块，长30cm，钻φ10mm孔四个。将2根450mm铁管一端按250mm焊接在600mm钢管上(由中心向两侧)，另一端以60°角度焊接于5×5mm角钢上，然后将角钢用螺栓固定于两侧4×6框架。储液罐用2条盘带、锁紧卡4个同样固定于框架上。

(2)绞车：由2块φ500mm，厚2mm圆形铁板(加焊6根φ10mm，长400mm圆钢);φ20mm，长700mm圆钢贯穿铁板中心焊接，一侧弯有摇动手柄。两支架高450mm,2根，上端焊有轴承两个，底端水平与垂直夹角45°焊接在角钢上。

(3)电器集装箱：用1cm厚木板做成30×30×20cm木箱，箱内布设电瓶、高压泵、遥控接收器;箱外安设电源开关、电流指示表、充电插孔。

(4)工具药物箱：用厚1cm木板做成40×30×25cm木箱，存放工具、药物。

(5)输液管：吸液管φ8mm，长3m，一端与多层过滤网连接，另一端与高压泵进口连接;出液管φ8mm，长100m(根据实际需要增减)，一端与高压泵出口固接，另一端与高压喷枪固接。

(6)高压喷枪：根据需要，喷枪可调为射流、雾化状态使用;全方位手动任意角度喷射，幅度覆盖面积广。

(7)附件：加长杆3.2m，延长喷头高度，增大喷射距离。

4 组装（如表2)

5 喷洒器的特点、工作原理

5.1 特点

喷洒器：一是可远距离遥控启、闭驱动高压泵输送喷洒药液(水);二是赢得防治病虫害最佳时机和有效控制蔓延速度;三是适应性强，可在远距离及陡、斜坡等复杂环境情况下喷洒作业;四是实用性强，可用于养殖、种植、苗圃、景点美化、车辆器具等清洗、冲刷，实现一器多用;五是通行性强，适合路窄、坑洼不平道路;六是构造简单、制造成本低，费用少;七是降低劳动中的强度;八是低碳环保、无噪音、无二次污染、节能、高效;九是可拆卸分离转换其它载体车使用、易保管;十是创造经济效益可观。其最大特点：遥控启闭驱动，低碳环保，使用费用低，并可拆卸、转换其它载体车使用。

5.2 原理概述与分述

(1)概述：喷洒器采用人力推走三轮平板车为载体稳定移动(根据实际需要，可选用电动三轮车或13kw拖拉机)，合理布设，优化整合。集：行走、储存、遥控启闭、管路压输、喷枪等器件，充分发挥各件性能，实现将药物或水喷射到位之目的。亮点是：利用科技产品，电瓶供电，无线遥控启闭驱动高压泵，远距离高压管输、雾化、喷射至目标。

(2)分述：

移动稳定：人工动力，近距移动稳妥(远程可借助其他动力拖行)。

直流供电、安全可靠：采用可充电瓶，直流供电、安全可靠。

大容量罐：选用大容量罐，解决远距离取水、耗时费工等难题。

遥控启闭：无线遥控启、闭驱动泵机自动运行。

高压输送：自动吸液、高压输送液(水)，可调射流或雾化喷洒。

5.3 主要用途

(1)防治病虫害。防治林木、种养殖病虫害(配加不同药物)。及时、高效对各类树株林木病虫害进行喷药防治，尤其是美国白蛾。

(2)喷洒保湿。可广泛用于林木、草坪、苗圃、蔬菜种植育苗等前期喷洒，保湿养苗。

(3)冲刷、清洗。可对敞开式种植、草坪、树木、车辆器具等除尘冲刷、清洗。

6 创新理念及设施概述

(1)创新理念：创新理念是：利用现代科技产品，低耗、节能、环保、降低劳动强度，省时、高效创造更大经济效益。

(2)设施概述：该器具通过探索、研试、总结，采用电瓶供电，遥控驱动、高压输送、器件优化，整合成：操作简捷、通行、适用、实效性强的多用途新型器具。

7 喷洒器的运用、注意事项与维护保管

(1)运用：一人手持遥控器、喷枪喷洒;一人承担收、放液管及看护职责。

(2)注意事项：电瓶、电机维护，药物安全保管，须按厂家使用说明书严格执行。

(3)维护保管：清洗、除垢、涂油、定期充电，按厂家规定保养;闲时可拆卸、分离或整体入库保管。

8 喷洒器所产生的经济效益比较分析（如表2)

(1)制造成本低：由表1可看出，喷洒器造价仅1230元/部，其防治病虫害所产生的效率经济效益十分理想。

(2)使用费用低：喷洒器耗电费用计算：48w×8 h=384w(考虑损耗等因素影响，消耗电仅0.4度/8 h，按每度电1.0元计算，每天仅支出0.4元)，费用很低。

(3)产生效益可观：汽油机与喷洒器费用比较：90#汽油机耗油：1.2升/亩，单价6.6元/升，计算节约费用：7.92-0.4=7.52元/亩，1230÷7.52=164(亩)，由计算可看出完成164亩喷药即能收回一台喷洒器制造成本。据统计我局共有各类林木约1.4万亩，计算1.4万亩×6.2=10.53(万元)完成一次喷药即可节省10.53万元利润。由此可见经济效益十分客观。

9 推广应用价值

(1)制造使用情况：喷洒器于2010年4月制成并应用，多次在其它项目中使用。实用效果显示：具有省时、高效、安全、可靠。为确保防止病虫害的蔓延起到了决定性作用，其所创造的社会综合经济效益和防洪效益十分显著。

(2)性能指标显示：喷洒器使用操作简捷、高效、易保管，其效率是人工肩负手摇喷药机的3.2倍(表2)，该设备造价低、省时、高效，且结构合理、使用费用低、适用性强，产生综合经济效益和防洪效益理想，推广应用价值大。

1 0 综述

综上所述：喷洒器从其性能、特点和所产生经济效益来看，总体结构合理，布局得当、造价低、移动方便、无噪音、低碳无污染、省时、高效、安全，可一器多用。并改变传统肩负承重高强度模式，使用费用特低(耗电0.4°/8h)，组装运用对自然环境无特殊要求。可适用于林木、种养殖防治病虫害与器具冲刷清洗污尘等需要，其创造的社会综合经济效益巨大。具有很大推广使用价值。

摘要：HHLJ-1型多功能遥控电动喷洒器,是在黄河林木、绿化防治病虫害实践中创新制成应用的新器具。其特点:无线遥控、无噪音、无污染、通行性强,可在田间、路窄及陡斜坡情况下喷洒作业。其技术性能显示:结构合理,性能稳定可靠,适应性强。它由传统人工高强度肩负操作方式,变为人、电配合的无线遥控给力模式。该器具既适用于黄河林木病虫害防治,又适用于城镇绿化、草坪,也可用于敞开式种植、养植、育苗及公路美化带的病虫害防治,还可冲洗林木、器具污尘等。可谓:一器多用。其最大特点:遥控启闭驱动,低碳环保,使用费用低,并可拆卸、转换其它载体车使用。其使用效果显示:省时、高效、安全、低碳、环保、节能,其创造社会综合经济效益显著。具有推广使用价值。