宋海燕　陳繼濤

【摘 要】針對(duì)船舶的航向變化以及船的搖擺會(huì)給平臺(tái)系統(tǒng)帶來擾動(dòng)的問題，提出了一種基于 8051單片機(jī)和陀螺儀的船載實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)平載物臺(tái)控制系統(tǒng)， 并提出了整體設(shè)計(jì)方案， 最終對(duì)載物臺(tái)進(jìn)行了總體測試，測試結(jié)果表明該控制系統(tǒng)能夠滿足性能指標(biāo)要求。采用STC15F2K60S2單片機(jī)作為核心控制部件， 通過陀螺儀測量外部信號(hào)，將信號(hào)傳給單片機(jī)處理，然后再通過單片機(jī)控制舵機(jī)來進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)平的，以保證其始終處于水平狀態(tài)。該方法具有實(shí)現(xiàn)簡單、成本低、精度高等優(yōu)點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】船載載物臺(tái)；實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)平；單片機(jī)

0 引言

自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)作為一種安放在運(yùn)動(dòng)物體上的設(shè)備，具有將其上的設(shè)備與運(yùn)動(dòng)物體擾動(dòng)隔離的功能。自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)無論在軍用還是在民用方面都有比較廣泛的用途，例如航拍、艦載導(dǎo)彈發(fā)射臺(tái)、船舶制造、船載衛(wèi)星接收天線等。為此，本文介紹了一種船載實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)平載物臺(tái)控制系統(tǒng)，此載物臺(tái)將其上的設(shè)備與船舶的搖擺運(yùn)動(dòng)隔離，使固定于該載物臺(tái)上的設(shè)備始終處于水平狀態(tài)平臺(tái)。

自動(dòng)調(diào)平載物臺(tái)整個(gè)系統(tǒng)主要由機(jī)械設(shè)計(jì)、硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)三個(gè)部分組成。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)

機(jī)械部分是承載物品使之穩(wěn)定的載體，由底座、萬向軸、舵機(jī)、連桿、臺(tái)面、支柱等組成。示意圖如圖1所示。

2 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)部分主要由陀螺儀、電源、單片機(jī)最小系統(tǒng)組成。

2.1 陀螺儀

陀螺儀可以測量震動(dòng)或運(yùn)動(dòng)的三軸全方向的加速度值和角速度值。本系統(tǒng)中采用MPU6050模塊（三軸陀螺儀+三軸加速度）。此款芯片內(nèi)置16bit AD轉(zhuǎn)換器，16位數(shù)據(jù)輸出，角速度的范圍小于等于±2000°/sec，加速度范圍為±2±4±8±16g，供電電壓為單電壓 3.3 V供電。另外，其低廉的價(jià)格可大大降低開發(fā)成本。

2.2 電源部分

電源部分選用了常用的7805穩(wěn)壓芯片，可輸出穩(wěn)定的+5V電壓，電路原理圖如圖3所示。

2.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)

單片機(jī)最小系統(tǒng)作為自動(dòng)調(diào)平載物臺(tái)的大腦，是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分。本系統(tǒng)中單片機(jī)采用了STC15系列增強(qiáng)型8051單片機(jī)STC15F2K60S2，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（25萬次/秒），非常適合電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合。陀螺儀和舵機(jī)與單片機(jī)的接口電路如圖4所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

載物臺(tái)穩(wěn)定是通過陀螺儀測量載物臺(tái)臺(tái)面傾斜角度，經(jīng)過 A/ D 轉(zhuǎn)換后將數(shù)據(jù)送到單片機(jī)，再通過單片機(jī)來控制舵機(jī)來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制的，以控制載物臺(tái)保持水平，程序流程圖如圖5所示。

主程序主要包括初始化和主循環(huán)。主循環(huán)部分主要負(fù)責(zé)接收中斷傳過來的陀螺儀檢測的數(shù)據(jù)，并用1602字符型液晶顯示角度，然后完成對(duì)舵機(jī)的驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)載物臺(tái)的自動(dòng)調(diào)平。對(duì)陀螺儀數(shù)據(jù)的處理是軟件設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要部分，單片片首先對(duì)傳過來的三軸加速度和角速度進(jìn)行處理，主要計(jì)算函數(shù)程序如下：

Display10BitData（GetData（ACCEL_XOUT_H），2，0）； //顯示X軸加速度

4 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了一種能夠自動(dòng)調(diào)平的船載載物臺(tái)，可以對(duì)載物臺(tái)臺(tái)面角度的改變隨時(shí)跟蹤，并進(jìn)行修正。該載物臺(tái)控制精度高，反應(yīng)速度快，誤差小，能夠?yàn)槠胀ㄓ脩舴?wù)。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]