[发明专利]数字化单杆控制系统

说明书

技术领域：

本发明涉及一种单杆控制装置，特别涉及一种数字化单杆控制系统。

背景技术：

单杆控制装置是由手柄及制作于单杆壳体内的机械传动部分、方位位移电位计、俯仰位移电位计所构成，它在伺服跟踪系统中的主要用途是通过人工操作向伺服系统提供位置参数，或者将其位置数据提供给跟踪设备，完成目标跟踪和跟踪目标的选择，以及被跟踪目标的部位指定等。现在所使用的单杆控制装置都是由位移电位计输出的模拟电压值作为输出控制量，需要经过模数转换，才能接入到数字接口的伺服控制器中。

单杆广泛应用于各种类型的远程控制。一些处于特殊环境中的设备必须使用远程控制，例如处于生化实验或放射环境中转台，单杆用来控制平台按指定的方向和速度运动，从而实现对平台的远程控制。还有一些设备甚至需要进行超远程控制，比如无人机中的控制平台。另外，在大型经纬仪中，手动控制是一种必不可少的控制方式，就必然要使用单杆来实现手动控制。

在某些系统中，单杆控制装置与伺服系统距离很远，，造成电压的衰减，影响了精度。同时，还有一些系统，单杆控制装置与伺服系统不能直接相连，比如机载伺服系统在飞机上，单杆控制装置在地面上，两者不能采用电缆连接，而不经处理的单杆模拟值，是不能进行无线通信传输的。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是提供一种能够直接输出数字化控制量的数字化单杆控制系统。

为了解决上述技术问题，本发明的数字化单杆控制系统包括方位位移电位计，俯仰位移电位计，单片机，RS422通讯芯片；手柄方位轴转动的机械位移控制量由方位位移电位计转换为方位轴模拟电压值，手柄俯仰轴转动的机械位移控制量由俯仰位移电位计转换为俯仰轴模拟电压值；方位位移电位计和俯仰位移电位计的输出分别连接到单片机的两个模拟端口，方位位移电位计和俯仰位移电位计输出的两轴模拟电压值分别由单片机转换成两轴数字化控制量；单片机输出的两轴数字化控制量通过RS422通讯芯片实现TTL信号与差分信号之间的转换，使两轴数字化控制量以RS422标准通讯形式发送。

本发明的优点主要体现在数字化、小型化，集成化和模块化四个方面，下面分别对这四个方面的优点进行详细描述：

（1）数字化：将代表手柄两轴转动位移控制量的模拟电压值数字化，然后再将数字化控制量以RS422的通用标准通讯形式发送给伺服控制系统。

模拟信号一般传输距离只有几米，而且传输距离的增加，带来电压的衰减，进而影响了单杆的精度。本发明单杆控制量经过单片机数字化处理后，以RS422的通用标准通讯形式发送，传输距离可以达到几百米，而且RS422的差分传输模式，具有抗衰减抗误码功能，所以可以保证传输的精度。同时，RS422的通用标准通讯形式，兼容性强，接收端可以直接和计算机接口或者任意控制系统接口，接口定义兼容性强，利于扩展和产品标准化。

（2）小型化：在光电测量设备中，单杆的手动控制操作已经成为必不可少的操作模式。随着测量设备功能的发展，设备种类越来越多，设备车的空间也就越来越紧张。以后的发展趋势，设计设备的时候，要尽量考虑设备的小型化，以能在有限的空间中，安装更多的设备。

这样，所选单杆的体积也是越来越小。现在普遍使用的一款小型化单杆，体积直径只有4cm，高度只有6cm，是单杆中体积较小的类型。如何在这样小体积的单杆中实现电路设计，成为一个技术难题。

本发明采用单片机作为处理器，配合外围电路，可以将电路板设计成只有3.2cm直径大小的一个圆形电路，双层电路设计，除晶振外，全部采用表贴型芯片，已经将此功能的电路设计到最小，可以直接安装在单杆内部，节约了空间，实现了真正的小型化。主电路结构简单、运行可靠。

（3）集成化：将包含单片机和RS422通讯芯片的主电路板制作于单杆壳体内，这样由单杆控制装置发送出来的就是数字量，无需再做任何处理，伺服控制系统可以直接使用。这样，减轻了伺服控制系统设计的复杂度。

以往单杆的A/D转换，一般都是在伺服控制电路上实现的。这样伺服控制电路就一定要设计有A/D转换电路，不仅增加了伺服控制电路的体积，复杂度，也增加了伺服控制系统程序的复杂度。

由于高精度快速数字伺服系统，本身的伺服系统算法已经是非常复杂。致使现在通用的伺服控制芯片DSP在控制中，已经处于临界状态。

本发明将单杆两轴控制量的A/D采样、数字化的工作在单杆控制系统中一步直接完成。把处理好的数据直接发送给高精度快速数字伺服系统，伺服系统无需再做任何处理，可以直接使用数据，进而降低了伺服系统设计的复杂度，减轻了伺服系统的负担。