【技术领域】
本实用新型属于机电控制设备领域，具体涉及一种旋转平台控制系统。
背景技术：
旋转平台由电动机带动机械转动机构，机械转动机构带动旋转载荷，实现转动功能，它的组成一般可以划分为纯机械部分、电气部分和控制驱动三个组成部分。目前主流的旋转平台配置通常有如下两种情况：其一，驱动电动与负载中心轴偏离放置并通过齿轮或皮带传动给中间承重轴；其二，采用蜗轮蜗杆机构，电机驱动蜗杆，蜗杆带动蜗轮和负载承重轴转动。在第一种方式中，驱动电机的轴向和负载的转动轴向不在同一条直线上，电机轴承与负载轴承平行，且电机需要偏移放置，机械传动机构外漏，户外抗沙尘和雨水侵蚀能力较差，而且传动精度粗糙。第二种配置方式中蜗轮蜗杆的转速缓慢，无法满足快速转动要求，而且电机轴向与负载轴向垂直，需要占用额外的横向空间。可见，如何实现一款结构紧凑、适合户外使用的高速高精度旋转平台，仍然是一个需要解决的问题。
技术实现要素：
针对上述问题，本实用新型提供一种具有结构紧凑、无需占用额外的横向空间旋转平台控制系统，其可适用于户外的高精度旋转平台，解决了现如今旋转平台因机械传动机构外漏而不适用于户外应用的情况，而且该控制平台转动平顺高效，可实现比蜗轮蜗杆结构体制更高的转动速度和传动精度。
本实用新型是通过以下技术方案实现的，提供一种旋转平台控制系统，包括：由下至上依次串接的角度编码器、抱闸器、步进电机、减速机以及电机驱动器、电机控制器，所述角度编码器、抱闸器、步进电机串联安装在一起后形成一电机组件，该电机组件外侧设有一电机组件外壳，该电机组件外壳底部设有用于使电缆穿过的通孔，该减速机设于电机组件外壳远离角度编码器的一端与步进电机首端输出轴串接，所述角度编码器与电机控制器通过电缆连接，所述电机控制器与电机驱动器通过电缆连接，所述抱闸器、步进电机分别通过电缆与电机驱动器连接。
特别的，所述步进电机分别与减速机、角度编码器刚性连接。
特别的，所述抱闸器与步进电机连接的电缆合成一束后于同一通孔穿出后与电机驱动器连接。
特别的，所述电机控制器包括：主控芯片、电机驱动器接口、编码器接口、抱闸器接口、上位机接口、角度编码器驱动隔离电路，所述主控芯片的引脚数量为144个引脚，其中第37、38引脚分别与上位机接口电连接，第73、74、75引脚分别与电机驱动器连接口电连接，第76、77、83、84引脚分别与角度编码器连接口电连接，第80、86引脚与抱闸器连接口电连接，其中第73引脚为电机方向选择信号、第74引脚为脱机控制信号、第75引脚为脉冲信号、第76引脚为rs485数据信号、第77引脚为rs485方向控制信号、第83引脚为置零触发信号、第84引脚为编程使能信号、第80引脚为抱闸器驱动引脚，86引脚为抱闸器反馈接口。
特别的，所述角度编码器驱动隔离电路包括：光电隔离芯片u7、驱动芯片u6、驱动芯片u8、输入上拉偏置电阻r16、输入上拉偏置电阻r21、输入下拉偏置电阻r19、输入下拉偏置电阻r22、去耦电容c30、去耦电容c32、对地滤波电容c31、输入限流电阻r17、输入限流电阻r23、输出限流电阻r18、输出限流电阻r20，所述光电隔离芯片u7的引脚数量为8个，所述输入上拉偏置电阻r16、输入上拉偏置电阻r21、输入下拉偏置电阻r19、输入下拉偏置电阻r22分别并联，其中输入下拉偏置电阻r19、输入下拉偏置电阻r22并联后接地，所述去耦电容c30、输入限流电阻r17并联后电连接于输入上拉偏置电阻r16和驱动芯片第一引脚之间，第二引脚和第三引脚并联后接地，且第八引脚和对地滤波电容c31串联后与第五引脚并联，所述输入限流电阻r23、去耦电容c32并联后电连接于输入上拉偏置电阻r21和驱动芯片第4引脚之间，所述输出限流电阻r18一端与第七引脚电连接、另一端与驱动芯片u6输入端电连接，所述输出限流电阻r20一端与第六引脚电连接、另一端与驱动芯片u8电连接。
特别的，所述电机驱动器包括：电机驱动电路和抱闸器驱动电路，所述抱闸器驱动电路包括：光电隔离芯片u1、对光电隔离芯片u1输入进行限流的电阻r2、光电隔离去耦电容c2、第一级驱动三极管q2、对第一级驱动三极管q2进行输入限流的电阻r4、对第一级驱动三极管q2进行输出限流电阻r7、输出第二级驱动mos管q1、输出限流电阻r5、驱动电路输出k1连接器，k1连接器连接抱闸器的接线端子，所述光电隔离芯片u1包含引脚1至8，所述光电隔离去耦电容c2与电阻r2并联后一端为抱闸器信号输入端，另一端与引脚1电连接，引脚2和引脚3并联后连接到dgnd，引脚7为抱闸器信号输出端，通过电阻r4送给第一级驱动三极管q2的基级，经过第一级驱动三极管q2放大后从第一级驱动三极管q2的集电极输出给第二级mos放大器q1的栅极。
本实用新型提供一种旋转平台控制系统，其中步进电机与减速机、角度编码器均为刚性连接，使得角度编码器对负载角度测量准确度和可靠性更高；另外于本案中无论是电气部件、结构部件还是齿轮传动机构都无暴露部分，转台可以在沙尘和雨水环境中工作；与现有的蜗轮蜗杆结构的旋转平台相比较，本实用新型采用步进电机驱动减速机，具有转动平顺高效，可以实现中高速转动的优点；且本案只有转台系统处于转动情况下，抱闸器才处于松开状态，其他情况下抱闸器一直处于抱紧状态，非破坏性外力无法使旋转平台脱离预定的控制位置，很好的实现了抱闸器的抱闸锁定，可以阻止非破坏性外力引起的负载角度偏移；最后，本实用新型通过在电机组件外设计外壳，较好的解决了密封防水防尘问题，可以在沙尘和雨水条件下工作，使得该旋转平台控制系统具有稳定性、安全性高、适用性广等优点。
【附图说明】
图1为本实用新型一种旋转平台控制系统的框图；
图2为本实用新型一种旋转平台控制系统中控制器的电气控制电路示意图；
图3为本实用新型一种旋转平台控制系统的编码器驱动隔离电路图；
图4为本实用新型一种旋转平台控制系统的抱闸器驱动电路图；
图5为本实用新型一种旋转平台控制系统工作时的流程图。
【具体实施方式】
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进一步详细说明。
请参阅图1，本实用新型提供一种旋转平台控制系统，包括：电机驱动器5、电机控制器6以及由下至上(此处的方向指的是按图所示方向)角度编码器1、抱闸器2、步进电机3、减速机4，所述角度编码器1、闸器2、步进电机3串联安装在一起后形成一电机组件，该电机组件外侧设有一电机组件外壳7，该电机组件外壳7底部设有用于使电缆穿过的通孔(图中未绘示)，该减速机4设于电机组件外壳7远离角度编码器1的一端与步进电机3首端输出轴串接，所述角度编码器1与电机控制器6通过电缆连接，所述电机控制器6与电机驱动器5通过电缆连接，所述抱闸器2、步进电机3分别通过电缆与电机驱动器5连接。
特别的，所述步进电机3分别与减速机4、角度编码器1刚性连接；如此设计，可以省去的步进电机输出轴承和减速机之间的连轴器，节省了物料成本和体积空间，其次角度编码器直接作用于步进电机轴承，角度测量更直接快速。
特别的，所述抱闸器2与步进电机3连接的电缆合成一束后于同一通孔穿出后与电机驱动器5连接；如此设计，可以减少电缆数量并使两束电缆共用一个连接器，避免多束电缆悬置旋转过程中缠绕于一起后产生混乱等情况。
请参阅图2，特别的，所述电机控制器6包括：主控芯片8、电机驱动器接口9、编码器接口10、抱闸器接口11、上位机接口12、角度编码器驱动隔离电路，所述主控芯片8的引脚数量为144个引脚，其中第37、38引脚分别与上位机接口12电连接，第73、74、75引脚分别与电机驱动器接口9电连接，第76、77、83、84引脚分别与编码器接口10电连接，该编码器接口10与角度编码器驱动隔离电路电连接，第80、86引脚与抱闸器接口11电连接，其中第73引脚为电机方向选择信号、第74引脚为脱机控制信号、第75引脚为脉冲信号、第76引脚为rs485数据信号、第77引脚为rs485方向控制信号、第83引脚为置零触发信号、第84引脚为编程使能信号、第80引脚为抱闸器驱动引脚，86引脚为抱闸器反馈接口；如此设计，控制器电路中包含了主控芯片、角度编码器驱动隔离电路，并且与电机驱动器一起封装在了一个驱动控制盒内，使系统占用体积更小，集成化程度更高。
请参与图3，特别的，所述角度编码器驱动隔离电路包括：光电隔离芯片u7、驱动芯片u6、驱动芯片u8、输入上拉偏置电阻r16、输入上拉偏置电阻r21、输入下拉偏置电阻r19、输入下拉偏置电阻r22、去耦电容c30、去耦电容c32、对地滤波电容c31、输入限流电阻r17、输入限流电阻r23、输出限流电阻r18、输出限流电阻r20，所述光电隔离芯片u7的引脚数量为8个，所述输入上拉偏置电阻r16、输入上拉偏置电阻r21、输入下拉偏置电阻r19、输入下拉偏置电阻r22分别并联，其中输入下拉偏置电阻r19、输入下拉偏置电阻r22并联后接地，所述去耦电容c30、输入限流电阻r17并联后电连接于输入上拉偏置电阻r16和驱动芯片第一引脚之间，第二引脚和第三引脚并联后接地，且第八引脚和对地滤波电容c31串联后与第五引脚并联，所述输入限流电阻r23、去耦电容c32并联后电连接于输入上拉偏置电阻r21和驱动芯片第4引脚之间，所述输出限流电阻r18一端与第七引脚电连接、另一端与驱动芯片u6输入端电连接，所述输出限流电阻r20一端与第六引脚电连接、另一端与驱动芯片u8电连接；于本实用新型中，所述角度编码器的输出信号直接反映了电机轴承的角度位置，通过光电隔离可以避免角度编码器信号受到外界电磁干扰，对角度编码器的置零触发和编程使能两路信号进行了处理，最终将光电隔离的信号放大后送给编码器。
请参阅图4，特别的，所述电机驱动器5包括：电机驱动电路和抱闸器驱动电路，所述抱闸器驱动电路包括：光电隔离芯片u1、对光电隔离芯片u1输入进行限流的电阻r2、光电隔离去耦电容c2、第一级驱动三极管q2、对第一级驱动三极管q2进行输入限流的电阻r4、对第一级驱动三极管q2进行输出限流电阻r7、输出第二级驱动mos管q1、输出限流电阻r5、驱动电路输出k1连接器，k1连接器连接抱闸器2的接线端，所述光电隔离芯片u1包含引脚1至8，所述光电隔离去耦电容c2与电阻r2并联后一端为抱闸器2信号输入端，另一端与引脚1电连接，引脚2和引脚3并联后连接到dgnd，引脚7为抱闸器2信号输出端，通过电阻r4送给第一级驱动三极管q2的基级，经过第一级驱动三极管q2放大后从第一级驱动三极管q2的集电极输出给第二级mos放大器q1的栅极；如此设计，光电隔离芯片u1可有效阻隔抱闸器电磁吸合动作中产生的浪涌脉冲反馈，避免控制电路部分受到干扰，同时第一级驱动三极管q2加第二级驱动mos管q1的多级驱动可以实现快速的信号放大功能，实现足够大的电流来使电磁线圈吸合抱闸器动作片，很好的实现了抱闸器的抱闸锁定，可以阻止非破坏性外力引起的负载角度偏移。
于本实用新型中，所述上位机算机通讯接口为rs232接口，主控芯片型号为stm32，主控芯片编码器接口电路为modbus485协议接口，主控芯片通过modbus485接口与角度编码器交互通讯，读取编码器角度，光电隔离芯片u1的型号为074l，第一级驱动三极管q2的型号为mbt3904，第二级驱动mos管q1的型号为ifr220。
请参阅图5，本实用新型提供的旋转平台控制系统在接收到上位计算机送来的角度命令后，执行控制过程，具体过程如下所示：
步骤1：检测抱闸器抱紧反馈状态和转台工作状态标志位，当抱闸器驱动mos管断开时，抱闸器没有电流通过，限流电阻r5上的电压与地电压相同；当驱动mos管导通时，限流电阻r5上有电流流过，r5的电压高于地电压，通过检测r5端电压可以感知抱闸器的工作状态。只有当抱闸器处于抱紧状态，同时转台工作状态标志位为非旋转状态时，才可以执行下一步工作，否则说明旋转平台正在完成上一个旋转任务；
步骤2：根据输入的角度位置，计算脉冲数量和转动方向，松开抱闸器，开始输出步进脉冲，将转台工作状态标志位置位，标志转台处于工作状态；
步骤3：检测并等待抱闸器松开并检测反馈状态标志位，直到检测到抱闸器松开；
步骤4：抱闸器松开后，启动定时器，以固定时间间隔进入定时器中断服务程序，时间间隔选择为15ms；
步骤5：在定时器中断服务函数中首先判断抱闸器状态为抱紧状态，检测到抱闸器抱紧态后计算负载角度并上报，完成一次角度旋转任务；如果抱闸器处于松开状态，则向编码器发送角度位置请求，接收到编码器角度位置后，更新负载角度位置。
1.一种旋转平台控制系统，其特征在于，包括：电机驱动器(5)、电机控制器(6)以及由下至上依次串接的角度编码器(1)、抱闸器(2)、步进电机(3)、减速机(4)，所述角度编码器(1)、抱闸器(2)、步进电机(3)串联安装在一起后形成一电机组件，该电机组件外侧设有一电机组件外壳(7)，该电机组件外壳(7)底部设有用于使电缆穿过的通孔，该减速机(4)设于电机组件外壳(7)远离角度编码器(1)的一端与步进电机(3)首端输出轴串接，所述角度编码器(1)与电机控制器(6)通过电缆连接，所述电机控制器(6)与电机驱动器(5)通过电缆连接，所述抱闸器(2)、步进电机(3)分别通过电缆与电机驱动器(5)连接。
2.根据权利要求1所述的一种旋转平台控制系统，其特征在于，所述步进电机(3)分别与减速机(4)、角度编码器(1)刚性连接。
3.根据权利要求1所述的一种旋转平台控制系统，其特征在于，所述抱闸器(2)与步进电机(3)连接的电缆合成一束后于同一通孔穿出后与电机驱动器(5)连接。
4.根据权利要求1所述的一种旋转平台控制系统，其特征在于，所述电机控制器(6)包括：主控芯片(8)、电机驱动器接口(9)、编码器接口(10)、抱闸器接口(11)、上位机接口(12)、角度编码器驱动隔离电路，所述主控芯片(8)的引脚数量为144个引脚，其中第37、38引脚分别与上位机接口(12)电连接，第73、74、75引脚分别与电机驱动器接口(9)电连接，第76、77、83、84引脚分别与编码器接口(10)电连接，第80、86引脚与抱闸器接口(11)电连接，其中第73引脚为电机方向选择信号、第74引脚为脱机控制信号、第75引脚为脉冲信号、第76引脚为rs485数据信号、第77引脚为rs485方向控制信号、第83引脚为置零触发信号、第84引脚为编程使能信号、第80引脚为抱闸器驱动引脚，86引脚为抱闸器反馈接口。
5.根据权利要求4所述的一种旋转平台控制系统，其特征在于，所述角度编码器驱动隔离电路包括：光电隔离芯片u7、驱动芯片u6、驱动芯片u8、输入上拉偏置电阻r16、输入上拉偏置电阻r21、输入下拉偏置电阻r19、输入下拉偏置电阻r22、去耦电容c30、去耦电容c32、对地滤波电容c31、输入限流电阻r17、输入限流电阻r23、输出限流电阻r18、输出限流电阻r20，所述光电隔离芯片u7的引脚数量为8个，所述输入上拉偏置电阻r16、输入上拉偏置电阻r21、输入下拉偏置电阻r19、输入下拉偏置电阻r22分别并联，其中输入下拉偏置电阻r19、输入下拉偏置电阻r22并联后接地，所述去耦电容c30、输入限流电阻r17并联后电连接于输入上拉偏置电阻r16和驱动芯片第一引脚之间，第二引脚和第三引脚并联后接地，且第八引脚和对地滤波电容c31串联后与第五引脚并联，所述输入限流电阻r23、去耦电容c32并联后电连接于输入上拉偏置电阻r21和驱动芯片第4引脚之间，所述输出限流电阻r18一端与第七引脚电连接、另一端与驱动芯片u6输入端电连接，所述输出限流电阻r20一端与第六引脚电连接、另一端与驱动芯片u8电连接。
6.根据权利要求1所述的一种旋转平台控制系统，其特征在于，所述电机驱动器(5)包括：电机驱动电路和抱闸器驱动电路，所述抱闸器驱动电路包括：光电隔离芯片u1、对光电隔离芯片u1输入进行限流的电阻r2、光电隔离去耦电容c2、第一级驱动三极管q2、对第一级驱动三极管q2进行输入限流的电阻r4、对第一级驱动三极管q2进行输出限流电阻r7、输出第二级驱动mos管q1、输出限流电阻r5、驱动电路输出k1连接器，k1连接器连接抱闸器(2)的接线端子，所述光电隔离芯片u1包含引脚1至8，所述光电隔离去耦电容c2与电阻r2并联后一端为抱闸器(2)信号输入端，另一端与引脚1电连接，引脚2和引脚3并联后连接到dgnd，引脚7为抱闸器(2)信号输出端，通过电阻r4送给第一级驱动三极管q2的基级，经过第一级驱动三极管q2放大后从第一级驱动三极管q2的集电极输出给第二级mos放大器q1的栅极。
技术总结