用电子罗盘实现陀螺仪粗寻北装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于陀螺经纬仪定位与定向技术，尤其是涉及用电子罗盘实现陀螺仪粗寻北装置。为提供一种用电子罗盘实现陀螺仪粗寻北装置，该装置可以自动完成粗寻北，可以提高陀螺经纬仪的响应速度、寻北精度。本发明专利技术采用的技术方案是：包括依次相连的电子罗盘、数字信号处理器、复杂可编程逻辑器件、电机驱动模块、步进电机、连轴器、减速器、旋转平台，数字信号处理器可根据电子罗盘输出的角度值所反映的与北方向的差值大小决定步进电机的方向，并通过控制复杂可编程逻辑器件决定步进电机的运转速度，数字信号处理器还通过陀螺下放装置与陀螺经纬仪相连。本发明专利技术主要用于制造用电子罗盘实现陀螺仪粗寻北装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于陀螺经纬仪定位与定向技术，尤其是涉及用电子罗盘实现陀螺仪粗寻北装置。
技术介绍
现代控制理念中，已经越来越多的强调减少对仪器的人为干预，加强其本身的自动化、 智能化和自诊断能力。现代寻北测量中，人们也正在致力于寻北智能化、自动化的研究。现 阶段，国内的机械陀螺仪寻北大多还是应用跟踪逆转点法和中天法。跟踪逆转点法寻北，操 作人员劳动强度大、易疲劳，导致测量过程中对光标位置记录会产生较大误差，使得测量精 度和速度受到很大影响，所以跟踪逆转点法一般在粗寻北时采用；而中天法测量精度高，观 测具有省力、眼睛不易疲劳、观测者在观测过程中可以应付外界来往人员及其它突发因素的 干扰等优点。但中天法要求在一定的北方向角度范围内寻北，否则此方法将失效，无法完成 寻北过程。传统的寻北过程首先利用跟踪逆转点法粗寻北，然后再利用中天法精寻北，两种方法结 合来完成整个寻北任务。这种结合寻北方法的寻北时间将达到20 30分钟，寻北消耗时间较 长。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种用电子罗盘实现陀螺仪粗寻北装置， 该装置可以自动完成粗寻北，无需人工参与，可以提高陀螺经纬仪的响应速度、寻北精度和 自动化程度。本专利技术采用的技术方案是用电子罗盘实现陀螺仪粗寻北装置，包括依次相连 的电子罗盘、数字信号处理器、复杂可编程逻辑器件、电机驱动模块、步进电机、连轴器、 减速器、旋转平台，电子罗盘和陀螺经纬仪安装在旋转平台上，用于接收陀螺经纬仪输出的 光标像的电荷耦合器件采集模块与数字信号处理器相连，还包括分别与数字信号处理器相连 键盘和显示系统，数字信号处理器可根据电子罗盘输出的角度值所反映的与北方向的差值大 小输出决定步进电机的运转速度和方向的信号到复杂可编程逻辑器件，数字信号处理器还通 过陀螺下放装置与陀螺经纬仪相连。所说的数字信号处理器通过串口电平转换模块与电子罗盘相连。所说的电荷耦合器件采集模块与数字信号处理器相连，是电荷耦合器件采集模块的输出 通过A/D转换芯片转换得到数字信号再输出到数字信号处理器。本专利技术具备以下效果由于本专利技术采用了电子罗盘、数字信号处理器、复杂可编程逻辑 器件、电机驱动模块、步进电机、连轴器、减速器、旋转平台结构，自动实现陀螺经纬仪粗 寻北，因而本专利技术可带来下列效果U)粗寻北过程自动完成，重复精度髙，可靠性好；(2) 粗寻北过程无需人工参与，对仪器使用者要求低，可縮短寻北时间；(3) 陀螺经纬仪在任意方向位置即可进行寻北工作。 附图说明图1全自动智能寻北系统结构示意图。图2为步进电机控制转动系统结构示意图。图3为总体系统结构示意图。图中，1陀螺仪，2经纬仪，3电子罗盘，4步进电机，5 转台，6减速系统。图4为电子罗盘反馈控制电机示意图。图5为DSP与C100接口示意图。图6为控制区分类示意图。图7为电子罗盘粗寻北软件流程图。 具体实施例方式下面结合附图和实施例一全自动智能寻北系统，进一步说明本专利技术。全自动智能寻北系统如图l所示，把全自动测量系统放置于测量地点。系统上电自检， 自检通过后开始自动调平，然后电子罗盘开始工作，测得的北方向信号输入给数字信号处理 器DSP，根据数据处理结果由复杂可编程逻辑器件CPLD通过电机驱动模块驱动步进电机，经 回转系统，把陀螺经纬仪照准部往大致北方向靠近，如此反复，最终实现陀螺经纬仪粗寻北； 陀螺经纬仪在粗北方向，DSP控制陀螺下放装置下放陀螺仪灵敏部，同时反映陀螺房运动信 息的光标信号通过陀螺经纬仪的光路系统成像，光标像由CCD(电荷耦合器件)采集模块接 收，通过CCD的光电转换，光标信号由光信号转变为反映光强的电压信号。电压信号为模拟 信号，通过A/D转换芯片转换得到数字信号，然后数字信号处理器DSP对输入的数字信号进 行预处理和寻北运算，最后再把运算结果送到显示模块。键盘输入为人机接口模块，通过对 其控制可以实现所需的各种操作。本专利技术实施例全自动智能寻北系统是通过以下技术方案实现的。如图2所示数字信号处 理器DSP可以根据电子罗盘输出的角度值所反映的与北方向的差值大小来决定步进电机的运 转速度和方向。如图3所示，陀螺经纬仪和电子罗盘固定安装在同一旋转平台，采用步进电 机通过联轴器对旋转平台进行驱动，并经过减速比为R=90的减速器实现平稳紧凑的传动。本专利技术实施例应用美国生产的KVHC100电子罗盘。KVHC100分辨率为0.1。，寻北精度 为0.5°，满足整个系统粗寻北所需的精度。KVHC100提供了多种接口供用户使用。包括串口 (SerialPort)、数字口 (DigitalPort)、模拟口 (AnalogPort)、电源输入(PowerInputs)。本 专利利用串口进行数据通讯。采用天津国科电子公司的57DYGH-8001-02型步进电机，步距角为1.8。，驱动器采用GK 一2HB15—8D型步进电机驱动模块。步进电机的控制及电子罗盘数据的采集由数字信号处理器DSP (Digital Signal Processor)和复杂可编程逻辑器件CPLD (Complex Programmable Logic Device)完成，如 图4所示，数字信号处理器DSP通过I02控制步进电机旋转方向，通过IOo， IOi控制复杂可 编程逻辑器件CPLD达到控制步进电机速度的目的。数字控制采用DSP型号为TI公司的 TMS320F206PZ， CPLD型号为Altera公司的EMP7064SLC44-10。 l.电子罗盘的校准KVH C100电子罗盘提供了三种校准方法八点校准法、三点校准法和旋转校准法。三 点校准法可以校准精确的航向，所以本实施例采用此方法进行校准。为了进行三点校准，需要有一个精确的外部参考方向。按照提示定位电子罗盘到0。，120。， 240°。当电子罗盘近似地指向正确的方向时，输入精确的航向，该值从JT15陀螺经纬仪的电子经纬仪读出。并不需要初始方向必须输入OOO。，也没必要按特定的序列输入三个参考航向。三点校准后 的电子罗盘精度完全依靠三个参考方向的精度而定。2. 电子罗盘数据釆集如图.5是DSP与KVH C100电子罗盘串口通讯的控制电路示意图。电子罗盘偏离北向角 度值通过RXD引脚以NMEA0183标准的ASCII码形式输出。NMEA0183语句由19个字节 组成，信号通过RS232电平转换后，由DSP的RX引脚采集。DSP通过串口每采集一个角度 值，需要连续采集19个字节，每个字节最高位为O，低7位为ASCII码。在传输过程中，每 个字节加上一个开始位和一个停止位， 一共为IO位。数据采集由DSP的异步串口中断子程序 来完成，每一次中断采集一个字节，所以每次角度值读数需要19个异步串口中断。然后对采 集到的NMEA0183格式的数据进行拆分，提取其中的角度值，进行分析比较，进而控制回转 系统，从而达到粗寻北自动化的目的。3. 初寻北转台速度控制设电子罗盘读数，也即陀螺经纬仪照准部与真北方向角度偏差值为A，针对系统的控制 要求，控制系统应遵循的控制规则为当A较大时，要求控制作用快速、灵敏；当A较小时， 要求控制作用平稳、缓慢；当陀螺经纬仪照准部与真北方向角度偏差值接近电子罗盘所指示 的粗寻北角度时，要求系统进行位置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用电子罗盘实现陀螺仪粗寻北的装置，其特征在于，包括依次相连的电子罗盘、数字信号处理器、复杂可编程逻辑器件、电机驱动模块、步进电机、连轴器、减速器、旋转平台，电子罗盘和陀螺经纬仪安装在旋转平台上，用于接收陀螺经纬仪输出的光标像的电荷耦合器件采集模块与数字信号处理器相连，还包括分别与数字信号处理器相连的键盘和显示系统，数字信号处理器可根据电子罗盘输出的角度值所反映的与北方向的差值大小决定步进电机的方向，并通过控制复杂可编程逻辑器件决定步进电机的运转速度，数字信号处理器还通过陀螺下放装置与陀螺经纬仪相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林玉池，林明春，夏桂锁，黄银国，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]