CN101650570A

CN101650570A - 智能云台对准***

Info

Publication number: CN101650570A
Application number: CN200910164397A
Authority: CN
Inventors: 任文骅; 王兴斌
Original assignee: LANXING CHENGDU 6914 ELECTRONIC EQUIPMENT FACTORY
Current assignee: LANXING CHENGDU 6914 ELECTRONIC EQUIPMENT FACTORY
Priority date: 2009-09-10
Filing date: 2009-09-10
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2029-09-10
Also published as: CN101650570B

Abstract

本发明公开了一种智能云台对准***，该***包括：基带单元，射频单元，智能云台，而智能云台包括：云台显示控制单元，云台控制电路单元，步进电机及步进电机驱动电路单元，传感器定位单元，该传感器定位单元包括GPS***和磁罗盘，该传感器定位单元实时传送云台物理坐标信息以及当前的物理坐标信息与对端物理坐标信息的夹角及当地的物理磁偏角给云台控制电路单元。本发明的有益效果是：由于增加了传感器定位单元，智能云台可以利用地球的物理坐标信息选择最短路径运行至指定对准方向，大大降低了对准难度和缩短了对准时间。同时本发明体积小，重量轻，架设简便快捷，解决了由于微波，毫米波波瓣窄，方向性强，通信建立困难所带来的问题。

Description

智能云台对准***

技术领域

本发明涉及通讯技术领域，具体涉及自动控制领域，再具体地来说涉及一种实现天线对准的智能云台对准***。

背景技术

当前国内存在很多智能天线对准***或装置，但很多***或装置只涉及到低频设备对准，低频设备由于波瓣较大，对准精度要求不高，故比较容易实现。在高频设备上，特别是毫米波通信设备，由于通信波瓣小，对准精度要求高，不易实现。此类产品一般都是根据设备的接收信号电平来完成对准，但对准时间长，对准过程复杂，所需仪器也多，不适合在快速机动灵活下使用。

授权公告号为CN2517179Y、授权公告日为2002年10月16日的中国实用新型专利公开了一种名称为“云台自动对准装置”的专利，该实用新型由控制电路和驱动电路组成。控制电路是由A/D转换器、显示器以及由单板机、反向器、锁存器组成的微处理器构成。A/D转换器输入端用于接收转换成AGC(接收信号电平)信号的天线信号，其输出接显示器，微处理器同时读AGC信号，经处理后输出步进电机转动需要的4个信号。驱动电路由二个按要求连接的步进电机控制器和一个由单管放大器控制的电源保护电路，一个由单管放大器控制的电机绕组选择电路组成，驱动电路接收控制电路输出的四个信号，选择不同的电机绕组完成对云台的水平、垂直转动、停止等功能。该装置虽然在一种程度上提高了对准速度，但是由于该装置不具备GPS和磁罗盘***，不能自动根据所在位置的物理坐标以及海拔高度使云台自动快速运行到指定方向，只能通过操作键盘上的上，下，左，右来调整云台的运转方向，即使是操作熟练的人在熟悉的地点，需要花费至少15分钟的时间方能完成对准，而如果是操作不熟练的人遇到不熟悉的地点，甚至需要花费更多的时间才能完成对准。

公告号为CN201233956Y、公告日为2009年5月6日的中国实用新型专利公开了一个名称为“天线快速对准装置“的专利，该实用新型公开了一种天线快速对准装置，它涉及微波、散射无线通信领域中的天线快速对准设备。它由低频单元、射频单元、定向天线、全向天线、云台、电源等部件组成，采用本端定向天线跟踪对端全向天线所发射的信号的方式实现快速天线对准的目的。但是其是通过低频单元产生低速调制信号，并通过射频单元进行上变频和功率放大后通过全向天线发射至信道中，定向天线接收来自全向天线发射的低速调制信号，经过处理后送入低频单元进行信号电平的检测，并将检测结果送入伺服控制器，进而控制云台的方位和俯仰调整，也就是说，装置本身的改进在对低频单元和射频单元部分，是根据设备的接收信号电平来完成对准，其主要是针对一端全向天线一端是定向天线这类通信设备的对准装置，因为此类设备的信号通过天线全方向发送，在对准上比较容易。但其不适合用于毫米波通信这类设备，因为毫米波通信设备具有很强的方向性，其发射信号波瓣只有几度，如三毫米波接力机发射角度只有1.8度左右，八毫米波也只有3度范围左右，固对准难度非常大，如用此类对准装置仍需要花费较长的时间进行对准，对准过程也较复杂，所需仪器也多，也不适合在快速机动灵活下使用。

发明内容

本发明克服了要解决的技术问题是提供一种智能云台对准***，它能快速而准确的自动进行天线对准，特别针对对准难度大，要求高的毫米波通信设备设计，简化人工操作过程。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种智能云台对准***，该***包括：

A、基带单元，为微波、毫米波通信设备的接口、控制部分，通过中频电缆与射频单元连接；基带单元为云台显示控制单元提供微波、毫米波通信设备的接收AGC信号电平，智能云台根据AGC信号的大小调整智能云台对准姿态；

B、射频单元，为微波，毫米波通信设备的室外单元，包括天线、双工器、微波，毫米波上下变频器；射频单元通过中频电缆与基带单元连接，传送中频信号，完成通信连路的搭建；射频单元同时通过机械连接与智能云台相连，通过运转改变射频单元的方向，维持通信连路的连通；

C、智能云台，包括如下部分：

①、云台显示控制单元，接收来自基带单元的信号电平，在显示屏显示信号电平的大小，并通过键盘操作发出智能云台工作指令；

②、云台控制电路单元，通过CAN模块与云台显示控制单元建立通信联系，处理物理坐标信息、工作指令以及工作状态信息；云台控制电路单元为步进电机及步进电机驱动电路单元提供时钟信号、电机正反方向信号、选择电机信号、电机使能信号，控制步进电机工作；

③、步进电机及步进电机驱动电路单元，步进电机驱动电路单元接收来自云台控制电路单元的信号，驱动步进电机工作；

④、传感器定位单元，包括GPS***和磁罗盘；传感器定位单元实时传送云台物理坐标信息、当前的物理坐标信息与对端的物理坐标信息的夹角、当地的物理磁偏角给云台控制电路单元。

更进一步的技术方案是：

所述的云台显示控制单元包括A/D线性转换电路、CAN通信模块、串口通信电路、微处理器、显示器、输入设备、复位电路、ROM模块；A/D线性转换电路输入端接收来自微波、毫米波通信设备的信号电平，经线性变换后传输给微处理器处理，在显示屏上显示AGC信号电平，同时通过CAN通道将AGC信号电平传送到云台控制电路单元；CAN通道同样完成云台显示控制单元与云台控制单元的通信连接，传送物理坐标信息和工作指令；串口通信电路完成对显示所需的字库的烧写，并保存到ROM模块中；复位电路完成对智能云台对准***的复位。

所述的云台控制电路单元包括微处理器、CAN通信模块、复位电路、串口电路、控制智能云台方位和俯仰运动最大范围的限位电路；云台控制电路单元的微处理器输出智能云台完成方位、俯仰、停止功能所需的信号、时钟信号、电机正反方向选择信号；串口电路与传感器定位单元中的GPS***和磁罗盘串口分别连接，完成云台控制电路单元与传感器定位单元的串口通信，传输GPS定位坐标信息和磁罗盘根据坐标信息换算出的相对夹角信息；云台控制电路单元中的微处理器监测智能云台的限位开关的开合任务，保证云台最大运转角度不大于360度；云台控制电路单元还为步进电机及步进电机驱动电路提供步进电机所需的时钟信号、电机正反信号、选择电机信号、电机使能信号。

所述的步进电机及步进电机驱动电路单元包括L297芯片和L298芯片及四相步进电机；其中L297芯片接收来自云台控制电路单元微处理器的时钟信号，电机正反方向信号，电机使能信号；云台控制电路单元中的微处理器发送的电机选择信号通过继电器与L298连接，通过以上各信号决定不同电机绕组完成云台的方位或俯仰运动、停止功能；L298芯片完成功率放大，保证带动***负载运行。

本发明还可以是：

所述的云台显示控制单元的ROM模块采用FLASH芯片SST39VF160，云台显示控制单元中的微处理器采用第一微处理器芯片LPC2294，云台控制电路单元中的微处理器采用第二微处理器芯片LPC2294，云台显示控制单元的CAN通信模块采用第一CAN收发器CTM8251，云台控制电路单元的CAN通信模块采用第二CAN收发器CTM8251。

所述的云台显示控制单元A/D线形转换电路由两只MAX480和一只HCNR200组成，对来自微波、毫米波通信设备的信号电平进行线形转换，再由输出端传输给微处理器处理，并在显示屏上显示AGC信号电平，同时通过CAN通讯模块传送到云台控制电路单元；第一微处理器芯片LPC2294的21、22脚分别与第一CAN收发器CTM8251的3、4脚连接，第一CAN收发器CTM8251的6、7脚分别与第二CAN收发器CTM8251的6、7脚连接，第二CAN收发器CTM8251的3、4脚分别连接到第二微处理器芯片LPC2294的21、22脚，至此完成了云台显示控制单元与云台控制电路单元的CAN收发连路的建立；所述的串口通信电路MAX3232完成对显示所需的字库的烧写，并保存到FLASH芯片SST39VF160中，FLASH芯片SST39VF160的29、30、31、32、33、34、35、36、38、39、40、41、42、43、44管脚分别与第一微处理器芯片LPC2294的98、105、106、108、109、114、115、116、117、118、120、124、125、127、129、130管脚连接，即完成FLASH芯片SST39VF160的数据口与第一微处理芯片PC2294的I/O口连接，完成数据传输；FLASH芯片SST39VF1601、2，3、4、5、6、7、8、9、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、48管脚分别与第一微处理器芯片LPC2294的45、46、47、48、53、55、56、62、63、64、65、66、71、72、73、74、80、81、87、88管脚连接，即完成FLASH芯片SST39VF160的地址口与第一微处理器芯片LPC2294的I/O口连接，从而完成地址传输；复位电路采用MAX708和74HC125完成对智能云台对准***复位功能。

所述的云台控制电路单元中的串口电路为双路串口通信模块MAX3223，双路串口通信模块MAX3223的8、9、16、17脚与传感器定位单元中的GPS***和磁罗盘***的串口分别相连，双路串口通信模块MAX3223的10、12、13、15脚与云台控制电路单元的微处理器LPC2294的42、49、75、76脚相连，完成云台控制电路单元与传感器定位单元的串口通信；云台控制电路单元中的第二微处理器芯片LPC2294的78、83、84、85脚监测云台的限位开关的开合，保证云台最大运转角度不大于360度；云台控制电路单元中的第二微处理器芯片LPC2294的4、99、100、123脚与步进电机驱动电路相连，为其提供步进电机所需的时钟信号、电机正反方向信号、选择电机信号、电机使能信号，控制步进电机的工作状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：由于增加了传感器定位单元，智能云台可以利用地球的物理坐标信息选择最短路径运行至指定对准方向，而且在安装架设中，不需要考虑架设方向。完成物理坐标对准后再根据通信设备的AGC信号在±3度的小范围内进行精确对准与跟踪。此***帮助通信设备(特别针对于方向性强，通信波瓣小，对准精度要求高的微波，毫米波通信设备等)快速高效建立起通信连路，大大降低了对准难度和缩短的对准时间。同时本发明具有体积小，重量轻，架设简便快捷，很好的解决了由于微波，毫米波波瓣窄，方向性强，通信建立困难所带来的问题。

附图说明

图1为本发明实施例的整体电路原理结构框图；

图2为本发明实施例的云台显示控制单元的电路原理结构框图；

图3为本发明实施例的智能云台原理结构框图；

图4为本发明云台显示控制单元的实施例的具体电路图；

图5为本发明云台控制电路单元的实施例的具体电路图一；

图6为本发明云台控制电路单元的实施例的具体电路图二；

图7为本发明步进电机驱动电路的实施例的具体电路图；

图8为本发明的控制程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步阐述。

如图1所示，为本发明的一种具体实施例整体原理框图，在该图中包括有

基带单元，指各微波，毫米波通信设备的接口，控制部分，通过中频电缆与射频单元连接；在智能云台对准***中，基带单元为云台显示控制单元提供微波、毫米波通信设备的接收AGC信号电平，智能云台根据AGC信号的大小调整云台对准姿态；

射频单元，此单元为微波，毫米波通信设备的室外单元，包括天线、双工器、微波，毫米波上下变频器，射频单元通过中频电缆与基带单元连接，传送中频信号，完成通信连路的搭建；射频单元同时通过机械连接与智能云台相连，通过运转改变射频单元的方向，保障通信连路的畅通；

智能云台，而智能云台包括：

云台显示控制单元，用于接收来自基带单元的信号电平，并在显示屏显示信号电平的大小；并通过键盘操作发出云台工作指令；

云台控制电路单元，通过CAN模块与云台显示控制单元建立通信联系，处理物理坐标信息和各工作指令，以及工作状态信息等；云台控制电路单元为步进电机及步进电机驱动电路单元提供时钟信号、电机正反方向信号、选择电机信号、电机使能信号，控制云台电机工作；

步进电机及步进电机驱动电路单元，该单元接收来自云台控制电路单元的信号，驱动步进电机工作；

传感器定位单元，该传感器定位单元包括GPS***和磁罗盘，该传感器定位单元实时传送云台物理坐标信息以及当前的物理坐标信息与对端物理坐标信息的夹角及当地的物理磁偏角给云台控制电路单元。

如图2、图4所示，云台显示控制单元包括A/D线性转换电路、第一CAN收发器CTM8251、串口通信电路MAX3223、第一微处理器芯片LPC2294、显示器、输入设备(例如键盘)、复位电路和FLASH芯片SST39VF160；A/D线性转换电路由两只MAX480和一只HCNR200组成，对接收来自微波、毫米波通信第设备输入设备的信号电平进行线性变换，再由输出端传输给微处理器LPC2294的23管脚，由第一微处理器芯片LPC2294处理，并在显示屏上显示AGC信号电平，同时通过CAN通道传送到云台控制电路单元；第一微处理器LPC2294的21、22脚与CAN模块CTM8251的3、4脚连接，第一CAN收发器CTM8251的6、7脚与云台控制电路单元的第二CAN收发器CTM8251的6、7脚连接，云台控制电路单元的第二CAN收发器CTM8251的3、4脚分别连接到云台控制电路的第二微处理器芯片LPC2294的21、22脚，至此完成了云台显示控制单元与云台控制电路单元的CAN收发连路的建立；串口通信电路MAX3232完成对显示所需的字库的烧写，并保存到FLASH芯片SST39VF160中，FLASH芯片SST39VF160的29、30、31、32、33、34、35、36、38、39、40、41、42、43、44管脚分别与第一微处理器芯片LPC2294的98、105、106、108、109、114、115、116、117、118、120、124、125、127、129、130管脚连接，即完成FLASH芯片SST39VF160的数据口与第一微处理芯片PC2294的I/O口连接，完成数据传输；FLASH芯片SST39VF160的1、2，3、4、5、6、7、8、9、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、48管脚分别与第一微处理器芯片LPC2294的45、46、47、48、53、55、56、62、63、64、65、66、71、72、73、74、80、81、87、88管脚连接，即完成FLASH芯片SST39VF160的地址口与微处理器芯片LPC2294的I/O口连接，从而完成地址传输；复位电路采用MAX708和74HC125完成对智能云台对准***复位的功能。

如图3，图5，图6所示，云台控制电路单元包括第二微处理器LPC2294、第二CAN收发器CTM8251、复位电路MAX708，复位电路74HC125、串口电路MAX3223、控制云台方位和俯仰运动最大范围的限位电路等，云台控制电路单元的第二微处理芯片LPC2294输出智能云台完成方位，俯仰，停止等功能所需的信号，以及时钟信号，电机正反方向选择信号等。CAN通信模块和复位电路与云台显示控制单元中完成的功能一样；串口电路MAX3223是一种双路串口通信模块，它的8、9、16、17脚与传感器定位单元中的GPS***和磁罗盘***的串口分别相连，传输GPS定位坐标信息和磁罗盘根据坐标信息换算出的相对夹角信息，串口电路MAX3223的10、12、13、15脚与云台控制电路单元中的微处理器LPC2294的42、49、75、76脚相连，完成云台控制电路单元与传感器定位单元的串口通信；云台控制电路单元中的微处理器LPC2294的78、83、84、85脚监测云台的限位开关的开合，保证云台最大运转角度不大于360度，避免云台连续在一个方向运转而大于360范围时，造成云台内部连线绞合断裂损坏的危险；云台控制电路单元中的第二微处理器芯片LPC2294的4、99、100、123脚为步进电机驱动电路提供步进电机所需的时钟信号、电机正反方向信号、选择电机信号、电机使能信号，控制步进电机的工作状态。

如图3、图7所示，步进电机及步进电机驱动电路包括L297芯片和L298芯片及57BYG059四相步进电机；其中L297芯片的10、17、18脚接收来自云台控制电路单元微处理器LPC2294的时钟信号，电机正反方向信号，电机使能信号。云台控制电路单元中的第二微处理器芯片LPC2294发送的电机选择信号通过继电器与L298的2、3、13、14脚连接，选择是方位电机还是俯仰电机工作。通过以上各信号选择不同电机绕组完成云台的方位或俯仰运动、停止功能，L298芯片完成功率放大，保证带动***负载运行。

如图8所示，***初始化后，分别读取GPS和磁罗盘数据，确定通信设备双方的站点位置坐标信息，通过计算双方位置坐标信息夹角，选择最短路径运行。整个对准过程包括方位粗调，方位精调，俯仰对准，手动调整。方位粗调是指根据经纬度运行到指定方向，方位精调和俯仰对准是根据AGC信号进行精确调整，保证通信设备信道处在最佳状态，手动调整作为一种辅助调整手段而存在。

智能云台对准***利用地球的物理坐标快速完成全方位对准指向，在安装架设中，不需要考虑架设方向。再完成物理坐标对准后再根据通信设备的AGC信号在±3度的小范围内进行精确对准与跟踪。此***帮助通信设备，特别针对于方向性强，通信波瓣小，对准精度要求高的微波，毫米波等通信设备快速高效建立起通信连路，降低了对准时间和对准难度。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内作出各种变形或修改。

Claims

1、一种智能云台对准***，该***包括：

C、智能云台，包括如下部分：

其特征在于：

智能云台还包括：

2、根据权利要求1所述的智能云台对准***，其特征在于：所述的云台显示控制单元包括A/D线性转换电路、CAN通信模块、串口通信电路、微处理器、显示器、输入设备、复位电路、ROM模块；A/D线性转换电路输入端接收来自微波、毫米波通信设备的信号电平，经线性变换后传输给微处理器处理，在显示屏上显示AGC信号电平，同时通过CAN通道将AGC信号电平传送到云台控制电路单元；CAN通道同样完成云台显示控制单元与云台控制单元的通信连接，传送物理坐标信息和工作指令；串口通信电路完成对显示所需的字库的烧写，并保存到ROM模块中；复位电路完成对智能云台对准***的复位。

3、根据权利要求2所述的智能云台对准***，其特征在于：所述的云台控制电路单元包括微处理器、CAN通信模块、复位电路、串口电路、控制智能云台方位和俯仰运动最大范围的限位电路；云台控制电路单元的微处理器输出智能云台完成方位、俯仰、停止功能所需的信号、时钟信号、电机正反方向选择信号；串口电路与传感器定位单元中的GPS***和磁罗盘串口分别连接，完成云台控制电路单元与传感器定位单元的串口通信，传输GPS定位坐标信息和磁罗盘根据坐标信息换算出的相对夹角信息；云台控制电路单元中的微处理器监测智能云台的限位开关的开合任务，保证云台最大运转角度不大于360度；云台控制电路单元还为步进电机及步进电机驱动电路提供步进电机所需的时钟信号、电机正反信号、选择电机信号、电机使能信号。

4、根据权利要求3所述的智能云台对准***，其特征在于：所述的步进电机及步进电机驱动电路单元包括L297芯片和L298芯片及四相步进电机；其中L297芯片接收来自云台控制电路单元微处理器的时钟信号，电机正反方向信号，电机使能信号；云台控制电路单元中的微处理器发送的电机选择信号通过继电器与L298连接，通过以上各信号决定不同电机绕组完成云台的方位或俯仰运动、停止功能；L298芯片完成功率放大，保证带动***负载运行。

5、根据权利要求4所述的智能云台对准***，其特征在于：所述的云台显示控制单元的ROM模块采用FLASH芯片SST39VF160，云台显示控制单元中的微处理器采用第一微处理器芯片LPC2294，云台控制电路单元中的微处理器采用第二微处理器芯片LPC2294，云台显示控制单元的CAN通信模块采用第一CAN收发器CTM8251，云台控制电路单元的CAN通信模块采用第二CAN收发器CTM8251。

6、根据权利要求5所述的智能云台对准***，其特征在于：所述的云台显示控制单元A/D线形转换电路由两只MAX480和一只HCNR200组成，对来自微波、毫米波通信设备的信号电平进行线形转换，再由输出端传输给微处理器处理，并在显示屏上显示AGC信号电平，同时通过CAN通讯模块传送到云台控制电路单元；第一微处理器芯片LPC2294的21、22脚分别与第一CAN收发器CTM8251的3、4脚连接，第一CAN收发器CTM8251的6、7脚分别与第二CAN收发器CTM8251的6、7脚连接，第二CAN收发器CTM8251的3、4脚分别连接到第二微处理器芯片LPC2294的21、22脚，至此完成了云台显示控制单元与云台控制电路单元的CAN收发连路的建立；所述的串口通信电路MAX3232完成对显示所需的字库的烧写，并保存到FLASH芯片SST39VF160中，FLASH芯片SST39VF160的29、30、31、32、33、34、35、36、38、39、40、41、42、43、44管脚分别与第一微处理器芯片LPC2294的98、105、106、108、109、114、115、116、117、118、120、124、125、127、129、130管脚连接，即完成FLASH芯片SST39VF160的数据口与第一微处理芯片PC2294的I/O口连接，完成数据传输；FLASH芯片SST39VF1601、2，3、4、5、6、7、8、9、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、48管脚分别与第一微处理器芯片LPC2294的45、46、47、48、53、55、56、62、63、64、65、66、71、72、73、74、80、81、87、88管脚连接，即完成FLASH芯片SST39VF160的地址口与第一微处理器芯片LPC2294的I/O口连接，从而完成地址传输；复位电路采用MAX708和74HC125完成对智能云台对准***复位功能。

7、根据权利要求5所述的智能云台对准***，其特征在于：所述的云台控制电路单元中的串口电路为双路串口通信模块MAX3223，双路串口通信模块MAX3223的8、9、16、17脚与传感器定位单元中的GPS***和磁罗盘***的串口分别相连，双路串口通信模块MAX3223的10、12、13、15脚与云台控制电路单元的微处理器LPC2294的42、49、75、76脚相连，完成云台控制电路单元与传感器定位单元的串口通信；云台控制电路单元中的第二微处理器芯片LPC2294的78、83、84、85脚监测云台的限位开关的开合，保证云台最大运转角度不大于360度；云台控制电路单元中的第二微处理器芯片LPC2294的4、99、100、123脚与步进电机驱动电路相连，为其提供步进电机所需的时钟信号、电机正反方向信号、选择电机信号、电机使能信号，控制步进电机的工作状态。