CN108832851A - 一种水面航行器的双电机差速调速控制***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种水面航行器的双电机差速调速控制***及方法。该差速调速控制***包括：控制器、两个薄膜压力传感器、两个信号转换电路、两个电子调速器、两个电机；两个薄膜压力传感器分别安装在两个按钮弹簧的下方，用于采集按钮弹簧的压力值；两个薄膜压力传感器的输出端分别与两个信号转换电路的输入端连接；两个信号转换电路的输出端分别与控制器的两个AD输入引脚连接；信号转换电路用于将薄膜压力传感器的输出信号转换为电压信号；控制器的两个控制信号输出口分别与两个电子调速器的输入端连接；两个电子调速器的输出端分别与两个电机连接。本发明所公开的差速调速控制***及方法能够同时对水面航行器的转向和速度进行控制。

Description

一种水面航行器的双电机差速调速控制***及方法
技术领域
本发明涉及水面航行器领域，特别是涉及一种水面航行器的双电机差速调速控制***及方法。
背景技术
随着海洋资源的开发和海上军事力量的壮大，水面航行器的作用越来越重要。水面航行器是一种在水面上通过推进水泵喷出的水流的反作用力向前航行的。现有的水面航行器包括单动力水面航行器和双动力开关控制水面航行器。单动力水面航行器在转向时只能利用身体控制转向，双动力开关控制水面航行器具有转向控制功能，然而双动力开关控制水面航行器只能控制转向，无法调速。
发明内容
本发明的目的是提供种水面航行器的双电机差速调速控制***及方法，能够同时对水面航行器的转向和速度进行控制。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种水面航行器的双电机差速调速控制***，包括：
控制器、两个薄膜压力传感器、两个信号转换电路、两个电子调速器、两个电机；两个所述薄膜压力传感器分别安装在两个按钮弹簧的下方，用于采集所述按钮弹簧的压力值；两个所述薄膜压力传感器的输出端分别与两个所述信号转换电路的输入端连接；两个所述信号转换电路的输出端分别连接到所述控制器的两个AD输入引脚上；所述信号转换电路用于将所述薄膜压力传感器的输出信号转换为电压信号；所述控制器的两个控制信号输出口分别与两个所述电子调速器的输入端连接；两个所述电子调速器的输出端分别与两个所述电机连接。
可选的，所述信号转换电路包括分压电阻、放大器和输出电阻；所述薄膜压力传感器的一个输出端与电源连接，所述薄膜压力传感器的另一端与放大器的同相输入端连接；所述放大器的反相输入端与所述放大器的输出端连接；所述放大器的电源端与5V电源连接，所述放大器的接地端接地；所述分压电阻的一端与所述放大器的同相输入端连接，另一端接地；所述输出电阻的一端与所述放大器的输出端连接，另一端与所述控制器的一个AD输入引脚连接。
可选的，所述信号转换电路还包括电容；所述电容的一端与所述放大器的电源端连接，另一端接地。
可选的，所述控制器为型号为STM32F103ZET6的微处理器；两个所述信号转换电路分别连接到所述微处理器的PA0引脚和PA1引脚上。
可选的，所述薄膜压力传感器的型号为FSR402。
可选的，所述分压电阻和所述输出电阻的阻值均为1KΩ；两个所述信号转换电路中的放大器为LM324四路运算放大器中的任意两路。
可选的，所述电容的电容值为0.1μF。
本发明还公开一种水面航行器的双电机差速调速控制方法，应用于上述的水面航行器的双电机差速调速控制***；所述双电机差速调速控制方法包括：
两个薄膜压力传感器分别采集两个按钮弹簧的压力值，并将所述压力值转换成电阻值；
两个所述信号转换电路分别将两路所述电阻值转换成电压信号并将所述电压信号输出到所述控制器；
所述控制器根据两路所述电压信号分别生成两路与所述电压信号的大小具有正相关关系的油门信号，并将两路所述油门信号分别输出到两个电子调速器；
两个电子调速器根据两路油门信号的大小分别控制两个电机的转速。
可选的，所述两个所述信号转换电路分别将两路所述电阻值转换成电压信号并将所述电压信号输出到所述控制器，具体包括：
两个分压电阻分别将两路所述电阻值转换成两路电压值；
利用所述放大器搭建的电压跟随器分别将两路电压值的变化进行缓冲，得到缓冲后的电压信号。
可选的，所述控制器根据两路所述电压信号分别生成两路与所述电压信号的大小具有正相关关系的油门信号，并将两路所述油门信号分别输出到两个电子调速器，具体包括：
所述控制器根据两路电压信号的大小计算油门信号的高电平时间，所述高电平时间与所述电压信号具有一次线性函数关系；
根据所述高电平时间生成对应的油门信号。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明所公开的水面航行器的双电机差速调速控制***及方法，通过两个薄膜压力传感器分别采集两个按钮弹簧的压力值并转换成电阻值，信号转换电路将电阻值转换成电压值输入到控制器，控制器根据两个电压的大小输出两个油门信号从而实现对电机转速的控制，从而能够实现根据两个按钮弹簧的压力大小调整电机的转速从而实现对水面航行器的速度控制，根据两个按钮弹簧的压力差值调整电机的转速差值从而实现对水面航行器的转向控制。即本发明所公开的水面航行器的双电机差速调速控制***及方法，能够同时对水面航行器的转向和速度进行控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明水面航行器的双电机差速调速控制***实施例的整体结构图；
图2为本发明水面航行器的双电机差速调速控制***实施例的信号转换电路的电路结构图；
图3为本发明水面航行器的双电机差速调速控制***实施例的控制器与电子调速器之间的接线端子的连接示意图；
图4为本发明水面航行器的双电机差速调速控制方法实施例的方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供种水面航行器的双电机差速调速控制***及方法，能够同时对水面航行器的转向和速度进行控制。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明水面航行器的双电机差速调速控制***实施例的整体结构图。
参见图1，该水面航行器的双电机差速调速控制***，包括：
控制器1、两个薄膜压力传感器2和6、两个信号转换电路3和7、两个电子调速器4和8、两个电机5和9；两个所述薄膜压力传感器2和6分别安装在两个按钮弹簧的下方，用于采集所述按钮弹簧的压力值；两个按钮弹簧分别对应两个电机5和9；两个所述薄膜压力传感器2和6的输出端分别与两个所述信号转换电路3和7的输入端连接；两个所述信号转换电路3和7的输出端分别连接到所述控制器1的两个AD输入引脚上；所述信号转换电路3和7用于将所述薄膜压力传感器2和6的输出信号转换为电压信号；所述控制器1的两个控制信号输出口分别与两个所述电子调速器4和8的输入端连接；两个所述电子调速器4和8的输出端分别与两个所述电机5和9连接；两个电机5和9分别安装在所述水面航行器的左侧和右侧，分别对水面航行器的左侧和右侧提供前进动力。
图2为本发明水面航行器的双电机差速调速控制***实施例的信号转换电路的电路结构图。
参见图2，以其中一个信号转换电路3为例，该信号转换电路3包括分压电阻R27、放大器U5和输出电阻R26；所述薄膜压力传感器2的一个输出端与电源连接，所述薄膜压力传感器2的另一端与放大器U5的同相输入端连接；所述放大器U5的反相输入端与所述放大器U5的输出端连接；所述放大器U5的电源端与5V电源连接，所述放大器U5的接地端接地；所述分压电阻R27的一端与所述放大器U5的同相输入端连接，另一端接地；所述输出电阻R26的一端与所述放大器U5的输出端连接，另一端与所述控制器的一个AD输入引脚连接。
每个所述薄膜压力传感器2均通过一个1.25mm的带有两个插针的接线端子J18连接到分压电阻R27和放大器U5，具体为：所述薄膜压力传感器2的两个引脚分别连接到接线端子J18的两个输入口上；所述接线端子J18的一个输出口与电源连接，另一个输出口分别连接到分压电阻R27的一端和放大器U5的同相输入端。
作为一种可选的实施方式，所述信号转换电路3还包括电容C9；所述电容C9的一端与所述放大器U5的电源端连接，另一端接地。
作为一种可选的实施方式，所述控制器1为型号为STM32F103ZET6的微处理器；两个所述信号转换电路3和7分别连接到所述微处理器的PA0引脚和PA1引脚上。
作为一种可选的实施方式，所述薄膜压力传感器2和6的型号为FSR402。
作为一种可选的实施方式，所述分压电阻R27和所述输出电阻R26的阻值均为1KΩ；两个所述信号转换电路3和7中的放大器U5为LM324四路运算放大器中的任意两路。由于LM324四路运算放大器中的四路运算放大器结构相同，共用同一个电源和接地端，因此，在连接时只需要任选其中两个运算放大器，并在连接接地端和电源端时，将共用的电源端接5V电源，将共用的接地端接地即可。本发明中的放大器U5用于搭建电压跟随器，利用电压跟随器实现缓冲的作用。
作为一种可选的实施方式，所述电容C9的电容值为0.1μF。
本发明中控制器1的输出信号为脉冲位置调制(Pulse Position Modulation，PPM)信号，电子调速器4和8选用好盈公司生产的电子调速器，电机5和9为直流无刷电机。
图3为本发明水面航行器的双电机差速调速控制***实施例的控制器与电子调速器之间的接线端子的连接示意图。
参见图3，控制器1与两个电子调速器4和8的连接分别通过两个1.25mm的带有三个引脚的接线端子J12和J13连接。与第一个电子调速器4对应的接线端子J12的第一个引脚连接到控制器1的PC6引脚上，第二个引脚连接到5V电源上，第三个引脚接地；与第二个电子调速器8对应的接线端子J13的第一个引脚连接到控制器1的PC7引脚上，第二个引脚连接到5V电源上，第三个引脚接地。
本发明的工作流程如下：
薄膜压力传感器采集按钮弹簧的压力值，并将压力值转换为电阻值。分压电阻将电阻值转换成电压值，电压跟随器将电压值跟随到控制器的AD采样引脚上。控制器采集两路电压值，根据电压大小与PPM信号的高电平时长的一次线性关系生成对应的PPM信号。当电压较大时，生成的PPM信号的高电平时长较长，当电压较小时，生产的PPM信号的高电平时长较短。将两路PPM信号分别输出到对应的电子调速器，电子调速器控制电机的运转速度。控制器根据两个电压的大小输出两个油门信号对电机转速进行控制，从而实现根据两个按钮弹簧的压力大小调整电机的转速，进而实现对水面航行器的速度控制，根据两个按钮弹簧的压力差值调整电机的转速差值从而实现对水面航行器的转向控制。当需要左转时，只需保证与左侧电机对应的按钮的按下程度大于右侧电机对应的按钮的按下程度。当需要右转时，只需要保证与右侧电机对应的按钮的按下程度大于与左侧电机对应的按钮的按下程度。当需要加速时，只需要同时增大左侧电机对应的按钮的按下程度和右侧电机对应的按钮的按下程度。当需要减速时，只需要减小左侧电机对应的按钮的按下程度和右侧电机对应的按钮的按下程度。即本发明所公开的水面航行器的双电机差速调速控制***及方法，能够同时对水面航行器的转向和速度进行控制。
图4为本发明水面航行器的双电机差速调速控制方法实施例的方法流程图。
该水面航行器的双电机差速调速控制方法，应用于上述的水面航行器的双电机差速调速控制***；参见图4，该双电机差速调速控制方法包括：
步骤401：两个薄膜压力传感器分别采集两个按钮弹簧的压力值，并将所述压力值转换成电阻值。
步骤402：两个所述信号转换电路分别将两路所述电阻值转换成电压信号并将所述电压信号输出到所述控制器。
步骤403：所述控制器根据两路所述电压信号分别生成两路与所述电压信号的大小具有正相关关系的油门信号，并将两路所述油门信号分别输出到两个电子调速器。
步骤404：两个电子调速器根据两路油门信号的大小分别控制两个电机的转速。
作为一种可选的实施方式，所述步骤402，具体包括：
两个分压电阻分别将两路所述电阻值转换成两路电压值；利用所述放大器搭建的电压跟随器分别将两路电压值的变化进行缓冲，得到缓冲后的电压信号。
作为一种可选的实施方式，所述步骤403，具体包括：
所述控制器根据两路电压信号的大小计算油门信号的高电平时间，所述高电平时间与所述电压信号具有一次线性函数关系；根据所述高电平时间生成对应的油门信号。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明所公开的水面航行器的双电机差速调速控制***及方法，通过两个薄膜压力传感器分别采集两个按钮弹簧的压力值并转换成电阻值，信号转换电路将电阻值转换成电压值输入到控制器，控制器根据两个电压的大小输出两个油门信号从而实现对电机转速的控制，从而能够实现根据两个按钮弹簧的压力大小调整电机的转速从而实现对水面航行器的速度控制，根据两个按钮弹簧的压力差值调整电机的转速差值从而实现对水面航行器的转向控制。即本发明所公开的水面航行器的双电机差速调速控制***及方法，能够同时对水面航行器的转向和速度进行控制。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种水面航行器的双电机差速调速控制***，其特征在于，包括：
控制器、两个薄膜压力传感器、两个信号转换电路、两个电子调速器、两个电机；两个所述薄膜压力传感器分别安装在两个按钮弹簧的下方，用于采集所述按钮弹簧的压力值；两个所述薄膜压力传感器的输出端分别与两个所述信号转换电路的输入端连接；两个所述信号转换电路的输出端分别连接到所述控制器的两个AD输入引脚上；所述信号转换电路用于将所述薄膜压力传感器的输出信号转换为电压信号；所述控制器的两个控制信号输出口分别与两个所述电子调速器的输入端连接；两个所述电子调速器的输出端分别与两个所述电机连接。
2.根据权利要求1所述的一种水面航行器的双电机差速调速控制***，其特征在于，所述信号转换电路包括分压电阻、放大器和输出电阻；所述薄膜压力传感器的一个输出端与电源连接，所述薄膜压力传感器的另一端与放大器的同相输入端连接；所述放大器的反相输入端与所述放大器的输出端连接；所述放大器的电源端与5V电源连接，所述放大器的接地端接地；所述分压电阻的一端与所述放大器的同相输入端连接，另一端接地；所述输出电阻的一端与所述放大器的输出端连接，另一端与所述控制器的一个AD输入引脚连接。
3.根据权利要求2所述的一种水面航行器的双电机差速调速控制***，其特征在于，所述信号转换电路还包括电容；所述电容的一端与所述放大器的电源端连接，另一端接地。
4.根据权利要求1所述的一种水面航行器的双电机差速调速控制***，其特征在于，所述控制器为型号为STM32F103ZET6的微处理器；两个所述信号转换电路分别连接到所述微处理器的PA0引脚和PA1引脚上。
5.根据权利要求1所述的一种水面航行器的双电机差速调速控制***，其特征在于，所述薄膜压力传感器的型号为FSR402。
6.根据权利要求2所述的一种水面航行器的双电机差速调速控制***，其特征在于，所述分压电阻和所述输出电阻的阻值均为1KΩ；两个所述信号转换电路中的放大器为LM324四路运算放大器中的任意两路。
7.根据权利要求3所述的一种水面航行器的双电机差速调速控制***，其特征在于，所述电容的电容值为0.1μF。
8.一种水面航行器的双电机差速调速控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-7中任意一项的水面航行器的双电机差速调速控制***；所述双电机差速调速控制方法包括：
两个薄膜压力传感器分别采集两个按钮弹簧的压力值，并将所述压力值转换成电阻值；
两个所述信号转换电路分别将两路所述电阻值转换成电压信号并将所述电压信号输出到所述控制器；
所述控制器根据两路所述电压信号分别生成两路与所述电压信号的大小具有正相关关系的油门信号，并将两路所述油门信号分别输出到两个电子调速器；
两个电子调速器根据两路油门信号的大小分别控制两个电机的转速。
9.根据权利要求8所述的一种水面航行器的双电机差速调速控制方法，其特征在于，所述两个所述信号转换电路分别将两路所述电阻值转换成电压信号并将所述电压信号输出到所述控制器，具体包括：
两个分压电阻分别将两路所述电阻值转换成两路电压值；
利用所述放大器搭建的电压跟随器分别将两路电压值的变化进行缓冲，得到缓冲后的电压信号。
10.根据权利要求8所述的一种水面航行器的双电机差速调速控制方法，其特征在于，所述控制器根据两路所述电压信号分别生成两路与所述电压信号的大小具有正相关关系的油门信号，并将两路所述油门信号分别输出到两个电子调速器，具体包括：
所述控制器根据两路电压信号的大小计算油门信号的高电平时间，所述高电平时间与所述电压信号具有一次线性函数关系；
根据所述高电平时间生成对应的油门信号。
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