CN111243253A - 一种搬运设备控制器接收电路及遥控控制方法 - Google Patents

一种搬运设备控制器接收电路及遥控控制方法 Download PDF

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王耀强
潘春江
徐强
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Abstract

本发明针对现有技术中可控设备固定，通讯距离短，绕射能力弱，接收灵敏度相对较低，使用范围相对较小的不足，提供一种通讯距离长，绕射能力强，接收灵敏度高且抗干扰能力强的，适用范围广，设备兼容性强的搬运设备控制器接收电路及遥控控制方法。属于搬运设备技术领域。遥控器接收主体包括电源模块、处理器、无线通信模块和对该无线信号的处理电路和转换电路，所述无线信号的处理电路为括模拟、数字信号处理模块，所述转换电路为485信号转换电路；遥控控制方法为模拟量信号和开关量数字信号的控制命令转化方法。本接收电路遥控距离长，抗干扰能力强，设备兼容性强，控制方法逻辑清晰简单，便于实现和操作。

Description

一种搬运设备控制器接收电路及遥控控制方法
技术领域
本发明属于搬运设备技术领域，具体涉及一种搬运设备控制器接收电路及遥控控制方法。
背景技术
电动叉车采用电驱动，与内燃叉车相比，具有无污染、易操作、节能高效等优点。随着经济的发展和环保、节能要求的提高，电动叉车迅猛发展。现有技术中电动叉车和燃油叉车的操作方法一样，需要专职司机坐在叉车上操作，为了节省人工成本及一些特殊场合不适宜人员进入操作，需要遥控叉车进行作业。
例如专利公开号为CN209635837U，专利名称为一种电动叉车控制***及其电动叉车，包括主控芯片、控制端、执行端、第一光耦继电器、第二光耦继电器、光耦隔离电路、切换单元、遥控器和无线通信模块，通过设置主控芯片，并将主控芯片通过执行端可拆卸连接电动叉车的执行部件，从而可以利用遥控器通过无线通信模块向电动叉车发送控制信号，实现远程遥控功能，从而符合特殊使用场景的安全性要求，同时可以直接与电动叉车连接，无须更改电动叉车的内部结构，改造效率高，成本低；另外，通过设置控制端和切换单元，当无须使用遥控功能时，可以切换到手动控制模式，提高了使用的灵活性。但是，其无线通信模块采用2.4G无线通讯模块，通讯距离短，绕射能力弱，接收灵敏度相对较低，无法适应复杂的工业使用场所；可控设备固定，使用范围相对较小，不利于规模化应用。
发明内容
本发明针对现有技术中通讯距离短，绕射能力弱，接收灵敏度相对较低，使用范围相对较小的不足，提供一种通讯距离长，绕射能力强，接收灵敏度高且抗干扰能力强的，适用范围广，设备兼容性强的搬运设备控制器接收电路及遥控控制方法。
本发明的发明目的是通过以下技术方案实现的：
第一方面，本发明提供一种搬运设备控制器接收电路的模拟、数字信号处理模块，所述模拟、数字信号处理模块包括模拟信号处理电路和数字信号处理电路；所述模拟信号处理电路包括瞬态电压抑制二极管D1，瞬态电压抑制二极管D1的一端接地，瞬态电压抑制二极管D1的另一端与4~20mA输入信号电路和电阻R5输入端相连，所述电阻R5输出端接地，所述电阻R5输入端与电阻R4输入端相连，所述电阻R4输出端与低噪声运算放大器U1的INA+引脚相连，所述电阻R4输出端与电容C2输入端相连，所述电容C2输出端接地；所述电容C2的两端连接有保持信号稳定作用的电阻R6；所述低噪声运算放大器U1的+VS引脚外部给定+5V工作电压，-VS引脚接地；所述低噪声运算放大器U1的INA-和OUTA引脚相连后与与电阻R2的输入端相连，电阻R2的输出端与电阻R3的输入端相连，电阻R3的输出端接地；所述第电阻R3的输入端与电阻R1的输入端相连，电阻R1的输出端与电容C1的输入端相连，所述电容C1的输出端和电阻R3的输出端相连；所述电容C1输出端输出0~3V电压信号。
上述电路中4~20mA转0~5V模拟量转换及信号处理电路中R5把4~20mA的电流信号转为0~5V的电压信号，D1是TVS瞬态电压抑制二极管，其作用是消除信号的浪涌，R4和C2 构成RC滤波，R6的作用是保持信号的稳定。U1 是一个低噪声运算放大器，这里利用了运算放大器输入阻抗大，输出阻抗小的特点，实现了阻抗变换。由于转完之后的信号是5V的一个模拟量电压信号，而后面的处理器只能接收到3V的模拟量电压信号，因此利用R2和R3构建了一个分压电路，使得最大的输出电压不会超过3V，同样R1、C1 是一个RC低通滤波，用于滤除信号中的毛刺。
作为优选，所述数字信号处理电路由RC滤波电路组成。滤除信号干扰，保证信号完整性。
第二方面，本发明提供一种搬运设备控制器接收电路的485信号转换电路，所述485信号转换电路包括第一光耦隔离电路、第二光耦隔离电路、第三光耦隔离电路、485处理芯片和485总线端子；所述第一光耦隔离电路的输入端与处理器相连，输出端与485处理芯片的据输入管脚相连，所述第二光耦隔离电路的输入端与处理器相连，输出端与485处理芯片数据输入使能管脚相连；第三光耦隔离电路的输入端与485处理芯片数据输出管脚相连，输出端与处理器相连；所述485处理芯片的差模数据传输管脚与485总线端子相连。
上述方案中，无线通信模块接收来自遥控器发射主体的模拟量信号和开关量信号，经模拟、数字信号处理模块处理后传输给处理器进行逻辑运算及数据处理，处理器将处理后的运算结果通过第一光耦隔离电路和第二光耦隔离电路发送给485信号转换电路，经485信号转换电路处理后的信号统一为RS485信号，RS485信号通过RS485接口与符合RS485总线规约的电机控制器相连，通过相应的控制命令就可以驱动设备运行。相应的，电机的反馈信号也可经过485处理芯片将485差模信号转为处理器可读取的电平信号，经第三光耦隔离电路传送回处理器。第一光耦隔离电路、第二光耦隔离电路、第三光耦隔离电路分别是处理器和485处理芯片之间的交换数据进行光电隔离，隔离信号干扰。任何符合RS485总线规约的设备都可以与485总线端子相连，通过处理器相应的控制命令即可实现预定的功能，具有良好的设备扩展性。光耦亦称光电隔离器或光电耦合器，光耦为其简称，它是以光为媒介来传输电信号的器件，由于它具有体积小、寿命长、无触点，抗干扰能力强，输出和输入之间绝缘，单向传输信号等优点，在数字电路上获得广泛的应用。
作为优选，所述485总线端子为可插拔接线端子。方便现场设备扩展对接。
第三方面，本发明提供一种搬运设备控制器遥控控制方法，遥控信号包括4~20mA模拟量信号和开关量数字信号，遥控器上的抬升按钮、下降按钮、喇叭按钮为开关量信号，操纵杆控制设备行进，输出信号为4~20mA模拟量信号；所述模拟量信号分为两路，一路为前后行走信号，一路为转向信号；所述控制方法包括以下步骤：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
操纵杆左右拨动为控制转向电机运动，上下拨动控制行走电机运动；
Figure 856045DEST_PATH_IMAGE002
操纵杆中位状态输出电流12mA，设定电流在11.5~12.5mA的时候电机都不运动；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
行走信号输出4~11.5mA时前进，4~6.5mA时前进速度最大值，6.5~11.5mA时前进速度由最大值递减到零；输出电流12.5~16.5mA时后退，12.5mA时速度为零，12.5~16.5mA时后退速度由零递增到最大，16.5~20mA包括16.5mA的时候后退速度都是最大；
Figure 242027DEST_PATH_IMAGE004
转向信号输出20~16.5mA时左转向角度为80°，16.5~12.5mA 时左转向角度为80°到0°递减；转向信号输出11.5~6.5mA时右转向角度为0°到80°递增，6.5~4mA时右转向角度为80°；80°为最大的转向角度；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE005
当操纵杆控制电机行进时，抬升或下降的开关量信号不执行，喇叭按钮的信号正常执行；当抬升或下降信号同时输出时，不执行；当抬升或下降信号输出时，操纵杆的控制信号不执行。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
抗干扰能力强，能适应恶劣的工业环境；所采用的模块都为现有成熟产品，成本低。RS-485协议是通信距离为几十米到上千米时，广泛采用的串行总线标准，所有符合RS485总线协议的设备都可扩展连接，设备兼容性强。
附图说明
图1为遥控收发装置的结构示意图；
图2遥控器的结构示意图；
图3为遥控收发装置的原理框图；
图4为模拟信号处理电路图；
图5为485信号转换电路图。
图中标记：1、485信号转换电路；101、第一光耦隔离电路；102、第二光耦隔离电路；103、第三光耦隔离电路；104、485处理芯片；105、485总线端子；2、模拟、数字信号处理模块；201、模拟信号处理电路；202、数字信号处理电路；3、无线通信模块；4、处理器；5、电源模块。
具体实施方式
下面结合附图所表示的实施例对本发明作进一步描述：
实施例1
如图1、图3所示，一种搬运设备控制器接收处理电路，遥控器接收主体包括电源模块5、处理器4、无线通信模块3和对该无线信号的处理电路，所述无线信号的处理电路包括模拟、数字信号处理模块2和485信号转换电路1。此实施例中所述无线通信模块3为433M无线通信模块。433M无线通讯具有抗干扰强，并支持各种点对点，一点对多点的无线数据通讯方式，具有收发一体、安全隔离、安装隔离、使用简单、性价比高、稳定可靠等特点，只要发射功率足够大，长距离传输时没有问题的。特别适合应用恶劣的工业现场。
如图2、图3所示，起升按钮、下降按钮、喇叭按钮为高低电平的开关量信号，操纵杆控制叉车行进中输出的是两路4-20mA模拟量信号，两路4-20mA的模拟量分别控制行走电机的运动及转向电机的运动。其控制方法包括以下步骤：
Figure 225026DEST_PATH_IMAGE001
操纵杆左右拨动为控制转向电机运动，上下拨动控制行走电机运动；
Figure 354656DEST_PATH_IMAGE002
操纵杆中位状态输出电流12mA，为避免平时遥控器震动等情况，设定电流在11.5~12.5mA的时候电机都不运动；
Figure 903449DEST_PATH_IMAGE003
行走信号输出4~11.5mA时前进，4~6.5mA时前进速度最大值，6.5~11.5mA时前进速度由最大值递减到零；输出电流12.5~16.5mA时后退，12.5mA时速度为零，12.5~16.5mA时后退速度由零递增到最大，16.5~20mA包括16.5mA的时候后退速度都是最大；
Figure 460333DEST_PATH_IMAGE004
转向信号输出20~16.5mA时左转向角度为80°，16.5~12.5mA 时左转向角度为80°到0°递减；转向信号输出11.5~6.5mA时右转向角度为0°到80°递增，6.5~4mA时右转向角度为80°；80°为最大的转向角度；
Figure 196208DEST_PATH_IMAGE005
当操纵杆控制电机行进时，抬升或下降的开关量信号不执行，喇叭按钮的信号正常执行；当抬升或下降信号同时输出时，不执行；当抬升或下降信号输出时，操纵杆的控制信号不执行。
无线通信模块3接收来自遥控器发射主体的模拟量信号和开关量信号，经模拟、数字信号处理模块2处理后传输给处理器4进行逻辑运算及数据处理。对于4~20mA的信号，由于后续的接收电路中的处理器4不能够接收电流信号，因此要经过一个电流电压转换的一个过程：
如图4所示，所述模拟信号处理电路201包括瞬态电压抑制二极管D1，瞬态电压抑制二极管D1的一端接地，瞬态电压抑制二极管D1的另一端与4~20mA输入信号电路和电阻R5输入端相连，所述电阻R5输出端接地，所述电阻R5输入端与电阻R4输入端相连，所述电阻R4输出端与低噪声运算放大器U1的INA+引脚相连，所述电阻R4输出端与电容C2输入端相连，所述电容C2输出端接地；所述电容C2的两端连接有保持信号稳定作用的电阻R6；所述低噪声运算放大器U1的+VS引脚外部给定+5V工作电压，-VS引脚接地；所述低噪声运算放大器U1的INA-和OUTA引脚相连后与与电阻R2的输入端相连，电阻R2的输出端与电阻R3的输入端相连，电阻R3的输出端接地；所述第电阻R3的输入端与电阻R1的输入端相连，电阻R1的输出端与电容C1的输入端相连，所述电容C1的输出端和电阻R3的输出端相连；所述电容C1输出端输出0~3V电压信号。该电压信号输送给处理器4处理后输送给485信号转换电路1转换成485差模信号，再经485总线端子105传输给电机控制器，控制电机动作。
该模拟信号处理电路201中R5把4~20mA的信号转为0~5V的信号，D1的作用是消除信号的浪涌，R4和C2 构成RC滤波，R6的作用是保持信号的稳定。低噪声运算放大器U1的型号为SGM8532XS/TR，这里利用了运算放大器输入阻抗大，输出阻抗小的特点，实现了阻抗变换。由于转完之后的信号是5V的一个信号，而后面的处理器4只能接收到3V的模拟量信号，因此利用R2和R3构建了一个分压电路，使得最大的输出电压不会超过3V，同样R1、C1 是一个RC低通滤波，用于滤除信号中的毛刺。
为了保证信号的完整性，在数字信号处理电路202中也设计了RC滤波，同模拟量信号滤波类似，不再赘述。
如图5所示，经模拟、数字信号处理模块2处理后的指令数据通过第一光耦隔离电路101、第二光耦隔离电路102输送给485处理芯片104，此实施例中485处理芯片104的型号为MAX485/SP485,其中该485处理芯片104的管脚D为数据输入端，管脚DE为管脚D的使能端，当第二光耦隔离电路102传送给485处理芯片104的DE管脚为高电平信号时，第一光耦隔离电路101输送给D管脚的数据通过485处理芯片104转换为差模信号，并经485处理芯片104的管脚A和B输出到485总线端子105。同理的，485处理芯片104的管脚A和B通过485总线端子105接收来自电机控制器的反馈信号，该差模信号经485处理芯片104转换成电平信号由管脚R输出，通过第三隔离光耦电路输送到处理器4进行逻辑运算处理。
文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (5)

1.一种搬运设备控制器接收电路的模拟、数字信号处理模块（2），其特征在于，所述模拟、数字信号处理模块（2）包括模拟信号处理电路（201）和数字信号处理电路（202）；所述模拟信号处理电路(201)包括瞬态电压抑制二极管D1，瞬态电压抑制二极管D1的一端接地，瞬态电压抑制二极管D1的另一端与4~20mA输入信号电路和电阻R5输入端相连，所述电阻R5输出端接地，所述电阻R5输入端与电阻R4输入端相连，所述电阻R4输出端与低噪声运算放大器U1的INA+引脚相连，所述电阻R4输出端与电容C2输入端相连，所述电容C2输出端接地；所述电容C2的两端连接有保持信号稳定作用的电阻R6；所述低噪声运算放大器U1的+VS引脚外部给定+5V工作电压，-VS引脚接地；所述低噪声运算放大器U1的INA-和OUTA引脚相连后与与电阻R2的输入端相连，电阻R2的输出端与电阻R3的输入端相连，电阻R3的输出端接地；所述第电阻R3的输入端与电阻R1的输入端相连，电阻R1的输出端与电容C1的输入端相连，所述电容C1的输出端和电阻R3的输出端相连；所述电容C1输出端输出0~3V电压信号。
2.根据权利要求1所述的一种搬运设备控制器接收电路的模拟、数字信号处理模块（2），其特征在于， 所述数字信号处理电路（202）由RC滤波电路组成。
3.一种搬运设备控制器接收电路的485信号转换电路，其特征在于，所述485信号转换电路（1）包括第一光耦隔离电路（101）、第二光耦隔离电路（102）、第三光耦隔离电路（103）、485处理芯片（104）和485总线端子(105)；所述第一光耦隔离电路(101)的输入端与处理器（4）相连，输出端与485处理芯片（104）的据输入管脚相连，所述第二光耦隔离电路(102)的输入端与处理器（4）相连，输出端与485处理芯片（104）数据输入使能管脚相连；第三光耦隔离电路(103)的输入端与485处理芯片（104）数据输出管脚相连，输出端与处理器（4）相连；所述485处理芯片(104)的差模数据传输管脚与485总线端子(105)相连。
4.根据权利要求3所述的一种搬运设备控制器接收电路的485信号转换电路，其特征在于， 所述485总线端子(105)为可插拔接线端子。
5.一种搬运设备控制器遥控控制方法，遥控信号包括4~20mA模拟量信号和开关量数字信号，遥控器上的抬升按钮、下降按钮、喇叭按钮为开关量信号，操纵杆控制设备行进，输出信号为4~20mA模拟量信号；所述模拟量信号分为两路，一路为前后行走信号，一路为转向信号；其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
操纵杆左右拨动为控制转向电机运动，上下拨动控制行走电机运动；
Figure 123989DEST_PATH_IMAGE002
操纵杆中位状态输出电流12mA，设定电流在11.5~12.5mA的时候电机都不运动；
Figure DEST_PATH_IMAGE003
行走信号输出4~11.5mA时前进，4~6.5mA时前进速度最大值，6.5~11.5mA时前进速度 由最大值递减到零；输出电流12.5~16.5mA时后退，12.5mA时速度为零，12.5~16.5mA时后退 速度由零递增到最大，16.5~20mA包括16.5mA的时候后退速度都是最大；
Figure 306709DEST_PATH_IMAGE004
转向信号输出20~16.5mA时左转向角度为80°，16.5~12.5mA 时左转向角度为80°到 0°递减；转向信号输出11.5~6.5mA时右转向角度为0°到80°递增，6.5~4mA时右转向角度为 80°；80°为最大的转向角度；
Figure DEST_PATH_IMAGE005
当操纵杆控制电机行进时，抬升或下降的开关量信号不执行，喇叭按钮的信号正常 执行；当抬升或下降信号同时输出时，不执行；当抬升或下降信号输出时，操纵杆的控制信 号不执行。
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