船載自動調(diào)平載物臺的設(shè)計與研究

宋海燕　陳繼濤

【摘 要】針對船舶的航向變化以及船的搖擺會給平臺系統(tǒng)帶來擾動的問題，提出了一種基于 8051單片機和陀螺儀的船載實時自動調(diào)平載物臺控制系統(tǒng)， 并提出了整體設(shè)計方案， 最終對載物臺進行了總體測試，測試結(jié)果表明該控制系統(tǒng)能夠滿足性能指標要求。采用STC15F2K60S2單片機作為核心控制部件， 通過陀螺儀測量外部信號，將信號傳給單片機處理，然后再通過單片機控制舵機來進行實時調(diào)平的，以保證其始終處于水平狀態(tài)。該方法具有實現(xiàn)簡單、成本低、精度高等優(yōu)點。

【關(guān)鍵詞】船載載物臺；實時自動調(diào)平；單片機

0 引言

自動調(diào)平系統(tǒng)作為一種安放在運動物體上的設(shè)備，具有將其上的設(shè)備與運動物體擾動隔離的功能。自動調(diào)平系統(tǒng)無論在軍用還是在民用方面都有比較廣泛的用途，例如航拍、艦載導彈發(fā)射臺、船舶制造、船載衛(wèi)星接收天線等。為此，本文介紹了一種船載實時自動調(diào)平載物臺控制系統(tǒng)，此載物臺將其上的設(shè)備與船舶的搖擺運動隔離，使固定于該載物臺上的設(shè)備始終處于水平狀態(tài)平臺。

自動調(diào)平載物臺整個系統(tǒng)主要由機械設(shè)計、硬件電路設(shè)計和軟件設(shè)計三個部分組成。

1 機械設(shè)計

機械部分是承載物品使之穩(wěn)定的載體，由底座、萬向軸、舵機、連桿、臺面、支柱等組成。示意圖如圖1所示。

2 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計部分主要由陀螺儀、電源、單片機最小系統(tǒng)組成。

2.1 陀螺儀

陀螺儀可以測量震動或運動的三軸全方向的加速度值和角速度值。本系統(tǒng)中采用MPU6050模塊（三軸陀螺儀+三軸加速度）。此款芯片內(nèi)置16bit AD轉(zhuǎn)換器，16位數(shù)據(jù)輸出，角速度的范圍小于等于±2000°/sec，加速度范圍為±2±4±8±16g，供電電壓為單電壓 3.3 V供電。另外，其低廉的價格可大大降低開發(fā)成本。

2.2 電源部分

電源部分選用了常用的7805穩(wěn)壓芯片，可輸出穩(wěn)定的+5V電壓，電路原理圖如圖3所示。

2.3 單片機最小系統(tǒng)

單片機最小系統(tǒng)作為自動調(diào)平載物臺的大腦，是整個系統(tǒng)的核心部分。本系統(tǒng)中單片機采用了STC15系列增強型8051單片機STC15F2K60S2，內(nèi)部集成MAX810專用復位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（25萬次/秒），非常適合電機控制，強干擾場合。陀螺儀和舵機與單片機的接口電路如圖4所示。

3 軟件設(shè)計

載物臺穩(wěn)定是通過陀螺儀測量載物臺臺面傾斜角度，經(jīng)過 A/ D 轉(zhuǎn)換后將數(shù)據(jù)送到單片機，再通過單片機來控制舵機來實現(xiàn)實時控制的，以控制載物臺保持水平，程序流程圖如圖5所示。

主程序主要包括初始化和主循環(huán)。主循環(huán)部分主要負責接收中斷傳過來的陀螺儀檢測的數(shù)據(jù)，并用1602字符型液晶顯示角度，然后完成對舵機的驅(qū)動，實現(xiàn)載物臺的自動調(diào)平。對陀螺儀數(shù)據(jù)的處理是軟件設(shè)計中的一個重要部分，單片片首先對傳過來的三軸加速度和角速度進行處理，主要計算函數(shù)程序如下：

Display10BitData（GetData（ACCEL_XOUT_H），2，0）； //顯示X軸加速度

4 結(jié)語

本文設(shè)計了一種能夠自動調(diào)平的船載載物臺，可以對載物臺臺面角度的改變隨時跟蹤，并進行修正。該載物臺控制精度高，反應(yīng)速度快，誤差小，能夠為普通用戶服務(wù)。

【參考文獻】

[1]張毅剛.單片機原理及接口技術(shù)（C51編程）[M].北京：人民郵電出版社，2011：168-172.

[2]郭天祥.單片機C語言教程 [M].北京：電子工業(yè)出版社，2011：38-50.

[3]彭軍.傳感器與檢測技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學出版社，2013：10-15.

[4]張慶全.經(jīng)典實用電路大全[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012：15-30.

[5]陳桂友.增強型8051單片機實用開發(fā)技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學出版社，2009：123-127.

[責任編輯：楊玉潔]