电动旗杆自动升旗的控制装置的制作方法

【技术领域】

本发明涉及电动旗杆控制装置，特别是涉及一种可根据旗帜的实时位置与旗杆顶部的位置差实时改变升旗速度，使旗帜在规定时间内准确升至旗杆顶部的电动旗杆自动升旗的控制装置。

背景技术：

日常生活中在举行重要活动或仪式时都要举行升旗仪式，这种仪式通常是在背景音乐下将旗帜，如国旗、会旗等在旗杆上在一定时间内由下部升至旗杆顶部。传统的升旗过程由人工完成，即在传统旗杆的上端装有滑轮，一根绳子绕经该滑轮，绳子的一端系有旗帜，升旗时，升旗手拉动绳子的另一端，直至将旗帜升至旗杆顶部。由于需要在规定的时间内完成升旗，这就要求升旗手经过专业的训练，不仅需要浪费大量的人力，而且通常无法使旗帜在规定时间内准确到达顶部。为了减少人力的浪费，电动升旗方法应运而生，其通过电机带动绳索上下移动，从而实现旗帜的匀速升降。然而，电动升旗匀速升降过程，当受到外部因素，如风速、外部阻力的影响而存在旗帜无法在规定时间内准确到达顶部的问题。因此，如何避免在电动升旗过程中不受外部因素影响，以使旗帜在规定时间内准确升至旗杆顶部就成为一种客观需求。

技术实现要素：

本发明旨在解决上述问题，而提供一种可根据旗帜的实时位置与旗杆顶部的位置差实时改变升旗速度，使旗帜在规定时间内准确升至旗杆顶部的电动旗杆自动升旗的控制装置。

为实现本发明的目的，本发明提供了电动旗杆自动升旗的控制装置，装置包括：

信息采集单元，该信息采集装置采集旗杆的高度信息及旗帜的实时位置信息；

人机交互单元，其内存储有歌曲信息，该人机交互单元提取的歌曲时间长度信息并将其发送至控制单元；

控制单元，其分别与信息采集单元及人机交互单元无线连接，该控制单元接收信息采集单元采集的信息及人机交互单元发送的信息，并根据歌曲时间长度信息、旗杆的高度信息及旗帜的位置信息，通过增量式pid算法计算出驱动装置的实时运行速度，再通过变频调制后，获得频率变化的调制电源输出至驱动装置；

驱动装置，其与控制单元连接，该驱动装置接收并执行控制单元输出的调制电源指令而实时变速运行，使旗帜在规定时间内准确升至旗杆顶部。

本发明提供了另一种电动旗杆自动升旗的控制装置，装置包括：

信息采集单元，该信息采集装置采集旗杆的高度信息及旗帜的实时位置信息；

控制单元，其与信息采集单元无线连接，该控制单元内存储有歌曲信息并提取歌曲时间长度信息，且其接收信息采集单元采集的信息，并根据歌曲时间长度信息、旗杆的高度信息及旗帜的位置信息，通过增量式pid算法计算出驱动装置的实时运行速度，再通过变频调制后，获得频率变化的调制电源输出至驱动装置；

驱动装置，其与控制单元连接，该驱动装置接收并执行控制单元输出的调制电源指令而实时变速运行，使旗帜在规定时间内准确升至旗杆顶部。

所述人机交互单元为控制盒、遥控器的一种，该人机交互单元通过rs通讯接口与控制单元无线连接并通信。

所述人机交互单元设有处理模块、存储模块、收发模块及第一人机交互接口，所述存储模块、收发模块及第一人机交互接口分别与处理模块连接，外部移动存储设备将歌曲信息经第一人机交互接口存储于存储模块中，所述处理模块从歌曲信息中提取歌曲时间长度信息并经收发模块将歌曲时间长度信息发送至控制单元。

所述控制单元设有微处理器、存储器及通信模块，所述存储器及通信模块分别与微处理器连接，所述通信模块接收发自人机交互单元的歌曲时间长度信息及发自信息采集单元的旗杆高度信息及旗帜位置信息，所述微处理器根据歌曲时间长度信息、旗杆高度信息及旗帜位置信息，通过增量式pid算法计算出驱动装置的实时运行速度，再通过变频调制后，获得频率变化的调制电源经通信模块输出至驱动装置，所述存储器存储通信模块接收的信息及微处理器处理的信息。

所述控制单元为计算机，其设有微处理器、存储器、通信模块及第二人机交互接口，所述存储器、通信模块及第二人机交互接口分别与微处理器连接，所述通信模块接收发自信息采集单元的旗杆高度信息及旗帜位置信息，外部移动存储设备将歌曲信息经第二人机交互接口存储于存储器中，所述微处理器从歌曲信息中提取歌曲时间长度信息，并根据歌曲时间长度信息、旗杆高度信息及旗帜位置信息，通过增量式pid算法计算出驱动装置的实时运行速度，再通过变频调制后，获得频率变化的调制电源经通信模块输出至驱动装置，所述存储器存储通信模块接收的信息及微处理器处理的信息。

所述pid算法计算公式为：

s＝p*(δs)-i*(δs1)+d*(δs2)

v＝s/t

其中，δs，δs1，δs2分别表示以旗帜当前位置为基点，旗帜已运行部分连续相邻两位置的运行误差，

p、i、d分别表示位置的比例参数，位置的积分参数，位置的微分参数，

s为控制单元输出的位置控制量，

v为控制单元输出至驱动装置的速度控制量，

t为预置升旗的单位运行时间。

所述控制单元将计算得到的实时运行速度通过pwm变频调制后，获得频率变化的调制电源输出至驱动装置，实现实时变速运行。

所述驱动装置包括驱动芯片、驱动电机及传送装置，所述驱动芯片分别与控制单元及驱动电机连接，所述传送装置分别与驱动电机及旗帜连接，且所述驱动芯片控制驱动电机按控制单元计算得到的实时运行速度而实时变速运行，并通过传送装置带动旗帜变速上升，从而使旗帜在规定时间内准确升至旗杆顶部。

所述信息采集单元为位移传感器，其设于驱动装置的传送装置上，该位移传感器通过旗帜从底部升至顶部时传送装置的位移来获取旗杆的高度，并根据旗帜的实时位置所对应传送装置的位移来获取旗帜的实时位置信息。

本发明的贡献在于，其有效解决了现有电动旗杆升旗过程中容易受到外部因素影响而无法在规定时间内准确升至旗杆顶部的问题。本发明的控制单元根据歌曲时间长度信息、旗杆的高度信息及旗帜的位置信息，通过增量式pid算法计算出驱动装置的实时运行速度，再将实时运行速度通过变频调制后，获得频率变化的调制电源并输出至驱动装置，使驱动装置实时变速运行，从而带动旗帜在规定时间内准确升至旗杆顶部。本发明可确保升旗过程中旗帜不受外部因素，如阻力、风速等的影响而在规定时间内准确升至旗杆顶部。本发明还具有结构简单、自动化程度高、操作方便等特点。

【附图说明】

图1是本发明的实施例的系统结构框图。

图2是本发明的另一实施例的系统结构框图。

【具体实施方式】

下列实施例是对本发明的进一步解释和补充，对本发明不构成任何限制。

参阅图1，本发明的电动旗杆自动升旗的控制装置包括信息采集单元10、人机交互单元20、控制单元30及驱动装置40。

如图1所示，信息采集单元10采集旗杆的高度信息及旗帜的实时位置信息。该信息采集单元10可为高度传感器及位置传感器，其中，高度传感器用于采集旗杆的高度信息，位置传感器用于采集旗帜的实时位置信息。该信息采集单元10还可为位移传感器，其同时采集旗杆的高度信息及旗帜的实时位置信息。本实施例中的信息采集单元10为位移传感器，其设于驱动装置40内，首次使用旗杆时，位移传感器通过测量旗帜从底部升至顶部所行走的位移来计算出旗杆的高度信息。当升旗过程中，位移传感器通过测量旗帜从底部升至某一位置所行走的位移来计算出旗帜的实时位置信息。信息采集单元10将采集的旗杆高度信息及旗帜的实时位置信息发送至控制单元30。

如图1所示，人机交互单元20为设置和发送用户指令的外部设备，其用于提供人机交互指令，该人机交互单元20与控制单元30连接。本实施例中，人机交互单元20内存储有歌曲信息，其从歌曲信息中提取歌曲长度信息，并将歌曲时间长度信息发送至控制单元30。该人机交互单元20设有处理模块21、存储模块22、收发模块23及第一人机交互接口24。其中，存储模块22、收发模块23及第一人机交互接口24分别与处理模块21连接，处理模块21从歌曲信息中提取歌曲时间长度信息并控制收发模块23收发信息，收发模块23接收发自控制单元30的信息，并向控制单元30发送信息，第一人机交互接口24用于获取歌曲信息。具体地，用户将外部移动存储设备存储的升旗所需的歌曲信息经第一人机交互接口24存储于存储模块22中，其中，外部移动存储设备可以为sd卡、u盘或移动硬盘等。处理模块21从存储模块22中的歌曲信息中提取出歌曲时间长度信息，并通知收发模块23将歌曲时间长度信息发送至控制单元30。本实施例中的收发模块23与控制单元30通过rs185通信接口无线连接并通信。该人机交互单元20可为控制盒、遥控器或计算机的一种。当人机交互单元20为控制盒或遥控器时，其可独立地设置于控制单元30外部，方便用户使用。当人机交互单元20为计算机时，其与控制单元30可集成为一体，使其结构简单、操作方便。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，控制单元30分别与信息采集单元10及人机交互单元20无线连接，该控制单元30接收信息采集单元10采集的旗杆的高度信息及旗帜的位置信息及人机交互单元20发送的歌曲时间长度信息，并根据歌曲时间长度信息、旗杆的高度信息及旗帜的位置信息，通过增量式pid算法计算出驱动装置的实时运行速度，再通过变频调制后，获得频率变化的调制电源输出至驱动装置40。本实施例中，控制单元30将计算出驱动装置的实时运行速度通过pwm变频调制后，获得频率变化的调制电源并输出至驱动装置40，且控制单元30计算驱动装置的实时运行速度是通过pid算法计算公式：

s＝p*(δs)-i*(δs1)+d*(δs2)

v＝s/t

其中，δs，δs1，δs2分别表示以旗帜当前位置为基点，旗帜已运行部分连续相邻两位置的运行误差，本实施例中，δs，δs1，δs2分别表示以旗帜的理论位置为基点，旗帜当前实际位置及同一时间间隔内已运行部分连续相邻两实际位置的运行误差，例如，以s、s'分别表示旗帜当前理论位置及实际位置，以s1、s1'分别表示旗帜前一秒的理论位置及实际位置，以s2、s2'分别表示旗帜前两秒的理论位置及实际位置，则δs＝s-s'，δs1＝s1-s1'，δs2＝s2-s2'，

p、i、d分别表示位置的比例参数，位置的积分参数，位置的微分参数，

s为控制单元输出的位置控制量，

v为控制单元输出至驱动装置的速度控制量，

t为预置升旗的单位运行时间。

例如，当信息采集单元10采集的旗杆高度为20米，人机交互单元20提取的背景音乐时长为127秒，当旗帜升至音乐时长为60秒时，旗帜的理论位置为9.45米，而信息采集单元10采集的旗帜当前的实际位置为9.40米，旗帜升至音乐时长为59秒及58秒时，旗帜的理论位置分别为：9.29米、9.13米，而信息采集单元10采集的旗帜在59秒及58秒的实际位置分别为：9.25米、9.18米，p＝2，i＝0.5，d＝0.3，则位置控制量s＝2*(9.45-9.4)-0.5*(9.29-9.25)+0.3*(9.13-9.18)＝0.065，速度控制量v＝0.065/67＝0.00097，则控制单元30输出至驱动装置40的速度控制量为0.00097。

该控制单元30设有微处理器31、存储器32及通信模块33，其中，微处理器31根据歌曲时间长度信息、旗杆高度信息及旗帜位置信息，通过增量式pid算法计算出驱动装置的实时运行速度，再将实时运行速度调制成变频电源后输出至驱动装置40，通信模块33接收人机交互单元20及信息采集单元10发送的信息，并将调制得到的电源信息发送至驱动装置40，存储器32存储通信模块33接收的信息及微处理器31处理的信息。具体地，当信息采集单元10发出采集的旗杆的高度信息、旗帜的实时位置信息，以及人机交互单元20发出提取的歌曲时间长度信息时，微处理器31通知通信模块33接收发自信息采集单元10的旗杆的高度信息、旗帜的实时位置信息，以及发自人机交互单元20的歌曲时间长度信息，并通知存储器32将接收的信息进行存储。微处理器31根据歌曲时间长度信息、旗杆高度信息及旗帜位置信息，通过增量式pid算法计算出驱动装置的实时运行速度，再将计算出的实时运行速度通过pwm变频调制后，获得频率变化的调制电源并经通信模块33输出至驱动装置40。

如图2所示，在另一实施例中，控制单元30为计算机，其与信息采集单元10无线连接，该计算机集成有人机交互单元，其内存储有歌曲信息并从歌曲信息中提取出歌曲时间长度信息，且其接收信息采集单元10采集的旗杆的高度信息及旗帜的位置信息，并根据歌曲时间长度信息、旗杆的高度信息及旗帜的位置信息，通过增量式pid算法计算出驱动装置的实时运行速度，再将实时运行速度通过变频调制后，获得频率变化的调制电源并输出至驱动装置40。本实施例中，控制单元30将计算出驱动装置的实时运行速度通过pwm变频调制后，获得频率变化的调制电源并输出至驱动装置40，且控制单元30计算驱动装置的实时运行速度是通过pid算法计算公式：

s＝p*(δs)-i*(δs1)+d*(δs2)

v＝s/t

其中，δs，δs1，δs2分别表示以旗帜当前位置为基点，旗帜已运行部分连续相邻两位置的运行误差，本实施例中，δs，δs1，δs2分别表示以旗帜的理论位置为基点，旗帜当前实际位置及同一时间间隔内已运行部分连续相邻两实际位置的运行误差，例如，以s、s'分别表示旗帜当前理论位置及实际位置，以s1、s1'分别表示旗帜前一秒的理论位置及实际位置，以s2、s2'分别表示旗帜前两秒的理论位置及实际位置，则δs＝s-s'，δs1＝s1-s1'，δs2＝s2-s2'，

p、i、d分别表示位置的比例参数，位置的积分参数，位置的微分参数，

s为控制单元输出的位置控制量，

v为控制单元输出至驱动装置的速度控制量，

t为预置升旗的单位运行时间。

该控制单元30设有微处理器31、存储器32、通信模块33及第二人机交互接口34，其中，微处理器31从歌曲信息中提取歌曲时间长度信息，并根据歌曲时间长度信息、旗杆高度信息及旗帜位置信息，通过增量式pid算法计算出驱动装置的实时运行速度，再将实时运行速度通过变频调制后获得频率变化的调制电源并输出至驱动装置40，通信模块33接收信息采集单元10发送的信息，并将调制的电源信息发送至驱动装置40，存储器32存储歌曲信息、通信模块33接收的信息及微处理器31处理的信息，其中，外部移动存储设备存储的升旗所需的歌曲信息经第二人机交互接口34存储于存储器32中。具体地，用户将外部移动存储设备存储的升旗所需的歌曲信息经第二人机交互接口34存储于存储器32内，微处理器31根据歌曲信息提取出歌曲时间长度信息。当信息采集单元10发出旗杆的高度信息及旗帜的实时位置信息时，微处理器31通知通信模块33接收发自信息采集单元10的旗杆的高度信息及旗帜的实时位置信息，并通知存储器32将接收的信息进行存储。微处理器31根据歌曲时间长度信息、旗杆高度信息及旗帜位置信息，通过增量式pid算法计算出驱动装置的实时运行速度，再将计算出的实时运行速度通过pwm变频调制后，获得频率变化的调制电源并经通信模块33输出至驱动装置40。

如图1所示，驱动装置40与控制单元30连接，该驱动装置40接收并执行控制单元30输出的控制指令而实时变速运行，使旗帜在规定时间内准确升至旗杆顶部。该驱动装置40包括驱动芯片41、驱动电机42及传送装置43，其中，驱动芯片41分别与控制单元30及驱动电机42连接，传送装置43分别与驱动电机42及旗帜连接，且驱动芯片41控制驱动电机42按控制单元30计算得到的实时运行速度而实时变速运行，并通过传送装置43带动旗帜变速上升，从而使旗帜在规定时间内准确升至旗杆顶部。具体地，当控制单元30的通信模块33将调制后的驱动装置的变频电源信息发出时，驱动芯片41接收并处理该电源信息，并控制驱动电机42按照接收的电源运行，同时，驱动电机42通过传送装置43带动旗帜变速上升，从而使旗帜在规定时间内准确升至旗杆顶部。本实施例中，旗帜上升的时间为歌曲的时长，即当歌曲开始播放时，旗帜开始升起，当歌曲播放结束时，旗帜升至旗杆顶部。

籍此，本发明的控制单元30根据歌曲时间长度信息、旗杆的高度信息及旗帜的位置信息，通过增量式pid算法计算出驱动装置的实时运行速度，再将实时运行速度通过变频调制后，获得频率变化的调制电源并输出至驱动装置，使驱动装置40实时变速运行，从而带动旗帜在规定时间内准确升至旗杆顶部。本发明可确保升旗过程中旗帜不受外部因素，如阻力、风速等影响而在规定时间内准确升至旗杆顶部。本发明还具有结构简单、自动化程度高、操作方便等特点。

尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但本发明的保护范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，对以上各构件所做的变形、替换等均将落入本发明的权利要求范围内。