专利名称：三支点平台水平智能调节系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种三支点平台水平智能调节系统，属于光、机、电一体化的精密 测量领域。
技术背景如图1所示，假设A、B、C是设备的三个支撑点(绕设备重心相差120°分布，以 下简称支点)，通过手动调整外部的方头螺钉10可以调整设备平面的水平度，正常工作前 必需把设备的支撑平面调整水平，即设备调平。目前，普遍采用数字式电子水平仪1作为 高精度三支点平台9的水平测量仪器，该仪器采用液晶屏数字显示，无声光指示。设备调 平时，一般把水平仪放在设备平面上不动，而靠转动设备来测量倾斜角。整个过程需要两人 配合才能完成一人既要观察水平仪数值的变化，又要转动设备以测量不同支点的倾斜角， 进而判断三个支点的高低关系；另一人需要根据支点的高低关系用扳手来调节相应支点上 的方头螺钉10。假设支点B和支点C不在一条水平线上，起始时水平仪放在A点，测得值 al，设备转动180°到Al点，测得值a2，则支点B、C的水平误差为(al_a2)/2，零值误差为 (al+a2) /2，当水平误差为0时即认为支点B、C达到水平。因此，设备调平首先要判断A、B、 C三个支点的大概高低关系；然后调节其中的两个支点到一个水平面上，这一过程需要转 动设备至少两周，测量五次倾斜角，操作人员要计算水平误差；然后调整第三点和第一点或 第二点水平，这一步又至少需要转动设备一周，测量两次倾斜角；最后还要确认三点是否已 经调平。一般情况下，此时不可能调平(符合设备测量技术指标)，还需要按上述步骤反复 调平。综上，正常情况下设备调平大概需要二十分钟，如果点位地基倾斜严重，超出了设备 的调平范围，经过长时间调整才能发现无法调平，无疑更会延长调节时间。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种三支点平台智能调节系统，其采用数字式电子水 平仪作为测量元件，以低功耗单片机P89LPC935作为核心处理器，通过MAX3232接口芯片 读取水平仪的实时测量数据，由ISD1720数码语音芯片实时语音提示操作步骤以及调整情 况，LED灯光指示系统的工作状态及待调整支点，使一人能快速、准确地对三支点平台进行 调平；可大大提高三支点平台的水平调整时间和调整精度，提高工作效率，使设备能够快速 展开工作。本实用新型的技术方案是这样实现的三支点平台水平智能调节系统由数字式电 子水平仪和智能终端两部分组成；其特征在于智能终端由单片机最小系统、语音电路、接 口电路和电源电路四部分组成；智能终端由按键控制，通过RS232接口读取数字式电子水 平仪测量数据，经过单片机处理后，由语音电路指示操作；同时，由LED灯光指示系统状态 和待调整的支点。所述的单片机采用增强型51内核微处理器P89LPC935，内设多时钟源即外部高、 中、低频晶体及片内RC、WDT振荡器；增强型I/O端口可配置为准双向、开漏、推挽和输入模式，20mA高电流驱动，支持键盘中断，兼容3V/5V逻辑；5个定时/计数器；多个串行接口 (UART/SPI/I2C)；模拟功能等。所述的语音电路由语音芯片U4、电阻R7、电阻R8、电容C9和 扬声器 LSl 组成，U4 通过四线(SCLK、M0SI、MIS0、/SS) SPI (serial peripheral interface 串行外围设备接口)协议与单片机通信。所述的接口电路由芯片U2、电容C5、C6、C7、C8组成，实现单片机和水平仪之间的 串行通信；单片机Ul内部集成有增强型通用异步接收/发送器(UART)，通过写入寄存器 BRGR1、BRGRO相应的值即可得到特定的波特率，从而完成与水平仪的串行通信。所述的电源电路由U3、U5、电容 Cl、C2、C3、C4、CIO、Cll、C12、C13 组成；其中 Cl、 C3并联作为U3的输入滤波电容，C2、C4并联作为U3的输出滤波电容，U3产生3. 3V直流电 源供U1、U2使用；C10、C11并联作为U5的输入滤波电容，C12、C13并联作为U5的输出滤波 电容，TO产生+5V电源供U4使用。本实用新型的积极效果是其结构简单、价格低廉，使用方便快捷、稳定可靠、调平 精度高，能以最少的步骤快速手动调平设备，提高工效70%以上。
图1为现有技术的三支点平台水平调节示意图；图2为本实用新型的三支点平台水平智能调节示意图图3为本实用新型的三支点平台水平智能调节系统原理图；图4为本实用新型的系统电路原理图；图5为本实用新型的系统工作(软件)流程具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步的描述如图2、3所示，三支点平 台水平智能调节系统由数字式电子水平仪1和智能终端8两部分组成；其特征在于智能 终端8由单片机3最小系统、语音电路4、接口电路2和电源电路6四部分组成；智能终端 由按键5控制，通过RS232接口电路2读取数字式电子水平仪1测量数据，经过单片机3处 理后，由语音电路4指示操作；同时，由LED指示灯7光指示系统状态和待调整的支点。所述的单片机3采用增强型51内核微处理器P89LPC935，内设多时钟源即外部 高、中、低频晶体及片内RC、WDT振荡器；增强型I/O端口可配置为准双向、开漏、推挽和输 入模式，20mA高电流驱动，支持键盘中断，兼容3V/5V逻辑；5个定时/计数器；多个串行 接口(UART/SPI/I2C)；模拟功能等。所述的语音电路4由语音芯片U4、电阻R7、电阻R8、 电容 C9 和扬声器 LSl 组成，U4 通过四线(SCLK、M0SI、MIS0、/SS) SPI (serial peripheral interface 串行外围设备接口)协议与单片机3通信。所述的接口电路2由芯片U2、电容C5、C6、C7、C8组成，实现单片机3和数字式电 子水平仪1之间的串行通信；单片机Ul内部集成有增强型通用异步接收/发送器(UART)， 通过写入寄存器BRGR1、BRGRO相应的值即可得到特定的波特率，从而完成与数字式电子水 平仪1的串行通信。所述的电源电路6 由 U3、U5、电容 C1、C2、C3、C4、C10、C11、C12、C13 组成；其中 Cl、
C3并联作为U3的输入滤波电容，C2、C4并联作为U3的输出滤波电容，U3产生3. 3V直流电源供U1、U2使用；C10、C11并联作为TO的输入滤波电容，C12、C13并联作为TO的输出滤波 电容，TO产生+5V电源供U4使用。使用时按图5所示操作方法，首先进行测量前的准备工作数字式电子水平仪1在 使用前应保证电池有充足的电量，数字式电子水平仪ι在关机状态下置于工作环境中4小 时以上，使用前应开机预热30分钟之后方可使用。具体的水平调节步骤如下1、把设备的三个支点都降到最低，使数字式电子水平仪1处在支点(如A点)的 正上方，并与另外两个支点(如B、C点)的连线尽量保持平行；2、按照语音提示使终端上的三点(LED指示灯7)和设备的三个支点对应，然后逆 时针转动设备，同时在每个支点的正上方按照语音提示待数字式电子水平仪1指示稳定 (不变)后按“确认”键；3、在第三支点上方按键确认后，会提示各点的相对高差，然后语音提示“请转到第 #点，稳定后按键确认”；4、转到相应支点并按键后，语音提示“请按指示开始调整”，LED指示灯7的灯光指 示待调支点，如果高差(与水平面的倾斜角)减小，会提示高差大小；5、此时操作人员开始升高所提示的支点；6、当最低点和最高点两点水平时，提示“高差为零，请转到第#点(开始调整时的 最低点)，稳定后按键确认”，否则，重复第4、第5步；7、开始调整次低点，高差为零后会提示“已经调平，请关机”，否则，重复第4和第5
止
少；8、系统关机时，直接按下水平仪上的“电源”开关即可。数字式电子水平仪1采用高灵敏度电容式传感器，主要用于直线度和平面度的精 密测量。在图4中，D2 D4对应于设备的三个支点，Dl指示设备状态系统全速运行时Dl 灭；等待用户按键确认时Dl —秒闪烁一次；当调整方向错误时Dl —秒闪烁十次。K1、K2分 别是“确认”键和“返回”键当用户完成一步操作准备进行下一步操作时，按“确认”键；当 用户需要重新调整时，按“返回”键，系统又回到开机状态。在图4中，U4是语音芯片ISD1720。该芯片采用模拟数据直接在半导体存储器中 存储的技术，不需经过A/D和D/A转换。另外，该芯片还提供了多项新功能包括内置专利 的多信息管理系统、新信息提示(vAlert)、双运作模式(独立式和嵌入式)以及可定制的 信息操作指示音效等。芯片内部还包含有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线 路、振荡器与内存等的全方位整合系统功能。该芯片使用简单、录放音方便，通过连接2个电阻、1个电容、1个扬声器即可构成 高音质、声音自然的语音电路。R8为振荡电阻，用户利用R8可设定芯片的采样频率，从而选 择芯片的录放时间和录放音质。在R8为80ΚΩ的情况下，ISD1720采样率为8KHz，可以存 放20秒的语音内容。ISD1720芯片将存储声音数据的空间分成若干个段，每个段都有一个 独立的地址，通过段地址，可以删除某一部分存储空间，也可以播放或录制某一部分存储空 间，这样就可以将不同段的声音连起来播放，组成相应的语句。单片机3通过四线(SCLK、M0SI、MIS0、/SS)SPI协议控制ISD1720随机组合放音。 SPKserial peripheral interface 串行外围设备接口)是一种全双工、高速、同步的通信总线；其具有两种操作模式主模式和从模式，在主模式和从模式中，均支持高达3Mbit/ s的速率；还具有传输完成标志和写冲突保护标志。本系统为单主单从模式，单片机3作 为主机，ISD1720作为从机。指令数据以数据队列的形式从M0SI(主机输出从机接收，SPI 接口的串行输出端)移入ISD1720，第一个移入的字节是命令字节，这个字节决定了紧跟其 后的数据类型；与此同时，芯片状态、当前行地址以及其它数据信息以数据队列的方式通过 MISO (主机接收从机输出，SPI接口的数据输入端)被返回主机。SCLK是SPI接口的时钟， 由单片机3产生，并且被用来同步芯片MOSI和MISO端各自的数据输入和输出，此管脚空闲 时，必须拉高。/SS是从机选择管脚，当其为低电平时，该芯片作为当前被控设备并且开启 SPI接口，空闲时，此管脚需要拉高。为了降低噪声、提高音质，在印制板电路设计时要确保语音电路的数字地(Vssd)、 模拟地(Vssa)、扬声器驱动器地(Vssp)单点接地；同时，数字电源(Vccd)、模拟电源 (Vcca)、扬声器驱动器电源(Vccp)也要单点与系统电源VCC相接。在图4中，U2是串行接口芯片MAX3232，本系统通过该芯片按照水平仪本身的通信 协议与水平仪通信(模式1、波特率为9600bit/s)。电源电路P89LPC935的操作电压VDD范 围为2. 4 3. 6V，而本系统直接使用水平仪的电源(由干电池产生6V左右的电压)，为此， 采用了三端正向电压调节芯片HT7533来产生3. 3V电源，为Ul和U2提供电源。HT7533非 常适合电池供电的应用功耗低、压差低、良好的温度稳定性、最高输入电压为24V、最大输 出电流为100mA、封装尺寸小。该芯片使用非常简单，如图4所示，仅需几个滤波电容即可。语音芯片U4发音时功耗较大，为了减小电压波动对单片机3的影响，采用与 HT7533同系列的HT7550产生5V电源，作为U4的独立电源。软件部分主要涉及与水平仪通 信、控制语音芯片放音、判断三个支点的相对高低关系、判断能否调平、判断调整方向对错、 是否调节过量以及是否调平等子程序模块。系统的软件采用汇编语言编写，其流程如图5 所示，带双引号的内容为系统提示语音，“#”表示支点序号，“XX”为数字(单位角秒)。系 统上电复位后首先初始化各端口以及WDT、UART和SPI，然后等待用户按键确认，图5为软 件流程，以下叙述如何进一步降低系统功耗和如何使用看门狗功能该单片机3提供几个可由用户选择的振荡器选项来产生CPU时钟。这些选项在对 FLASH进行编程时配置，包括片内看门狗振荡器、片内RC振荡器、使用外部晶振的振荡器或 外部时钟源，本系统采用片内RC振荡器。通过配置分频寄存器DIVM可进行高达510分频 来提供CPU时钟，该特性可使CPU暂时以较低频率工作以降低功耗。系统在等待用户按键 确认时通过分频，CPU时钟以14KHz运行，CPU仍保持对事件的响应能力但功耗大大降低，当 用户按键确认后系统又恢复到7. 373M的频率运行。另外，通过置位AUXRl寄存器的CLKLP 位也进一步降低了功耗。该单片机3还嵌有内部WDT (WatchDogTimer 看门狗)当软件没能在定时器溢出 之前将其清零，WDT定时器就会导致系统产生一次复位，使系统从错误的操作中恢复。WDT 具有一个独立的振荡器，频率标称为400KHz。WDT主要包括1个控制寄存器(WDCON)、1个 装载寄存器(WDL)和2个看门狗清零寄存器(WFEED1、WFEED2)。WDCON控制着WDT的开/ 关、WDT的时钟源预分频值和溢出时是否使能WDT使器件复位；WDL中存放数值，在每次看门 狗溢出或执行清零序列时装入8位倒计数器；WFEED1、WFEED2主要在清零序列上使用。首 先要对WDT初始化[0037]MOV A，WDCON ；取出 WDCON 的值ORL A，#0FEH ；设置WDT的预分频值、WDT使能等MOV WDL，#0FFH;装入8位倒计数器的新值MOV WDCON, A ；写回WDCON，WDT启动后必须立即执行清零序列MOV WFEEDl，#0A5H ；执行清零第一部分MOV WFEED2，#5AH ；执行清零第二部分上述程序中，WDCON和WDL并不直接由用户装载，用户对WDCON和WDL进行写操作， 但在清零序列结束时才装入WDCON寄存器和WDL倒计数器。为了避免WDT复位，WDT必须
定时进行清零[0044]CLR[0045]MOV[0046]MOV[0047]SETB
(通过一个叫做清零序列的特殊软件时序) EA;禁止中断
WFEED1, #0A5H ；清零第一部分 WFEED2, #5AH ；清零第二部分 EA;使能中断。
下面是一个清零序列实例
权利要求三支点平台水平智能调节系统，由数字式电子水平仪(1)和智能终端(8)两部分组成；其特征在于智能终端(8)由单片机(3)最小系统、语音电路(4)、接口电路(2)和电源电路(6)四部分组成；智能终端(8)由按键(5)控制，通过RS232接口电路(2)读取数字式电子水平仪(1)测量数据，经过单片机(3)处理后，由语音电路(4)指示操作；同时，由LED指示灯(7)灯光指示系统状态和待调整的支点。
2.根据权利要求1所述的三支点平台水平智能调节系统，其特征在于所述的单片机(3)采用增强型51内核微处理器P89LPC935，内设多时钟源即外部高、中、低频晶体及片内 RC、WDT振荡器；增强型I/O端口可配置为准双向、开漏、推挽和输入模式，20mA高电流驱动。
3.根据权利要求1所述的三支点平台水平智能调节系统，其特征在于所述的语音电路(4)由语音芯片U4、电阻R7、电阻R8、电容C9和扬声器LSl组成，U4通过四线SCLK、MOSI、 MIS0、/SS，SPI为serial peripheral interface 串行外围设备接口，协议与单片机(3)通
4.根据权利要求1所述的三支点平台水平智能调节系统，其特征在于所述的接口电路 ⑵由芯片U2、电容C5、C6、C7、C8组成，实现单片机和数字式电子水平仪⑴之间的串行通 信；单片机(3) Ul内部集成有增强型通用异步接收/发送器UART，通过写入寄存器BRGR1、 BRGRO相应的值即可得到特定的波特率，从而完成与数字式电子水平仪(1)的串行通信。
5.根据权利要求1所述的三支点平台水平智能调节系统，其特征在于所述的电源电路 (6)由 U3、U5、电容 C1、C2、C3、C4、C10、C11、C12、C13 组成；其中 C1、C3 并联作为 U3 的输入 滤波电容，C2、C4并联作为U3的输出滤波电容，U3产生3. 3V直流电源供U1、U2使用；C10、 Cll并联作为U5的输入滤波电容，C12、C13并联作为U5的输出滤波电容⑴5产生+5V电源 供U4使用。
专利摘要本实用新型涉及一种三支点平台水平智能调节系统，由数字式电子水平仪和智能终端两部分组成；其特征在于智能终端由单片机最小系统、语音电路、接口电路和电源电路四部分组成；智能终端由按键控制，通过RS232接口读取数字式电子水平仪测量数据，经过单片机处理后，由语音电路指示操作；同时，由LED灯光指示系统状态和待调整的支点。其结构简单、价格低廉，使用方便快捷、稳定可靠、调平精度高，能以最少的步骤快速手动调平设备，提高工效70％以上。
文档编号G05D3/00GK201689342SQ20102010200
公开日2010年12月29日 申请日期2010年1月27日 优先权日2010年1月27日
发明者刘杰 申请人:刘杰