本发明涉及静电悬浮控制领域，尤其涉及一种静电悬浮控制方法及系统。
背景技术：
在材料加工过程中，为避免高温条件下的容器壁对熔融样品造成污染，影响样品纯度，避免对样品特性的精确测量带来干扰，通常使用电磁悬浮、气体悬浮、超声波悬浮和静电悬浮等悬浮技术对样品进行加工。
但是，传统的电磁悬浮技术只能实现金属材质样品的悬浮，气体悬浮技术与超声波悬浮技术又会对样品的成型带来很大的扰动，现有的静电悬浮控制系统则主要有两类：以TI公司出品的浮点型DSP(DigitalSignalProcessing，数字信号处理)芯片为处理核心的数字控制系统，NI公司出品的模块化信号采集处理控制系统。前者比较普遍，它具有集成度高、功耗小等优点，但因其计算能力有限，不能很好的满足现有的静电悬浮控制系统对图像读取运算速度的要求。后者将NI的模块化采集与PC处理结合，充分发挥每个模块的优点，使得该控制系统的数据处理能力得到显著提高，然而此类控制系统依赖于信号采集与输出等各类模块，与其他数字控制系统相比其集成度较差，且体积较大，功耗也比偏高。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种静电悬浮控制方法及系统。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种静电悬浮控制方法，包括：
获取带电悬浮物的位置信息，将所述位置信息转换为至少一个电压控制量；
根据各所述电压控制量生成对应的控制电压；
根据各所述控制电压控制所述带电悬浮物的移动。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种静电悬浮控制方法，通过对带电悬浮物的位置信息进行检测，生成对应的控制电压，可以实现稳定的静电悬浮，同时，通过处理器自动地对位置信息进行处理，生成控制电压控制带电悬浮物的移动，减少了器件数量，具有体积小，集成度高的优点，并且对带电悬浮物的控制速度很快，实用性更强。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步地，所述获取带电悬浮物的位置信息，将所述位置信息转换为至少一个电压控制量具体包括：
获取带电悬浮物的位置信息；
根据所述位置信息得到位置坐标；
根据预设的坐标旋转变换算法对所述位置坐标进行处理，得到位移偏移量；
根据预设的解耦控制算法对所述位移偏移量进行处理，得到电压控制量；
根据预设的电压分配算法对所述电压控制量进行处理，得到至少一个电压控制量。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过获取带电悬浮物的位置信息并据此提取位置坐标，通过预设的算法能够快速地得到控制带电悬浮物移动的电压控制量，极大程度低减少了相关器件的数量，减少了各器件间的软硬件铜须环节，实现了控制系统的高度集成，提高了系统的可靠性。
进一步地，所述根据各所述电压控制量生成对应的控制电压具体包括：
对各所述电压控制量进行电平转换处理，得到对应的电平值；
对各所述电平值进行数模转换处理，得到对应的模拟电压信号；
对各所述模拟电压信号进行放大处理，得到对应的控制电压。
进一步地，所述根据各所述控制电压控制所述带电悬浮物的移动具体包括：
根据各所述控制电压控制所述带电悬浮物的移动方向，每个所述控制电压控制所述带电悬浮物的一个移动方向。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过生成的各控制电压控制带电悬浮物的各移动方向，可以实现精确地控制带电悬浮物的移动和位置，可以根据实际需求设置控制的方向，实用性更强。
进一步地，所述获取带电悬浮物的位置信息具体包括：
发射平行光照射所述带电悬浮物；
接收所述带电悬浮物的投影，并根据所述所述带电悬浮物的投影得到所述带电悬浮物的位置信息。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过发射平行光照射带电悬浮物，并接受投影来确定带电悬浮物的位置，具有识别速度快，识别准确率高的特点，且器件投入少，具有成本低的优点。
本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：
一种静电悬浮控制系统，包括：
接口电路，用于获取带电悬浮物的位置信息；
处理器，用于将所述位置信息转换为至少一个电压控制量；
转换电路，用于根据各所述电压控制量生成对应的控制电压；
至少一个高压电极，用于根据各所述控制电压控制所述带电悬浮物的移动。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种静电悬浮控制系统，通过接口电路对带电悬浮物的位置信息进行检测，并通过处理器生成对应的控制电压，可以实现稳定的静电悬浮，同时，自动地对位置信息进行处理，生成控制电压控制带电悬浮物的移动，减少了器件数量，具有体积小，集成度高的优点，并且对带电悬浮物的控制速度很快，实用性更强。
进一步地，所述处理器具体用于根据所述位置信息得到位置坐标，并根据预设的坐标旋转变换算法对所述位置坐标进行处理，得到位移偏移量，并根据预设的解耦控制算法对所述位移偏移量进行处理，得到电压控制量，并根据预设的电压分配算法对所述电压控制量进行处理，得到至少一个电压控制量。
进一步地，所述转换电路包括：
电平转换芯片，用于对各所述电压控制量进行电平转换处理，得到对应的电平值；
DAC芯片，用于对各所述电平值进行数模转换处理，得到对应的模拟信号；
高压放大器，用于对各所述模拟信号进行放大处理，得到对应的控制电压。
进一步地，各所述高压电极具体用于根据各所述控制电压控制所述带电悬浮物的移动方向，且每个所述高压电极控制所述带电悬浮物的一个移动方向。
进一步地，还包括：
光源，用于发射平行光照射所述带电悬浮物；
接收器，用于接收所述带电悬浮物的投影，并根据所述所述带电悬浮物的投影得到所述带电悬浮物的位置信息。
本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种静电悬浮控制方法的流程示意图；
图2为本发明另一实施例提供的一种静电悬浮控制方法的流程示意图；
图3为本发明另一实施例提供的一种静电悬浮控制系统的结构框架图，
图4为本发明另一实施例提供的一种高压电极与带电悬浮物的位置关系示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，为本发明实施例提供的一种静电悬浮控制方法的流程示意图，该方法包括以下步骤：
S1，获取带电悬浮物的位置信息，将位置信息转换为至少一个电压控制量，例如，可以分别通过两个相机获取带电悬浮物的位置信息，然后将这两个相机获取的位置信息分别发送给主GPU芯片和从GPU芯片进行处理，将位置信息转换为2个电压控制量。
需要说明的是，电压控制量的数量与高压电极的数量有关，高压电极用于产生静电力使带电悬浮物悬浮，例如，高压电极可以为2个，分别设置在带电悬浮物的上方和下放，可以根据两块高压电极的不同电压值控制带电悬浮物的上移或下移，也可以将高压电极设置为1个，放置在带电悬浮物的下放，以抵抗重力的作用使带电悬浮物悬浮，他也可以将高压电极设置为6个，分别设置在带电悬浮物的上下左右前后6个方向上，控制带电悬浮物的移动。
电压控制量是与带电悬浮物的位置信息相关的，可以根据带电悬浮物的带电量设置其与带电悬浮物的位置信息的关系。
S2，根据各电压控制量生成对应的控制电压。
需要说明的是，实际上使带电悬浮物移动的电压值会很大，因此，需要对电压控制量进行转换和放大等处理，使其变为数值很大的，能实际提供给带电悬浮物移动的静电力的电压值，即控制电压。
S3，根据各控制电压控制带电悬浮物的移动。
需要说明的是，该步骤中，控制电压的数量与电压控制量的数量是相同的。当高压电极接收到控制电压后，就会对带电悬浮物产生相应的静电力，使小球移动或静止。
本实施例提供的一种静电悬浮控制方法，通过对带电悬浮物的位置信息进行检测，生成对应的控制电压，可以实现稳定的静电悬浮，同时，通过处理器自动地对位置信息进行处理，生成控制电压控制带电悬浮物的移动，减少了器件数量，具有体积小，集成度高的优点，并且对带电悬浮物的控制速度很快，实用性更强。
如图2所示，为本发明另一实施例提供的一种静电悬浮控制方法的流程示意图，该方法包括以下步骤：
S1，获取带电悬浮物的位置信息，将位置信息转换为至少一个电压控制量。
优选地，步骤S1可以细化为以下步骤。
S11，获取带电悬浮物的位置信息，例如，当控制带电悬浮物悬浮的高压电极为上下2个时，可以发射水平的平行光照射带电悬浮物，这里的平行光可以为准直的激光，然后在带电悬浮物的另一端接收带电悬浮物的投影，并根据带电悬浮物的投影得到带电悬浮物的位置信息。
通过发射平行光照射带电悬浮物，并接受投影来确定带电悬浮物的位置，具有识别速度快，识别准确率高的特点，且器件投入少，具有成本低的优点。
例如，还可以分别通过两个相机拍摄带电悬浮物的图片，通过对图片中的带电悬浮物进行识别，并确定其在相机坐标系中的位置，以此来确定带电悬浮物的位置信息。
S12，根据位置信息得到位置坐标，例如，可以在接收平行光的平面建立平面直角坐标系，获取带电悬浮物的投影或图像后，可以根据带电悬浮物的投影或图像中带电悬浮物与坐标系的对应关系确定位置坐标。
S13，根据预设的坐标旋转变换算法对位置坐标进行处理，得到位移偏移量，再根据预设的解耦控制算法对位移偏移量进行处理，得到电压控制量，再根据预设的电压分配算法对电压控制量进行处理，得到至少一个电压控制量。
需要说明的是，电压分配算法对电压控制量进行处理和分配是根据高压电极的数量决定的，例如，当有2个高压电极时，就分配得到2路电压控制量，分别控制带电悬浮物运动的2个方向，当有6个高压电极时，就分配得到6路电压控制量，分别控制带电悬浮物运动的6个方向。
上述各步骤中对位置坐标进行识别和处理的过程可以通过GPU芯片实现，例如，可以通过NVIDIA公司的JETSON TX1模块来实现。这些算法可以预先存储在GPU芯片中。
通过获取带电悬浮物的位置信息并据此提取位置坐标，通过预设的算法能够快速地得到控制带电悬浮物移动的电压控制量，极大程度低减少了相关器件的数量，减少了各器件间的软硬件铜须环节，实现了控制系统的高度集成，提高了系统的可靠性。
S2，根据各电压控制量生成对应的控制电压。
优选地，步骤S2可以细化为以下步骤。
S21，对各电压控制量进行电平转换处理，得到对应的电平值，例如，可以通过电平转换芯片实现将GPU芯片输出的0～3.3V的电压控制量转换为0～5V的电平值。
S22，对各电平值进行数模转换处理，得到对应的模拟电压信号，例如，可以通过DAC芯片实现将0～5V的电平值转换为0～5V的模拟电压信号。
S23，对各模拟电压信号进行放大处理，得到对应的控制电压，需要说明的是，有几路模拟电压信号，就可以设置几个放大器，例如，当需要控制2个高压电极时，就会有2路模拟电压信号，那么可以设置2个放大器，分别对这2路模拟电压信号进行放大。
S3，根据各控制电压控制带电悬浮物的移动，例如，可以通过将控制电压发送到高压电极板上，完成对带电悬浮物的控制。
优选地，步骤S3中，根据各控制电压控制带电悬浮物的移动方向，每个控制电压控制带电悬浮物的一个移动方向，其中，控制的方向数量可以根据实际需求设置，通过改变高压电极的数量来实现。
通过生成的各控制电压控制带电悬浮物的各移动方向，可以实现精确地控制带电悬浮物的移动和位置，可以根据实际需求设置控制的方向，实用性更强。
本实施例提供的一种静电悬浮控制方法，通过对带电悬浮物的位置信息进行检测，生成对应的控制电压，可以实现稳定的静电悬浮，同时，通过处理器自动地对位置信息进行处理，生成控制电压控制带电悬浮物的移动，减少了器件数量，具有体积小，集成度高的优点，并且对带电悬浮物的控制速度很快，实用性更强。
并且通过GPU芯片等实现对图像的处理，处理速度显著提高，更适合于基于视觉检测的对数据传输及处理要求较高的静电悬浮系统的高精度控制。
同时，基于硬件编程不但实现了图像识别与坐标转换的算法，而且在片内实现闭环控制算法(PID)，大大降低了相关器件的数量，减少了器件间软硬件的通讯，实现了控制系统的高集成化，明显的提高了控制的可靠性。
如图3所示，为本发明另一实施例提供的一种静电悬浮控制系统的结构框架图，该系统包括：光源1、接收器2、接口电路3、处理器4、转换电路5和至少一个高压电极6，其中：
光源1用于发射平行光照射带电悬浮物。
接收器2用于接收带电悬浮物的投影，并根据带电悬浮物的投影得到带电悬浮物的位置信息。
接口电路3用于获取带电悬浮物的位置信息。
处理器4用于将位置信息转换为至少一个电压控制量，处理器4可以为GPU芯片。
优选地，处理器4具体用于根据位置信息得到位置坐标，并根据预设的坐标旋转变换算法对位置坐标进行处理，得到位移偏移量，并根据预设的解耦控制算法对位移偏移量进行处理，得到电压控制量，并根据预设的电压分配算法对电压控制量进行处理，得到至少一个电压控制量。
转换电路5用于根据各电压控制量生成对应的控制电压。
优选地，转换电路5可以包括：
电平转换芯片51，用于对各电压控制量进行电平转换处理，得到对应的电平值。
DAC芯片52，用于对各电平值进行数模转换处理，得到对应的模拟信号。
高压放大器53，用于对各模拟信号进行放大处理，得到对应的控制电压。
高压电极6用于根据各控制电压控制带电悬浮物的移动。
优选地，各高压电极6具体用于根据各控制电压控制带电悬浮物的移动方向，且每个高压电极6控制带电悬浮物的一个移动方向。
本实施例提供的一种静电悬浮控制系统，通过接口电路3对带电悬浮物的位置信息进行检测，并通过处理器4生成对应的控制电压，可以实现稳定的静电悬浮，同时，自动地对位置信息进行处理，生成控制电压控制带电悬浮物的移动，减少了器件数量，具有体积小，集成度高的优点，并且对带电悬浮物的控制速度很快，实用性更强。
相比于TI公司的以DSP芯片为核心的传统静电悬浮数字控制系统，由于整个系统结构方式的改变，以及通过GPU芯片对图像数据进行处理，以及通信接口速度的显著提高，更适合于基于视觉检测的对数据传输及处理要求较高的静电悬浮系统的高精度控制。
相比于NI的模块化采集与PC处理结合的控制器，本实施例提供的静电悬浮控制系统采用高性能GPU芯片构建集成化静电悬浮控制算法的执行核心，基于硬件编程不但实现了图像识别与坐标转换的算法，而且在片内实现闭环控制算法(PID)，大大降低了相关器件的数量，减少了器件间软硬件的通讯，实现了控制系统的高集成化，明显的提高了系统的可靠性，同时降低了整个系统的功耗。
如图4所示，为本发明另一实施例提供的一种高压电极与带电悬浮物的位置关系示意图，在本实施例中，共包含2块圆形高压电极6，这2块圆形高压电极6面对面平行放置，分别位于带电悬浮物上方和下方，带电悬浮物的一侧设置有光源1，例如，图中的光源1可以为激光发生器，用于发射扩束和准直后的激光，在带电悬浮物的另一侧设置有接收器2，例如，可以为相机等，用于确定带电悬浮物的位置，然后生成对应的控制电压，控制带电悬浮物的上下移动和位置。
读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。