一种通用钻机后台全向数控操作和监控系统的制作方法

本实用新型涉及一种新型替代人工户外操作通用钻机设备工作的智能监测控制系统。

背景技术：

我国数千家钻机生产企业还停留在老工艺、老功能、老客户、老用户的理念上；钻机企业越做越小、越做越窄；同技术层次产品，竞争激烈，利润越来越低，研发投入少；企业疏于改造创新，设备难以升级；有教育背景和行业背景专业研发人员匮乏，市场关注程度不够；高端产品都是进口，设备费用、技术费用、培训费用等很高。

随着劳动力减少和劳动力内涵的变化，旧钻机升级改造和钻机数控操作系统设计势在必行，而且有较大的市场化应用前景。相关权威研究数据表明，旧钻机智能化改造和升级市场份额估计有50亿人民币。这种现象有点类似于二十多年前旧机床的改造升级业务。本发明就是基于这样的背景设计开发的。

技术实现要素：

根据现有技术的不足，提供一种控制性稳定，将人工野外操控钻机的工作过程转化为自动操控过程的通用钻机后台全向数控操作和监控系统。

本发明按以下技术方案实现：

一种通用钻机后台全向数控操作和监控系统，该系统包括钻机操控和监测系统以及视频传输与控制系统；所述钻机操控和监测系统包括无线收发模块Ⅰ，单片机Ⅱ，驱动电路，操作按键；所述视频传输与控制系统包括摄像头，图像处理模块，无线收发模块Ⅱ，显示器；所述摄像头与图像处理模块输入端电连接，所述图像处理模块输出端与无线收发模块Ⅱ输入端电连接，所述无线收发模块Ⅱ输出端与显示器电连接；所述操作按键与单片机Ⅰ输入端电连接，所述单片机Ⅰ输出端通过无线收发模块Ⅰ与单片机Ⅱ输入端进行信号传输，所述单片机Ⅱ输出端与驱动电路电连接；所述驱动电路包括驱动电路Ⅰ，驱动电路Ⅱ和驱动电路Ⅲ，所述驱动电路Ⅰ与前后位移电机相连，所述驱动电路Ⅱ与上下位移电机相连，所述驱动电路Ⅲ与左右位移电机相连。

优选的是，还包括温度检测模块，所述温度检测模块与单片机Ⅰ输入端相连，通过显示器显示检测的温度。

优选的是，还包括湿度检测模块，所述湿度检测模块与单片机Ⅰ输入端相连，通过显示器显示检测的湿度。

优选的是，所述单片机Ⅰ与单片机Ⅱ均采用AT89S52型单片机。

优选的是，所述驱动电路Ⅰ，驱动电路Ⅱ和驱动电路Ⅲ均采用ULN2003驱动器。

优选的是，所述显示器采用12864液晶屏。

优选的是，所述无线收发模块Ⅰ和无线收发模块Ⅱ均采用NRF905无线收发模块。

优选的是，所述前后位移电机，上下位移电机以及左右位移电机均采用步进电机。

优选的是，所述温度检测模块采用DS18B20温度传感器。

优选的是，所述湿度检测模块采用HS1101湿度传感器。

本实用新型有益效果：

本实用新型采用电子信息技术手段，真正做到把市场上需要人为现场操控钻机完成生产的工作转化为由设备完成的程控过程。系统基本在一定限度内能代替人力工作，能大大减少地勘项目的人力成本和劳动强度。

摄像头自动跟踪设备动作,故障出现时能自动传递设备现场图像，工作人员能及时诊断、调整、上报维修等。钻机工作过程是固定的，每个动作会对应一个状态，每个状态会对应电路控制部分、驱动部分的电压和电流。

设置有温度传感器和湿度传感器，能够实时不适合钻机工作的条件。

附图说明

图1为本实用新型整体控制框图；

图2为本实用新型温度采集连接电路图；

图3为本实用新型无线收发电路图；

图4为本实用新型显示电路图；

图5为本实用新型驱动电路图；

图6为本实用新型操作按键电路图。

具体实施方式

以下结合附图，通过具体实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，一种通用钻机后台全向数控操作和监控系统，该系统包括钻机操控和监测系统以及视频传输与控制系统；钻机操控和监测系统包括无线收发模块Ⅰ1，单片机Ⅱ2，驱动电路，操作按键3；视频传输与控制系统包括摄像头4，图像处理模块5，无线收发模块Ⅱ6，显示器7；摄像头4与图像处理模块5输入端电连接，图像处理模块5输出端与无线收发模块Ⅱ6输入端电连接，无线收发模块Ⅱ6输出端与显示器7电连接；操作按键3与单片机Ⅰ8输入端电连接，单片机Ⅰ8输出端通过无线收发模块Ⅰ1与单片机Ⅱ2输入端进行信号传输，单片机Ⅱ2输出端与驱动电路电连接；驱动电路包括驱动电路Ⅰ9，驱动电路Ⅱ10和驱动电路Ⅲ11，驱动电路Ⅰ9与前后位移电机12相连，驱动电路Ⅱ10与上下位移电机13相连，驱动电路Ⅲ11与左右位移电机14相连。还包括温度检测模块15，温度检测模块15与单片机Ⅰ8输入端相连，通过显示器7显示检测的温度。还包括湿度检测模块16，湿度检测模块16与单片机Ⅰ8输入端相连，通过显示器7显示检测的湿度。单片机Ⅰ8与单片机Ⅱ2均采用AT89S52型单片机。温度检测模块15采用DS18B20温度传感器。驱动电路Ⅰ9，驱动电路Ⅱ10和驱动电路Ⅲ11均采用ULN2003驱动器。显示器7采用12864液晶屏。无线收发模块Ⅰ1和无线收发模块Ⅱ6均采用NRF905无线收发模块。湿度检测模块16采用HS1101湿度传感器。

如图2所示，主要涉及到DS18B20与AT89S52得接口电路，DS18B20只有三个引脚，一个GND引脚接地，一个VCC引脚接电源，一个数字输入输出引脚DQ接单片机的I/O口，电源与数字输入、输出引脚间需要接一个4.7K的电阻。

如图3所示，温度采集模块采集钻井各点温度，AT89S52按照程序控制数据发送到无线接收模块，无线收发模块主要涉及NRF905与AT89S52，NR905的接地端和电源端接好以后，剩下的引脚直接与单片机的I/O口相连。

如图4所示，显示电路模块选用1602液晶显示器。1602液晶显示器可以同时显示32个字符，其电源简单，采用5V电压，工作电流相比LED小很多，所以功耗较低，而且它具有可靠性高，有效寿命长，显示内容丰富等优点。

如图5所示，电机驱动器采用ULN2003驱动器。ULN2003是大电流驱动阵列,多用于单片机、智能仪表、PLC、数字量输出卡等控制电路中。可直接驱动继电器等负载。输入5VTTL电平，输出可达500mA/50V。ULN2003是高耐压、大电流达林顿系列,由七个硅NPN达林顿管组成。 该电路的特点如下: ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路 直接相连,可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。ULN2003 是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品,具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点,适应于各类要求高速大功率驱动的系统。

前后位移电机12，上下位移电机13，左右位移电机14均采用步进电机，步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积；步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。

如图6 所示，按键K1为前后位移电机12前进功能键，按键K2为前后位移电机12后退功能键，按键K3为上下位移电机13升起功能键，按键K4为上下位移电机13降落功能键，按键K5为左右位移电机13左移功能键，按键K6为左右位移电机13右移功能键。

本实用新型将人为重复操作过程转化为程序控制，进而控制机械驱动部件，最终控制设备操作杆，完全替代工人的现场操作和控制。本系统可以实现钻杆上升与下降；钻杆左移与右移；钻杆前进与后退功能。经测试，完成时间远高于人工，能大大减少地勘项目的人力成本和劳动强度。

摄像头自动跟踪设备动作,故障出现时能自动传递设备现场图像，工作人员能及时诊断、调整、上报维修等。钻机工作过程是固定的，每个动作会对应一个状态，每个状态会对应电路控制部分、驱动部分的电压和电流。

尽管具体地参考其优选实施例来示出并描述了本实用新型，但本领域的技术人员可以理解，可以做出形式和细节上的各种改变而不脱离所附权利要求书中所述的本实用新型的范围。以上结合本实用新型的具体实施例做了详细描述，但并非是对本实用新型的限制。凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，均仍属于本实用新型技术方案的范围。