一种旋转控制器及信号采样时序设计方法与流程

本发明涉及一种旋转控制器及信号采样时序设计方法，尤其是配合外部的旋转触发信号和光电传感器即可提供可靠的旋转控制，属于自动化控制领域。

背景技术：

旋转台是一种常用的零部件测试和加工平台，通常将被测试或被加工零部件固定在旋转台上，旋转台依靠减速电机按照设定的速度转动。

旋转台常采用4工位旋转系统。该旋转系统由减速电机驱动凸轮分割器带动旋转台旋转。凸轮分割器采用转盘式结构，凸轮分割器的输入轴转动360度，其输出轴转动90度，完成一个工位的旋转。凸轮分割器完成一个工位的旋转后，需要将被测试或被加工零部件停止一段时间，以便完成零部件的测试或加工过程，再进入下一个工位的旋转。

如何控制旋转台按照“停顿、转位、停顿、转位”的顺序做间歇性分度回转运动，是保证不同的被测试或被加工零部件依次进行测试、加工的关键。

技术实现要素：

本发明的目的是为解决如何控制旋转台按照“停顿、转位、停顿、转位”的顺序做间歇性分度回转运动，保证不同的被测试或被加工零部件依次进行测试、加工的技术问题。

为达到解决上述问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种旋转控制器，旋转控制器通过电机调速器与减速电机连接，减速电机驱动凸轮分割器带动旋转台旋转；凸轮分割器的输入轴上设有光电传感器；光电传感器与旋转控制器连接；其特征在于：旋转控制器电路包括旋转信号产生电路、1#d触发器、2#d触发器、1#电流放大器、继电器、电机运转指示、2#电流放大电路和电机停止指示；所述旋转信号产生电路、1#d触发器、2#d触发器、1#电流放大器和继电器依次电连接；所述继电器和电机运转指示并联连接；2#电流放大电路与1#电流放大器并联连接后与电机停止指示连接；所述旋转触发信号进入旋转信号产生电路，光电传感器信号进入2#d触发器。

优选地，所述旋转信号产生电路包括：旋转触发信号、光电耦合器、电阻四和电容三；所述旋转触发信号由外部控制器产生，旋转触发信号包含旋转信号和旋转使能信号，旋转信号通过电阻五连接光电耦合器的一端，旋转使能信号连接光电耦合器的另一端；光电耦合器连接并联的电阻四和电容三。

优选地，所述的1#d触发器、2#d触发器由两个相同的、相互独立的数据型触发器组成；每个触发器设有独立的数据d、置位s、复位r、时钟输入c和输出q及输出非

优选地，所述的1#电流放大电路包括：电阻三和npn三极管十；所述1#d触发器和2#d触发器通过电阻三与npn三极管十连接，npn三极管十分别与继电器和电机运转指示连接；继电器通过电机调速控制器与减速电机连接。

优选地，所述的电机运转指示包括：电阻六和led指示灯一；电阻六一端电连接+5v电源，另一端电连接led指示灯一的第一端，led指示灯一的第二端电连接所述的npn三极管十的第三端集电极。

优选地，所述2#电流放大电路包括：电阻二和npn三极管十一；所述1#d触发器和2#d触发器通过电阻二连接三极管十一；三极管十一连接电机停止指示。

优选地，所述电机停止指示包括：电阻七和led指示灯二；电阻七一端电连接+5v电源，另一端电连接led指示灯二的第一端，led指示灯二的第二端电连接npn三极管十一的第三端集电极。

优选地，所述的旋转控制器端口连接外部光电传感器。

本发明还提供一种旋转控制器的信号采样时序设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：初始状态，触发器的第一输出端q1为低电平，第二输出端为高电平，第十三输出端q2为低电平，因此触发器的第九输入端d2为高电平。

步骤2：在t0时刻，旋转触发信号发出，触发器的第十一输入端c2的信号由低电平跳变为高电平，经过延时，在t1时刻，触发器的第十三输出端q2跟随第九输入端d2发生翻转，变为高电平。与此同时，触发器的第六输入端s1变为高电平。由于触发器的第六输入端s1为高电平，第四输入端r1为低电平，因此经过延时，在t2时刻，触发器的第一输出端q1变为高电平，电机启动。触发器的第十输入端r2电连接第一输出端q1，也变为高电平。触发器的第一输出端q1通过电阻r3连接npn三极管q10的第二端(基极b)，故q10的集电极和发射极之间相当于开关的导通，绿色led指示灯一点亮，进行电机运行指示。

步骤3：在t3时刻，由于触发器的第八输入端s2为低电平，触发器的第十输入端r2为高电平，因此触发器的第十三输出端q2变为低电平，与此同时触发器的第六输入端s1也相应变为低电平。由于触发器的第六输入端s1和第四输入端r1都为低电平，因此触发器的第一输出端q1保持不变，仍为高电平，电机继续运转。

步骤4：在t4时刻，光电传感器信号发出，触发器的第三输入端c1由低电平变为高电平。由于触发器的第五输入端d1为低电平，故经过延时，在t5时刻，触发器的第一输出端q1变为低电平，电机停止运行。触发器的第二输出端变为高电平，红色led指示灯二发光，进行电机停止指示。

时刻t6、t7、t8、t9、t10是下一个90度旋转触发循环，和t11与时刻t0、t1、t2、t3、t4和t5相同。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

如何控制旋转台按照“停顿、转位、停顿、转位”的顺序做间歇性分度回转运动，是保证不同的被测试或被加工零部件进行测试、加工的关键。本发明提供了一种采用模拟分离器件的旋转控制器，准确的控制旋转台按照90度、4工位的方式旋转。本发明公开的一种旋转控制器，解决了现有系统中电路复杂、成本较大、稳定性差的问题。本控制器留有信号输入和输出接口，便于系统集成。

附图说明

图1本发明旋转控制器的外形结构示意图

图2本发明旋转机构凸轮分割器组成示意图。

图3本发明旋转控制器组成的控制系统框图。

图4本发明旋转控制器电路原理结构框图。

图5本发明旋转控制器具体电路组成图。

图6本发明旋转控制器电机调速控制器接线图。

图7本发明旋转控制器外部光电传感器原理和接线图。

图8本发明旋转控制器信号采样时序设计方法。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下：

如图2-8所示，本发明提供了一种用于管道内检测器零部件耐磨性能试验平台的旋转控制器，如图1所示，包括：外壳1、电机运转led指示灯2、电机停止led指示灯3、安装在外壳内部的电路板4，安装在电路板上的插座5和6。

如图2为4工位旋转系统机构，减速电机驱动凸轮分割器带动旋转台旋转，在凸轮分割器10的输入轴11上安装了一个带有u型缺口的圆片12，圆片上方固定光电传感器23。凸轮分割器10的输入轴11每转动一周，u型缺口便会进入一次光电传感器23，凸轮分割器的输出轴13转动90度。

旋转控制器组成的控制系统如图3所示，旋转控制器20接收外部旋转触发信号，经过其内部的d触发器和继电器，控制外部电机调速器21驱动减速电机22旋转。外部光电传感器23用于检测旋转是否完成90度旋转，一旦完成立刻发送旋转到位指令给旋转控制器20，控制旋转停在工位，直到下一个旋转触发命令到来为止。

如图4所示，旋转控制器电路包括旋转信号产生电路30、1#d触发器31、2#d触发器32、1#电流放大器33、继电器34、电机运转指示35、2#电流放大电路36和电机停止指示37；旋转信号产生电路30、1#d触发器31、2#d触发器32、1#电流放大器33和继电器34依次电连接；继电器34和电机运转指示35并联连接；2#电流放大电路36与1#电流放大器33并联连接后与电机停止指示37连接；旋转触发信号进入旋转信号产生电路30，光电传感器信号进入2#d触发器32。

如图5所示，为本发明一种管道内检测器零部件耐磨试验旋转控制器实施例提供的具体电路图，该电路包括：光电耦合器u3、电阻r5、电阻r4、电容c3、1#d触发器u1、2#d触发器u2、电阻r3、npn三极管q10、继电器k1、电阻r6、电机运转指示l1、电阻r2、npn三极管q11、电阻r7、电机停止指示l2、电阻r1、电容c1、端口j1和端口j2。

旋转信号产生电路包括：旋转触发信号、光电耦合器u3、电阻r5、电阻r4和电容c3。旋转触发信号包含旋转信号rotarymove和旋转使能信号rotaryenable。rotarymove通过电阻r5连接光电耦合器u3的第一端，rotaryenable连接光电耦合器u3的第二端。旋转触发信号由外部控制器产生，分别接入旋转控制器端口j2的第一端和第二端。当rotaryenable为低电平，rotarymove上的脉冲触发信号，便会产生旋转触发信号。本实施实例中光电耦合器选用toshiba公司tlp521-1型号光电耦合器，当旋转触发信号送入光电耦合器的第一端(阳极输入端)时，发光二极管通过电流而发光，光敏元件受到光照后产生电流，光敏三极管第三端(集电极c)和第四端(发射极e)饱和导通，第四端输出为高电平。电阻r4和电容c3起并联滤波作用。

本实施例中1#d触发器u1、2#d触发器u2选用ti公司cd4013b型触发器。cd4013b是一款双d触发器，由两个相同的、相互独立的数据型触发器u1和u2构成。每个触发器有独立的数据d、置位s、复位r、时钟输入c和输出q及输出非这里cd4013b用作触发器，在时钟上升沿触发时，加在d输入端的逻辑电平传送到q输出端。cd4013b置位和复位与时钟无关，而分别由置位或复位线上的高电平完成。

电路初始状态均在复位状态，cd4013b的第一输出端q1和第十三输出端q2均为低电平，第二输出端为高电平。由于第九输入端d2和第二输出端电连接，故第九输入端d2为高电平。当旋转触发信号加载到第十一输入端(时钟输入端)c2时，由于第九输入端d2为高电平，因此第十三输出端q2变为高电平。第十三输出端q2和第六输入端(置位输入端)s1电连接，故第六输入端s1变为高电平，使得第一输出端q1高电平输出。

1#电流放大电路包括：电阻r3和npn三极管q10。本实施例中，npn三极管采用mcc公司s8050型号，电流放大倍数β的典型值为50。q10的第二端(基极b)电连接电阻r3的一端，电阻r3的另一端电连接cd4013b的第一输出端q1。当cd4013b的第一输出端q1为高电平时，npn三极管q10发射结的电压大于pn结的导通电压，基极的电流迅速增大，集电极电流被放大为基级电流的β倍，并且当基极的电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态，此时集电极和发射极之间的电压很小。

继电器k1采用panasonic公司agq200a4h继电器。继电器k1的第八端电连接npn三极管q10的第三端集电极。继电器k1的第一端接电源+5v。当npn三极管q10导通时，继电器k1的第八端为低电平，继电器k1线圈得电，继电器k1的线圈电压满足额定电压需求，继电器第二端和第三端接通，电机启动。

继电器的第二端和第三端接端口j1的第四端和第五端。j1的第四端和第五端接外部电机调速控制器的com和cw端。图6为外部电机调速控制器us-52(选用twt公司的产品)接线示意图。

电机运转指示包括：电阻r6和绿色led指示灯一l1。电阻r6一端电连接+5v电源，另一端电连接led指示灯一l1的第一端，l1的第二端电连接npn三极管q10的第三端集电极。npn三极管q10开关导通，电机启动运行，npn三极管q10的第三端集电极变为低电平，绿色led指示灯一l1发光，进行电机运行指示。

外部光电传感器23选用omron公司l型ee-sx674p，用于90度角检测，如图7所示。凸轮分割器的输入转轴转动360度，其输出轴转动90度，完成一个工位的旋转。光电传感器是一种将光信号转换成电信号的器件，其工作原理是光电效应。ee-sx674p光电传感器由主控制器和处理元件两部分组成。凸轮分割器的输入轴上安装u型缺口的圆片，u型缺口进入光电传感器23的感光区域时，发射极的光照射在接收极上，发生相应的光电效应，然后借助pnp三极管进一步将光信号转换成电信号。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触和结构简单等优点，对旋转盘的控制非常适用。

光电传感器23接入旋转控制器端口j1，光电传感器23第一端+和第二端l并联连接，接入旋转控制器j1的第一端(+5v)；光电传感器23的第四端out接入旋转控制器j1的第二端；光电传感器23的第三端-接入旋转控制器j1的第三端(dgnd)。光电传感器23的第四端out输出旋转停止rotarystop信号,接入触发器cd4013b的第三输入端c1。当圆片的u型缺口进入光电传感器23的感光区域时，光电传感器23内部的pnp三极管导通，光电传感器23的第四端out输出由低电平变为高电平，产生上升沿变化。触发器cd4013b的第三输入端c1时钟输入端也跟着变为上升沿触发，cd4013b第一输出端q1跟随cd4013b的第五输入端d1翻转为逻辑低电平。npn三极管q10开关断开，继电器k1的线圈电压低于工作电压，电机停止转动。

2#电流放大电路包括：电阻r2和npn三极管q11。本实施实例中，所述npn三极管q11同样采用mcc公司s8050。三极管q11的第二端(基极b)电连接电阻r2的一端，电阻r2的另一端电连接cd4013b的第二输出端

触发器cd4013b的第一输出端q1为低电平时，电机停止，此时cd4013b第二输出端输出高电平，npn三极管q11发射结的电压大于pn结的导通电压，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态，集电极电流被放大为基极电流的β倍。

电机停止指示包括：电阻r7和红色led指示灯二l2。电阻r7一端电连接+5v电源，另一端电连接l2的第一端，l2的第二端电连接npn三极管q11的第三端集电极。触发器cd4013b第二输出端输出高电平时，电机停止，npn三极管q11开关导通，q11的第三端集电极变为低电平，红色led指示灯二l2发光，进行电机停止指示.

如图8为本实施例信号采样时序设计方法：

(1)初始状态，触发器cd4013b的第一输出端q1为低电平，第二输出端为高电平，第十三输出端q2为低电平，第九输入端d2为高电平。

(2)在t0时刻，旋转触发信号发出，cd4013b的第十一输入端c2的信号由低电平跳变为高电平，经过延时，在t1时刻，cd4013b的第十三输出端q2跟随第九输入端d2发生翻转，变为高电平。与此同时，cd4013b的第六输入端s1变为高电平。由于cd4013b的第六输入端s1为高电平，第四输入端r1为低电平，因此经过延时，在t2时刻，cd4013b的第一输出端q1变为高电平，电机启动。cd4013b的第十输入端r2电连接第一输出端q1，也变为高电平。cd4013b的第一输出端q1通过电阻r3连接npn三极管q10的第二端(基极b)，故q10的集电极和发射极之间相当于开关的导通，绿色led指示灯一l1点亮，进行电机运行指示。

(3)在t3时刻，由于cd4013b的第八输入端s2为低电平，cd4013b的第十输入端r2为高电平，因此cd4013b的第十三输出端q2变为低电平，与此同时cd4013b的第六输入端s1也相应变为低电平。由于cd4013b的第六输入端s1和第四输入端r1都为低电平，因此cd4013b的第一输出端q1保持不变，仍为高电平，电机继续运转。

(4)在t4时刻，光电传感器信号发出，cd4013b的第三输入端c1由低电平变为高电平。由于cd4013b的第五输入端d1为低电平，故经过延时，在t5时刻，cd4013b的第一输出端q1变为低电平，电机停止运行。cd4013b的第二输出端变为高电平，红色led指示灯二l2发光，进行电机停止指示。

时刻t6、t7、t8、t9、t10是下一个90度旋转触发循环，和t11与时刻t0、t1、t2、t3、t4和t5相同，这里不再赘述。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。