阅读说明：本技术 基于电子罗盘技术实现斗轮机回转定位系统 (System for realizing rotation positioning of bucket wheel machine based on electronic compass technology ) 是由 金烜弘 张鑫 张立建 唐连吉 季圣楠 丛松 王嘉琪 郭思远 徐春梅 王赟翔 于 2020-06-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了斗轮机技术领域的基于电子罗盘技术实现斗轮机回转定位系统,还包括电子罗盘仪,斗轮机包括悬臂、回转转盘和PLC控制系统,悬臂通过回转转盘转到与系统皮带相平行,斗轮机的悬臂和回转转盘的中心线上,且远离斗轮机电机和电缆处设有一安装位,电子罗盘仪通过外部的无磁护罩安装于水平安装底座上,电子罗盘仪的中心线与回转转盘和悬臂的中心线一致,电子罗盘仪连接有航空插头,电子罗盘仪通过航空插头与斗轮机的PLC控制系统相连接,通过过电子罗盘技术,测量地球磁场,再根据系统皮带方向确定回转零位,精确计算出斗轮机回转的当前角度,从而解决因满足斗轮机智能化控制对于回转定位要求的稳定性、精确性以及经济性的问题。(The invention discloses a rotary positioning system of a bucket wheel machine based on an electronic compass technology in the technical field of bucket wheel machines, and further comprises an electronic compass, wherein the bucket wheel machine comprises a cantilever, a rotary turntable and a P L C control system, the cantilever is rotated to be parallel to a system belt through the rotary turntable, a central line of the cantilever and the rotary turntable of the bucket wheel machine is provided with a mounting position far away from a motor and a cable of the bucket wheel machine, the electronic compass is mounted on a horizontal mounting base through an external non-magnetic shield, the central line of the electronic compass is consistent with the central lines of the rotary turntable and the cantilever, the electronic compass is connected with an aviation plug, the electronic compass is connected with the P L C control system of the bucket wheel machine through the aviation plug, the earth magnetic field is measured through the electronic compass technology, a rotary zero position is determined according to the direction of the system belt, and the current angle of rotation of the bucket wheel machine is accurately calculated, so that the problems of stability, accuracy and economy of the requirement of intelligent control of.)

基于电子罗盘技术实现斗轮机回转定位系统

技术领域

本发明涉及斗轮机技术领域，具体为基于电子罗盘技术实现斗轮机回转定位系统。

背景技术

目前随着斗轮机智能化控制要求越来越高，对于斗轮机定位检测装置的稳定性、精确性和维护性的要求越来越高。传统的斗轮机回转角度检测如图1所示，主要包括回转机构1、回转轴承2、回转齿轮3、编码器齿轮4、编码器齿轮轴5、转盘6、编码器支架7、涡轮减速机8、套筒联轴器9、编码器10，通过多齿轮传动的方式与编码器同轴连接，再通过编码换算计算出的斗轮机回转角度。这种定位方式会经常受到机械连接以及换算误差的影响，造成回转角度的误差，无法满足斗轮机的智能控制精度和稳定性。

还有通过格雷母线技术实现的斗轮机回转定位方式，这种定位方式虽然满足了斗轮机智能控制的精确性和稳定性，但是高昂的安装成本和维护成本，也难以得到广泛应用。

基于此，本发明设计了基于电子罗盘技术实现斗轮机回转定位系统，以解决上述提到的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供基于电子罗盘技术实现斗轮机回转定位系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于电子罗盘技术实现斗轮机回转定位系统，包括斗轮机和系统皮带，

所述斗轮机包括悬臂、回转转盘和PLC控制系统，所述悬臂通过回转转盘转到与系统皮带相平行，所述斗轮机的悬臂和回转转盘的中心线上，且远离斗轮机电机和电缆处设有一安装位，所述安装位用于安装水平安装底座，

还包括电子罗盘仪，所述电子罗盘仪用于对斗轮机回转角度进行检测，所述电子罗盘仪的中心线与回转转盘和悬臂的中心线一致，所述电子罗盘仪通过外部的无磁护罩安装于水平安装底座上，

所述电子罗盘仪连接有航空插头，所述电子罗盘仪通过所述航空插头与所述斗轮机的PLC控制系统相连接，所述航空插头用于将电子罗盘仪检测的数据上传到斗轮机的PLC控制系统。

优选的，所述无磁护罩采用无磁不锈钢材料。

优选的，所述电子罗盘仪包括

传感器模块，所述传感器模块包括三轴磁阻传感器和双轴加速度计，所述三轴磁阻传感器用于测量地球磁场，三个互相垂直轴向上的传感器检测在该方向上的地磁场强度，所述双轴加速度计用于在电子罗盘仪处于非水平状态时进行补偿。

信号调节采集模块，所述信号调节采集模块包括信号调理电路和模数转换和计数电路，所述信号调理电路用于对传感器模块采集的电信号进行消抖、滤波、保护、电平转换、隔离，所述模数转换和计数电路用于将传感器模块采集的电信号转换成数值，同时对采集的次数进行计数，并传输到主控制器模块，

主控制器模块，所述主控制器模块包括置位/复位电路、微控制器和电源调整电路，所述置位/复位电路用于在复位的时候不执行，在置位的时候执行，所述微控制器用于对接收的数值进行处理，所述电源调整电路用于将外界输入电压进行调整，

所述三轴磁阻传感器和双轴加速度计连接所述信号调理电路，所述信号调理电路通过模数转换和计数电路与微控制器相连接，所述微控制器通过置位/复位电路分别与三轴磁阻传感器和双轴加速度计相连接，所述外部电源适配器通过电源调整电路分别与三轴磁阻传感器、双轴加速度计、信号调理电路、模数转换和计数电路相连接，所述微控制器通过UART和线缆与航空插头相连接。

优选的，所述无磁护罩内开有多个用于放置传感器模块、信号调节采集模块和主控制器模块的卡槽，所述无磁护罩灌注有防水填充物。

优选的，所述斗轮机的PLC控制系统包括PLC回转角度的存储地址，所述PLC回转角度的存储地址用于存储电子罗盘仪的角度数据。

优选的，所述斗轮机的PLC控制系统包括触摸屏，所述触摸屏用于显示所述PLC控制系统得到的斗轮机回转的当前角度。

优选的，所述斗轮机回转的当前角度计算公式为：

α＝α₂-α₁

其中，α为斗轮机回转的当前角度，α₁为将悬臂与系统皮带平行时电子罗盘仪当前角度，设定的斗轮机回转的“0”度角，α₂为电子罗盘仪的角度数据。

优选的，所述电子罗盘仪供电为12VDC，工作环境温度为-40℃～+85℃，检测范围为0°-360°精度：0.1°-0.5°。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过电子罗盘技术，通过测量地球磁场，地磁场在X和Y的两个分矢量值便可确定方位值，再根据系统皮带方向确定回转零位，就可以精确计算出斗轮机回转的当前角度，从而解决因满足斗轮机智能化控制对于回转定位要求的稳定性、精确性以及经济性的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明现有技术结构示意图；

图2为本发明结构示意图；

图3为本发明无磁护罩结构示意图；

图4为本发明电子罗盘结构示意图；

图5为本发明原理框图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

100、回转转盘；101、安装位；200、电子罗盘仪；201、三轴磁阻传感器；202、双轴加速度计；203、主控制器模块；204、卡槽；205、防水填充物；206、线缆；300、无磁护罩；400、水平安装底座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图2-5，本发明提供一种技术方案：基于电子罗盘技术实现斗轮机回转定位系统，包括斗轮机和系统皮带，还包括电子罗盘仪200，斗轮机包括悬臂、回转转盘100和PLC控制系统，悬臂通过回转转盘100转到与系统皮带相平行，以此位置为回转的零位；斗轮机的悬臂和回转转盘100的中心线上，且远离斗轮机电机和电缆处设有一安装位101，避免受到周边电磁场的影响，而导致对该电子罗盘仪200测量的精度，电子罗盘仪200通过外部的无磁护罩300安装于水平安装底座400上，电子罗盘仪200的中心线与回转转盘100和悬臂的中心线一致，电子罗盘仪200连接有航空插头，电子罗盘仪200通过航空插头与斗轮机的PLC控制系统相连接。

其中，无磁护罩300采用无磁不锈钢材料，避免受到周边电磁场的影响，而导致对该电子罗盘仪200测量的精度。

其中，电子罗盘仪200包括传感器模块、信号调节采集模块和主控制器模块203，传感器模块包括三轴磁阻传感器201和双轴加速度计202，信号调节采集模块包括信号调理电路和模数转换和计数电路，主控制器模块203包括置位/复位电路、微控制器和电源调整电路，三轴磁阻传感器201和双轴加速度计202连接信号调理电路，信号调理电路通过模数转换和计数电路与微控制器相连接，微控制器通过置位/复位电路分别与三轴磁阻传感器201和双轴加速度计202相连接，外部电源适配器通过电源调整电路分别与三轴磁阻传感器201、双轴加速度计202、信号调理电路、模数转换和计数电路相连接，微控制器通过UART和线缆206与航空插头相连接。

传感器模块，所述传感器模块包括三轴磁阻传感器和双轴加速度计，所述三轴磁阻传感器用于测量地球磁场，三个互相垂直轴向上的传感器检测在该方向上的地磁场强度，所述双轴加速度计用于在电子罗盘仪处于非水平状态时进行补偿。

信号调节采集模块，所述信号调节采集模块包括信号调理电路和模数转换和计数电路，所述信号调理电路用于对传感器模块采集的电信号进行消抖、滤波、保护、电平转换、隔离，所述模数转换和计数电路用于将传感器模块采集的电信号转换成数值，同时对采集的次数进行计数，并传输到主控制器模块，

主控制器模块，所述主控制器模块包括置位/复位电路、微控制器和电源调整电路，所述置位/复位电路用于在复位的时候不执行，在置位的时候执行，所述微控制器用于对接收的数值进行处理，所述电源调整电路用于将外界输入电压进行调整。

电子罗盘目前技术非常成熟，内置温度补偿、高速高精度A/D转换、内置微处理器计算传感器与磁北夹角、具有指向零点修正功能且价格低廉，不会受到地形、建筑遮挡影响，定向100％有效。到地形、建筑遮挡影响，定向100％有效。

电子罗盘仪200支持RS232、RS485、RS424多种通讯协议，可以与PLC进行数据通讯，使得斗轮机PLC无需计算直接读取电子罗盘仪200的角度数据。

电子罗盘子安装形式简单，只需要安装在悬臂与回转转盘100的中心线上水平放置即可，无论是安装、维护或者是更换极为方便。

电子罗盘仪200接线形式更为简单，只需要一对电源线和一对数据线以及一根接地线即可。

其中，无磁护罩300内开有多个卡槽204，传感器模块、信号调节采集模块和主控制器模块203分别安装于对应的卡槽204内，无磁护罩300灌注有有防水填充物205，防水填充物205为可凝固的防水液体，起到固定作用，并且还可以起到防水防潮作用。

其中，斗轮机的PLC控制系统包括PLC回转角度的存储地址，电子罗盘仪200的角度数据存储在PLC回转角度的存储地址中。

其中，斗轮机的PLC控制系统包括触摸屏，PLC控制系统得到的斗轮机回转的当前角度通过触摸屏进行显示，显示给操作人员，或应用在斗轮机无人值守控制系统中的自动回转控制。

其中，斗轮机回转的当前角度计算公式为：

α＝α₂-α₁

其中，α为斗轮机回转的当前角度，α₁为将悬臂与系统皮带平行时电子罗盘仪200当前角度，设定为斗轮机回转的“0”度角，α₂为电子罗盘仪200的角度数据。

其中，电子罗盘仪200与航空插头连接的线缆206，缆内置5芯线，两芯供电，一芯输出4-20MA信号，也可RS232/RS485(可选)输出。供电为12VDC，工作环境温度为-40℃～+85℃，检测范围为0°-360°精度：0.1°-0.5°。

本发明改善了斗轮机回转传统编码器定位接卸结构复杂的安装形式，避免了因机械连接造成的回转角度误差；大大降低了格雷母线定位回转角度的安装成本，不仅比格雷母线成本低得多，就是跟传统的编码器相比，价格也不到后者的一半儿，而且采用电子罗盘仪200对斗轮机回转进行角度检测，不仅安装成本低，维护、更换的工作量和成本也很低。同时由于电子罗盘技术在汽车领域的广泛应用，技术更为成熟，价格更为便宜，对于特种设备来说，采用类似汽车行业里成型的技术对于斗轮机的技术发展速度、发展成本更为高校便利。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。