船载自动调平载物台的设计与研究

宋海燕　陈继涛

【摘 要】针对船舶的航向变化以及船的摇摆会给平台系统带来扰动的问题，提出了一种基于 8051单片机和陀螺仪的船载实时自动调平载物台控制系统， 并提出了整体设计方案， 最终对载物台进行了总体测试，测试结果表明该控制系统能够满足性能指标要求。采用STC15F2K60S2单片机作为核心控制部件， 通过陀螺仪测量外部信号，将信号传给单片机处理，然后再通过单片机控制舵机来进行实时调平的，以保证其始终处于水平状态。该方法具有实现简单、成本低、精度高等优点。

【关键词】船载载物台；实时自动调平；单片机

0 引言

自动调平系统作为一种安放在运动物体上的设备，具有将其上的设备与运动物体扰动隔离的功能。自动调平系统无论在军用还是在民用方面都有比较广泛的用途，例如航拍、舰载导弹发射台、船舶制造、船载卫星接收天线等。为此，本文介绍了一种船载实时自动调平载物台控制系统，此载物台将其上的设备与船舶的摇摆运动隔离，使固定于该载物台上的设备始终处于水平状态平台。

自动调平载物台整个系统主要由机械设计、硬件电路设计和软件设计三个部分组成。

1 机械设计

机械部分是承载物品使之稳定的载体，由底座、万向轴、舵机、连杆、台面、支柱等组成。示意图如图1所示。

2 控制系统硬件电路设计

控制系统硬件电路设计部分主要由陀螺仪、电源、单片机最小系统组成。

2.1 陀螺仪

陀螺仪可以测量震动或运动的三轴全方向的加速度值和角速度值。本系统中采用MPU6050模块（三轴陀螺仪+三轴加速度）。此款芯片内置16bit AD转换器，16位数据输出，角速度的范围小于等于±2000°/sec，加速度范围为±2±4±8±16g，供电电压为单电压 3.3 V供电。另外，其低廉的价格可大大降低开发成本。

2.2 电源部分

电源部分选用了常用的7805稳压芯片，可输出稳定的+5V电压，电路原理图如图3所示。

2.3 单片机最小系统

单片机最小系统作为自动调平载物台的大脑，是整个系统的核心部分。本系统中单片机采用了STC15系列增强型8051单片机STC15F2K60S2，内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换（25万次/秒），非常适合电机控制，强干扰场合。陀螺仪和舵机与单片机的接口电路如图4所示。

3 软件设计

载物台稳定是通过陀螺仪测量载物台台面倾斜角度，经过 A/ D 转换后将数据送到单片机，再通过单片机来控制舵机来实现实时控制的，以控制载物台保持水平，程序流程图如图5所示。

主程序主要包括初始化和主循环。主循环部分主要负责接收中断传过来的陀螺仪检测的数据，并用1602字符型液晶显示角度，然后完成对舵机的驱动，实现载物台的自动调平。对陀螺仪数据的处理是软件设计中的一个重要部分，单片片首先对传过来的三轴加速度和角速度进行处理，主要计算函数程序如下：

Display10BitData（GetData（ACCEL_XOUT_H），2，0）； //显示X轴加速度

4 结语

本文设计了一种能够自动调平的船载载物台，可以对载物台台面角度的改变随时跟踪，并进行修正。该载物台控制精度高，反应速度快，误差小，能够为普通用户服务。

【参考文献】

[1]张毅刚.单片机原理及接口技术（C51编程）[M].北京：人民邮电出版社，2011：168-172.

[2]郭天祥.单片机C语言教程 [M].北京：电子工业出版社，2011：38-50.

[3]彭军.传感器与检测技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2013：10-15.

[4]张庆全.经典实用电路大全[M].北京：机械工业出版社，2012：15-30.

[5]陈桂友.增强型8051单片机实用开发技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009：123-127.

[责任编辑：杨玉洁]