電動旗桿自動升旗的控制裝置的制作方法

【技術領域】

本發明涉及電動旗桿控制裝置，特別是涉及一種可根據旗幟的實時位置與旗桿頂部的位置差實時改變升旗速度，使旗幟在規定時間內準確升至旗桿頂部的電動旗桿自動升旗的控制裝置。

背景技術：

日常生活中在舉行重要活動或儀式時都要舉行升旗儀式，這種儀式通常是在背景音樂下將旗幟，如國旗、會旗等在旗桿上在一定時間內由下部升至旗桿頂部。傳統的升旗過程由人工完成，即在傳統旗桿的上端裝有滑輪，一根繩子繞經該滑輪，繩子的一端系有旗幟，升旗時，升旗手拉動繩子的另一端，直至將旗幟升至旗桿頂部。由于需要在規定的時間內完成升旗，這就要求升旗手經過專業的訓練，不僅需要浪費大量的人力，而且通常無法使旗幟在規定時間內準確到達頂部。為了減少人力的浪費，電動升旗方法應運而生，其通過電機帶動繩索上下移動，從而實現旗幟的勻速升降。然而，電動升旗勻速升降過程，當受到外部因素，如風速、外部阻力的影響而存在旗幟無法在規定時間內準確到達頂部的問題。因此，如何避免在電動升旗過程中不受外部因素影響，以使旗幟在規定時間內準確升至旗桿頂部就成為一種客觀需求。

技術實現要素：

本發明旨在解決上述問題，而提供一種可根據旗幟的實時位置與旗桿頂部的位置差實時改變升旗速度，使旗幟在規定時間內準確升至旗桿頂部的電動旗桿自動升旗的控制裝置。

為實現本發明的目的，本發明提供了電動旗桿自動升旗的控制裝置，裝置包括：

信息采集單元，該信息采集裝置采集旗桿的高度信息及旗幟的實時位置信息；

人機交互單元，其內存儲有歌曲信息，該人機交互單元提取的歌曲時間長度信息并將其發送至控制單元；

控制單元，其分別與信息采集單元及人機交互單元無線連接，該控制單元接收信息采集單元采集的信息及人機交互單元發送的信息，并根據歌曲時間長度信息、旗桿的高度信息及旗幟的位置信息，通過增量式pid算法計算出驅動裝置的實時運行速度，再通過變頻調制后，獲得頻率變化的調制電源輸出至驅動裝置；

驅動裝置，其與控制單元連接，該驅動裝置接收并執行控制單元輸出的調制電源指令而實時變速運行，使旗幟在規定時間內準確升至旗桿頂部。

本發明提供了另一種電動旗桿自動升旗的控制裝置，裝置包括：

信息采集單元，該信息采集裝置采集旗桿的高度信息及旗幟的實時位置信息；

控制單元，其與信息采集單元無線連接，該控制單元內存儲有歌曲信息并提取歌曲時間長度信息，且其接收信息采集單元采集的信息，并根據歌曲時間長度信息、旗桿的高度信息及旗幟的位置信息，通過增量式pid算法計算出驅動裝置的實時運行速度，再通過變頻調制后，獲得頻率變化的調制電源輸出至驅動裝置；

驅動裝置，其與控制單元連接，該驅動裝置接收并執行控制單元輸出的調制電源指令而實時變速運行，使旗幟在規定時間內準確升至旗桿頂部。

所述人機交互單元為控制盒、遙控器的一種，該人機交互單元通過rs通訊接口與控制單元無線連接并通信。

所述人機交互單元設有處理模塊、存儲模塊、收發模塊及第一人機交互接口，所述存儲模塊、收發模塊及第一人機交互接口分別與處理模塊連接，外部移動存儲設備將歌曲信息經第一人機交互接口存儲于存儲模塊中，所述處理模塊從歌曲信息中提取歌曲時間長度信息并經收發模塊將歌曲時間長度信息發送至控制單元。

所述控制單元設有微處理器、存儲器及通信模塊，所述存儲器及通信模塊分別與微處理器連接，所述通信模塊接收發自人機交互單元的歌曲時間長度信息及發自信息采集單元的旗桿高度信息及旗幟位置信息，所述微處理器根據歌曲時間長度信息、旗桿高度信息及旗幟位置信息，通過增量式pid算法計算出驅動裝置的實時運行速度，再通過變頻調制后，獲得頻率變化的調制電源經通信模塊輸出至驅動裝置，所述存儲器存儲通信模塊接收的信息及微處理器處理的信息。

所述控制單元為計算機，其設有微處理器、存儲器、通信模塊及第二人機交互接口，所述存儲器、通信模塊及第二人機交互接口分別與微處理器連接，所述通信模塊接收發自信息采集單元的旗桿高度信息及旗幟位置信息，外部移動存儲設備將歌曲信息經第二人機交互接口存儲于存儲器中，所述微處理器從歌曲信息中提取歌曲時間長度信息，并根據歌曲時間長度信息、旗桿高度信息及旗幟位置信息，通過增量式pid算法計算出驅動裝置的實時運行速度，再通過變頻調制后，獲得頻率變化的調制電源經通信模塊輸出至驅動裝置，所述存儲器存儲通信模塊接收的信息及微處理器處理的信息。

所述pid算法計算公式為：

s＝p*(δs)-i*(δs1)+d*(δs2)

v＝s/t

其中，δs，δs1，δs2分別表示以旗幟當前位置為基點，旗幟已運行部分連續相鄰兩位置的運行誤差，

p、i、d分別表示位置的比例參數，位置的積分參數，位置的微分參數，

s為控制單元輸出的位置控制量，

v為控制單元輸出至驅動裝置的速度控制量，

t為預置升旗的單位運行時間。

所述控制單元將計算得到的實時運行速度通過pwm變頻調制后，獲得頻率變化的調制電源輸出至驅動裝置，實現實時變速運行。

所述驅動裝置包括驅動芯片、驅動電機及傳送裝置，所述驅動芯片分別與控制單元及驅動電機連接，所述傳送裝置分別與驅動電機及旗幟連接，且所述驅動芯片控制驅動電機按控制單元計算得到的實時運行速度而實時變速運行，并通過傳送裝置帶動旗幟變速上升，從而使旗幟在規定時間內準確升至旗桿頂部。

所述信息采集單元為位移傳感器，其設于驅動裝置的傳送裝置上，該位移傳感器通過旗幟從底部升至頂部時傳送裝置的位移來獲取旗桿的高度，并根據旗幟的實時位置所對應傳送裝置的位移來獲取旗幟的實時位置信息。

本發明的貢獻在于，其有效解決了現有電動旗桿升旗過程中容易受到外部因素影響而無法在規定時間內準確升至旗桿頂部的問題。本發明的控制單元根據歌曲時間長度信息、旗桿的高度信息及旗幟的位置信息，通過增量式pid算法計算出驅動裝置的實時運行速度，再將實時運行速度通過變頻調制后，獲得頻率變化的調制電源并輸出至驅動裝置，使驅動裝置實時變速運行，從而帶動旗幟在規定時間內準確升至旗桿頂部。本發明可確保升旗過程中旗幟不受外部因素，如阻力、風速等的影響而在規定時間內準確升至旗桿頂部。本發明還具有結構簡單、自動化程度高、操作方便等特點。

【附圖說明】

圖1是本發明的實施例的系統結構框圖。

圖2是本發明的另一實施例的系統結構框圖。

【具體實施方式】

下列實施例是對本發明的進一步解釋和補充，對本發明不構成任何限制。

參閱圖1，本發明的電動旗桿自動升旗的控制裝置包括信息采集單元10、人機交互單元20、控制單元30及驅動裝置40。

如圖1所示，信息采集單元10采集旗桿的高度信息及旗幟的實時位置信息。該信息采集單元10可為高度傳感器及位置傳感器，其中，高度傳感器用于采集旗桿的高度信息，位置傳感器用于采集旗幟的實時位置信息。該信息采集單元10還可為位移傳感器，其同時采集旗桿的高度信息及旗幟的實時位置信息。本實施例中的信息采集單元10為位移傳感器，其設于驅動裝置40內，首次使用旗桿時，位移傳感器通過測量旗幟從底部升至頂部所行走的位移來計算出旗桿的高度信息。當升旗過程中，位移傳感器通過測量旗幟從底部升至某一位置所行走的位移來計算出旗幟的實時位置信息。信息采集單元10將采集的旗桿高度信息及旗幟的實時位置信息發送至控制單元30。

如圖1所示，人機交互單元20為設置和發送用戶指令的外部設備，其用于提供人機交互指令，該人機交互單元20與控制單元30連接。本實施例中，人機交互單元20內存儲有歌曲信息，其從歌曲信息中提取歌曲長度信息，并將歌曲時間長度信息發送至控制單元30。該人機交互單元20設有處理模塊21、存儲模塊22、收發模塊23及第一人機交互接口24。其中，存儲模塊22、收發模塊23及第一人機交互接口24分別與處理模塊21連接，處理模塊21從歌曲信息中提取歌曲時間長度信息并控制收發模塊23收發信息，收發模塊23接收發自控制單元30的信息，并向控制單元30發送信息，第一人機交互接口24用于獲取歌曲信息。具體地，用戶將外部移動存儲設備存儲的升旗所需的歌曲信息經第一人機交互接口24存儲于存儲模塊22中，其中，外部移動存儲設備可以為sd卡、u盤或移動硬盤等。處理模塊21從存儲模塊22中的歌曲信息中提取出歌曲時間長度信息，并通知收發模塊23將歌曲時間長度信息發送至控制單元30。本實施例中的收發模塊23與控制單元30通過rs185通信接口無線連接并通信。該人機交互單元20可為控制盒、遙控器或計算機的一種。當人機交互單元20為控制盒或遙控器時，其可獨立地設置于控制單元30外部，方便用戶使用。當人機交互單元20為計算機時，其與控制單元30可集成為一體，使其結構簡單、操作方便。

如圖1所示，在本發明的一個實施例中，控制單元30分別與信息采集單元10及人機交互單元20無線連接，該控制單元30接收信息采集單元10采集的旗桿的高度信息及旗幟的位置信息及人機交互單元20發送的歌曲時間長度信息，并根據歌曲時間長度信息、旗桿的高度信息及旗幟的位置信息，通過增量式pid算法計算出驅動裝置的實時運行速度，再通過變頻調制后，獲得頻率變化的調制電源輸出至驅動裝置40。本實施例中，控制單元30將計算出驅動裝置的實時運行速度通過pwm變頻調制后，獲得頻率變化的調制電源并輸出至驅動裝置40，且控制單元30計算驅動裝置的實時運行速度是通過pid算法計算公式：

s＝p*(δs)-i*(δs1)+d*(δs2)

v＝s/t

其中，δs，δs1，δs2分別表示以旗幟當前位置為基點，旗幟已運行部分連續相鄰兩位置的運行誤差，本實施例中，δs，δs1，δs2分別表示以旗幟的理論位置為基點，旗幟當前實際位置及同一時間間隔內已運行部分連續相鄰兩實際位置的運行誤差，例如，以s、s'分別表示旗幟當前理論位置及實際位置，以s1、s1'分別表示旗幟前一秒的理論位置及實際位置，以s2、s2'分別表示旗幟前兩秒的理論位置及實際位置，則δs＝s-s'，δs1＝s1-s1'，δs2＝s2-s2'，

p、i、d分別表示位置的比例參數，位置的積分參數，位置的微分參數，

s為控制單元輸出的位置控制量，

v為控制單元輸出至驅動裝置的速度控制量，

t為預置升旗的單位運行時間。

例如，當信息采集單元10采集的旗桿高度為20米，人機交互單元20提取的背景音樂時長為127秒，當旗幟升至音樂時長為60秒時，旗幟的理論位置為9.45米，而信息采集單元10采集的旗幟當前的實際位置為9.40米，旗幟升至音樂時長為59秒及58秒時，旗幟的理論位置分別為：9.29米、9.13米，而信息采集單元10采集的旗幟在59秒及58秒的實際位置分別為：9.25米、9.18米，p＝2，i＝0.5，d＝0.3，則位置控制量s＝2*(9.45-9.4)-0.5*(9.29-9.25)+0.3*(9.13-9.18)＝0.065，速度控制量v＝0.065/67＝0.00097，則控制單元30輸出至驅動裝置40的速度控制量為0.00097。

該控制單元30設有微處理器31、存儲器32及通信模塊33，其中，微處理器31根據歌曲時間長度信息、旗桿高度信息及旗幟位置信息，通過增量式pid算法計算出驅動裝置的實時運行速度，再將實時運行速度調制成變頻電源后輸出至驅動裝置40，通信模塊33接收人機交互單元20及信息采集單元10發送的信息，并將調制得到的電源信息發送至驅動裝置40，存儲器32存儲通信模塊33接收的信息及微處理器31處理的信息。具體地，當信息采集單元10發出采集的旗桿的高度信息、旗幟的實時位置信息，以及人機交互單元20發出提取的歌曲時間長度信息時，微處理器31通知通信模塊33接收發自信息采集單元10的旗桿的高度信息、旗幟的實時位置信息，以及發自人機交互單元20的歌曲時間長度信息，并通知存儲器32將接收的信息進行存儲。微處理器31根據歌曲時間長度信息、旗桿高度信息及旗幟位置信息，通過增量式pid算法計算出驅動裝置的實時運行速度，再將計算出的實時運行速度通過pwm變頻調制后，獲得頻率變化的調制電源并經通信模塊33輸出至驅動裝置40。

如圖2所示，在另一實施例中，控制單元30為計算機，其與信息采集單元10無線連接，該計算機集成有人機交互單元，其內存儲有歌曲信息并從歌曲信息中提取出歌曲時間長度信息，且其接收信息采集單元10采集的旗桿的高度信息及旗幟的位置信息，并根據歌曲時間長度信息、旗桿的高度信息及旗幟的位置信息，通過增量式pid算法計算出驅動裝置的實時運行速度，再將實時運行速度通過變頻調制后，獲得頻率變化的調制電源并輸出至驅動裝置40。本實施例中，控制單元30將計算出驅動裝置的實時運行速度通過pwm變頻調制后，獲得頻率變化的調制電源并輸出至驅動裝置40，且控制單元30計算驅動裝置的實時運行速度是通過pid算法計算公式：

s＝p*(δs)-i*(δs1)+d*(δs2)

v＝s/t

其中，δs，δs1，δs2分別表示以旗幟當前位置為基點，旗幟已運行部分連續相鄰兩位置的運行誤差，本實施例中，δs，δs1，δs2分別表示以旗幟的理論位置為基點，旗幟當前實際位置及同一時間間隔內已運行部分連續相鄰兩實際位置的運行誤差，例如，以s、s'分別表示旗幟當前理論位置及實際位置，以s1、s1'分別表示旗幟前一秒的理論位置及實際位置，以s2、s2'分別表示旗幟前兩秒的理論位置及實際位置，則δs＝s-s'，δs1＝s1-s1'，δs2＝s2-s2'，

p、i、d分別表示位置的比例參數，位置的積分參數，位置的微分參數，

s為控制單元輸出的位置控制量，

v為控制單元輸出至驅動裝置的速度控制量，

t為預置升旗的單位運行時間。

該控制單元30設有微處理器31、存儲器32、通信模塊33及第二人機交互接口34，其中，微處理器31從歌曲信息中提取歌曲時間長度信息，并根據歌曲時間長度信息、旗桿高度信息及旗幟位置信息，通過增量式pid算法計算出驅動裝置的實時運行速度，再將實時運行速度通過變頻調制后獲得頻率變化的調制電源并輸出至驅動裝置40，通信模塊33接收信息采集單元10發送的信息，并將調制的電源信息發送至驅動裝置40，存儲器32存儲歌曲信息、通信模塊33接收的信息及微處理器31處理的信息，其中，外部移動存儲設備存儲的升旗所需的歌曲信息經第二人機交互接口34存儲于存儲器32中。具體地，用戶將外部移動存儲設備存儲的升旗所需的歌曲信息經第二人機交互接口34存儲于存儲器32內，微處理器31根據歌曲信息提取出歌曲時間長度信息。當信息采集單元10發出旗桿的高度信息及旗幟的實時位置信息時，微處理器31通知通信模塊33接收發自信息采集單元10的旗桿的高度信息及旗幟的實時位置信息，并通知存儲器32將接收的信息進行存儲。微處理器31根據歌曲時間長度信息、旗桿高度信息及旗幟位置信息，通過增量式pid算法計算出驅動裝置的實時運行速度，再將計算出的實時運行速度通過pwm變頻調制后，獲得頻率變化的調制電源并經通信模塊33輸出至驅動裝置40。

如圖1所示，驅動裝置40與控制單元30連接，該驅動裝置40接收并執行控制單元30輸出的控制指令而實時變速運行，使旗幟在規定時間內準確升至旗桿頂部。該驅動裝置40包括驅動芯片41、驅動電機42及傳送裝置43，其中，驅動芯片41分別與控制單元30及驅動電機42連接，傳送裝置43分別與驅動電機42及旗幟連接，且驅動芯片41控制驅動電機42按控制單元30計算得到的實時運行速度而實時變速運行，并通過傳送裝置43帶動旗幟變速上升，從而使旗幟在規定時間內準確升至旗桿頂部。具體地，當控制單元30的通信模塊33將調制后的驅動裝置的變頻電源信息發出時，驅動芯片41接收并處理該電源信息，并控制驅動電機42按照接收的電源運行，同時，驅動電機42通過傳送裝置43帶動旗幟變速上升，從而使旗幟在規定時間內準確升至旗桿頂部。本實施例中，旗幟上升的時間為歌曲的時長，即當歌曲開始播放時，旗幟開始升起，當歌曲播放結束時，旗幟升至旗桿頂部。

籍此，本發明的控制單元30根據歌曲時間長度信息、旗桿的高度信息及旗幟的位置信息，通過增量式pid算法計算出驅動裝置的實時運行速度，再將實時運行速度通過變頻調制后，獲得頻率變化的調制電源并輸出至驅動裝置，使驅動裝置40實時變速運行，從而帶動旗幟在規定時間內準確升至旗桿頂部。本發明可確保升旗過程中旗幟不受外部因素，如阻力、風速等影響而在規定時間內準確升至旗桿頂部。本發明還具有結構簡單、自動化程度高、操作方便等特點。

盡管通過以上實施例對本發明進行了揭示，但本發明的保護范圍并不局限于此，在不偏離本發明構思的條件下，對以上各構件所做的變形、替換等均將落入本發明的權利要求范圍內。