本发明专利技术公开了一种有限空间形貌超声探测装置，属于空间形貌探测仪器，包括机械部分和控制部分，机械部分的电机Ａ和电机Ｂ与电机驱动连接，超声发射器与ＤＳＰ相连，超声接收器与Ａ／Ｄ转换器相连，电机驱动、Ａ／Ｄ转换、显示、键盘、系统电源与ＤＳＰ连接。本发明专利技术装置的机械部分能够实现３个自由度方向定位，控制部分采用基于超声探测的方法，采用以ＤＳＰ为核心，以３自由度空间定位机构为执行机构、以２个步进电机为驱动模块实现３维空间定位的设计方案，将有限空间形貌的数据转换为超声反射、散射数据，经过数据处理方法，再现实际有限内空间形貌特征。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种空间探测仪器，更特别的是指一种基于超声探测原理、DSP信息处理及控制为核心、2个步进电机控制的云台姿态实现3自由度空间定位的有限空间形貌超声探测装置。
技术介绍
博物馆、银行、住宅的安全监测是公共场所及个人安全保障的重要仪器及设备，安全设备的性能优劣是当前安保设备关注的重要环节，包括已有设备性能的完善，以及新的不同原理安防设备的专利技术都成为这个领域内研究的热点。另外，恶劣环境下有限空间的形貌探测，例如，地下洞穴、火山口内部状况、隧道塌方、地震搜救等狭窄空间内部状况形貌探测等，也是科学研究和灾难救助等急需解决的问题。因此，从探测原理、探测方法、探测实用技术等方面对有限空间内的形貌探测及目标跟踪等进行研究，具有重要的理论意义和广泛的实用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种以超声探测为基础的机械设备，以DSP为内核对信号处理及控制为核心，2个步进电机驱动的3维机械云台空间定位为机构的有限空间安全监测及形貌探测仪器。本专利技术的另一目的是采用信号重构理论，实现反射、散射超声信号的形貌复现算法；采用设定主动光源位置及强度，实现超声位置信号单色可视化渲染算法；采用仿人智能方法，实现高性能抗干扰超声探测信号发射、接收算法；采用定位脉冲给定方法，实现步进电机精确定位算法得到有限空间的形貌。本专利技术是一种基于DSP模块化的有限空间形貌超声探测装置，包括控制部分，其至少有超声发射、超声接收、电机驱动、A/D转换、显示、键盘、系统电源与中央处理器联接，还包括机械部分，其云台安装在底座上，底座的中心设有供导线引出的孔，云台支架安装在云台上，控制俯仰姿态的电机A和控制云台旋转角的电机B安装在云台支架上，蜗杆支架安装在云台支架上，俯仰姿态控制台通过支承与俯仰姿态控制轴连接安装在云台支架上，俯仰姿态控制轴穿过云台支架上端的端孔与支承连接，俯仰姿态控制轴上套装有蜗轮，蜗杆安装在蜗杆支架的中心孔，其一端与控制俯仰姿态的电机A的输出轴连接，超声发射器和超声接收器安装在俯仰姿态控制台的台面上方，其收发电路板安装在俯仰姿态控制台的台面下方。所述控制部分，中央处理器采用DSP为内核的处理器，DSP接收键盘下发的指令，并对指令进行控制、处理分发至显示器、电机驱动、发射器驱动以及A/D转换器，A/D转换器接收经接收器接收的信号并将其放大电路处理后的信号经转换上传至DSP进行控制处理，超声发射器与DSP相连，超声接收器与A/D转换相连。本专利技术的优点(1)利用超声技术进行有限空间的形貌探测，该方法在具有烟雾、粉尘、无光线等恶劣环境下有限空间的地貌探测方面超过图像系统的性能，例如，地下洞穴、火山口内部状况、隧道塌方、地震搜救等狭窄空间内部状况形貌探测；(2)利用超声技术进行有限空间内多目标运动跟踪监视，常规的有限空间安全监测方法为图像，例如，博物馆、银行、家庭的安全监测等，但是，图像监测方法受限于环境光线、摄像角度变换、连续摄像的空间时间图像处理技术等，使得图像安全监测技术具有一定的局限性，而利用超声探测的方法可以可克服这些缺点。第一，可以根据形貌变化快速跟踪目标的运动方位；第二，不需任何辅助光源；第三，结构简单、成本低、性能好。附图说明图1是本专利技术机械部分主视结构示意图。图2是本专利技术机械部分后视结构示意图。图3是本专利技术机械部分仰视结构示意图。图4是本专利技术控制部分结构示意图。图5是本专利技术空间形貌探测流程框图。图6是本专利技术DSP的电路原理图。图7是本专利技术存储器电路原理图。图8是本专利技术DSP的接口电路原理图。图9是本专利技术A/D转换器电路原理图。图10是本专利技术超声波信号接收电路原理图。图11是本专利技术电机驱动电路原理图。 具体实施方式下面将结合附图对本专利技术作进一步的说明。本专利技术的有限空间形貌探测仪器，控制部分包括CPU、超声发射器、超声接收器、超声收发电路、A/D转换电路、显示电路、电源电路、步进电机驱动电路，机械部分为3自由度机械转台。其超声发射器1安装于俯仰姿态控制台4的上方，并与DSP相连接；超声接收器2也安装于俯仰姿态控制台4的上方(与发射器在同一位置)，并与放大器和A/D转换器相连接；A/D转换器与DSP相连接；DSP电路分别与电源管理电路、显示电路、键盘、FLASHROM、步进电机驱动电路相连接；2个步进电机的轴分别与3自由度机械转台的两个转轴相连接。超声发射器，发射40kHz左右的超声波，超声接收器接收超声反射或散射波，经放大器和12位A/D转换器，将接收的模拟信号转换为数字信号。然后，送入DSP进行处理，通过抗干扰算法、信号重构算法、可视化渲染算法，目标锁定算法、显示算法确定空间某一点与探测仪之间的距离和方位。DSP根据运算结果，定时控制2个步进电机的旋转角度，改变探测仪发射、接收的空间位置，最终，形成空间扫描结果。在本专利技术中，机械部分的云台转台5安装在云台底座6上，云台底座6的中心设有供导线引出的孔16，云台支架7安装在云台转台5上，控制俯仰姿态的电机A10和控制云台旋转角的电机B15安装在云台支架7上，蜗杆支架13安装在云台支架7上，俯仰姿态控制台4通过支承401与俯仰姿态控制轴8连接安装在云台支架7上，俯仰姿态控制轴8穿过云台支架7上端的端孔与支承401连接，俯仰姿态控制轴8上套装有蜗轮11，蜗杆12安装在蜗杆支架13的中心孔，其一端与控制俯仰姿态的电机A10的输出轴连接，超声发射器1和超声接收器2安装在俯仰姿态控制台4的台面上方，其收发电路板3安装在俯仰姿态控制台4的台面下。在该机械部分中电机A10驱动蜗杆12从而带动蜗轮11运动，使俯仰姿态控制台4在预设的俯仰位进行位姿控制。电机B15安装在云台支架7同电机A10对称的位置，电机B15驱动云台转台5按顺时针方向旋转到预设位置，电机A10的输出轴通过销14与蜗杆11连接，电机B15通过销9与俯仰姿态控制轴8连接。这样在2个电机的驱动下形成3个自由度的运动得以实现。请参见图6所示，在本专利技术中CPU采用TMS320C5402数字信号处理器芯片，共有144个端子。各端子的连接DSP U1的电源输入4、33、56、75、112、130端接+3.3V电源，电源输入12、16、52、68、91、125、142端接+1.8V电源，地输入1、3、14、15、34、37、40、50、57、70、72、76、90、93、106、111、126、128、144端接数字地；U1的16条地址输出131、132、133、134、136、137、138、139、140、141、5、7、8、9、10、11端分别对应联接程序存储器U8的地址24、25、26、27、28、29、30、31、32、35、36、37、38、39、40、41端及数据存储器U9的地址5、4、3、2、1、44、43、42、27、26、25、24、21、20、19、18端；其地址输入140、141、5、7端分别联接J1的接口7、25、6、24端；16条数据输出99、100、101、102、103、104、113、114、115、116、117、118、119、121、122、123端分别对应联接程序存储器U8的数据21、20、19、18、17、16、15、14、11、10、9、8、7、6、5、4端以及数据存储器U本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于ＤＳＰ模块化的有限空间形貌超声探测装置，包括控制部分，其至少有超声发射、超声接收、电机驱动、Ａ／Ｄ转换、显示、键盘、系统电源与中央处理器联接，其特征在于：还包括机械部分， 所述机械部分的云台（５）安装在底座（６）上，底座（６）的中心设有供导线引出的孔（１６），云台支架（７）安装在云台（５）上，控制俯仰姿态的电机Ａ（１０）和控制云台旋转角的电机Ｂ（１５）安装在云台支架（７）上，蜗杆支架（１３）安装在云台支架（７）上，俯仰姿态控制台（４）通过支承（４０１）与俯仰姿态控制轴（８）连接安装在云台支架（７）上，俯仰姿态控制轴（８）通过销（９）与电机Ｂ（１５）的输出轴连接，俯仰姿态控制轴（８）穿过云台支架（７）上端的端孔与支承（４０１）连接，俯仰姿态控制轴（８）上套装有蜗轮（１１），蜗杆（１２）安装在蜗杆支架（１３）的中心孔，其一端与控制俯仰姿态的电机Ａ（１０）的输出轴通过销（１４）连接，超声发射器（１）和超声接收器（２）安装在俯仰姿态控制台（４）的台面上方，其收发电路板（３）安装在俯仰姿态控制台（４）的台面下方； 所述控制部分，还包括控制超声发射和超声接收的收发电路，中央处理器采用ＤＳＰ为内核的处理器控制电机Ａ（１０）和电机Ｂ（１５）实现３自由度空间的有限空间内形貌探测， ＤＳＰ接收键盘下发的指令，并对指令进行控制、处理分发至显示器、电机驱动、发射器驱动以及Ａ／Ｄ转换器，Ａ／Ｄ转换器接收经接收器接收的信号并将其放大电路处理后的信号经转换上传至ＤＳＰ进行控制处理，超声发射器（１）经导线与ＤＳＰ相连，超声接收器（２）经导线与Ａ／Ｄ转换相连。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郑红，王鹏，孙海翔，付湘，方智文，李骅，汪洋，王东海，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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