CN112785827B - 一种基于网络通讯技术的天线角度控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及天线角度的远程控制,具体地说是一种基于网络通讯技术的天线角度控制系统及方法，包括：控制箱以及与其连接的电子陀螺仪、电动推杆；所述控制箱内设有电路板，该电路板上设有包括MCU以及与所述MCU连接的通信模块、电动推杆驱动模块；所述通信模块，还连有天线或网络接口，用于实现无线通信；所述MCU，用于接收电子陀螺仪的反馈信号，并发送控制指令至电动推杆驱动模块进而控制电动推杆，将反馈信号和控制指令发送至通信模块；本发明代替人工攀爬调节，减少人工调节，调节过程中更为安全，调节天线角度较人工控制调整更加精确，天线倾角数据清晰可见，减少了角度误差。

Description

一种基于网络通讯技术的天线角度控制系统及方法

技术领域

本发明涉及天线角度的远程控制,具体地说是一种基于网络通讯技术的天线角度控制系统及方法。

背景技术

当前通讯天线的方向角度调整是依靠人工完成的。一般的通讯天线都会安装在电线杆、路灯及楼顶等较高的位置，调整天线的角度需要人工登高爬到信号塔上去拆卸及调整位置。其操作较为复杂，费时费力增加了人工成本，如果操作不当导致天线损坏，会造成大量的经济损失，甚至危及工人生命。

发明内容

本发明为了解决现有调整通讯天线存在的上述问题，本发明的目的在于本发明提供一种安装方便、可通过笔记本电脑、平板电脑、手机等移动设备进行远程控制天线角度的方法。本发明提供了一种基于网络通讯技术的天线角度控制系统及方法，可以在远程进行控制天线角度，避免了人力物力的资源浪费而造成的经济损失，保证了人身安全。

本发明为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种基于网络通讯技术的天线角度控制系统，包括：控制箱以及与其连接的电子陀螺仪、电动推杆；所述控制箱内设有电路板，该电路板上设有包括MCU以及与所述MCU连接的通信模块、电动推杆驱动模块；

所述通信模块，还连有天线或网络接口，用于实现无线通信；

所述MCU，用于接收电子陀螺仪的反馈信号，并发送控制指令至电动推杆驱动模块进而控制电动推杆，将反馈信号和控制指令发送至通信模块；

所述电动推杆包括俯仰电动推杆与水平电动推杆。

所述电子陀螺仪、电动推杆均设于支架结构上。

所述支架结构包括：天线板、连杆支臂A、夹板、基板，其中夹板安装于安装抱杆上，所述基板与夹板铰接；

所述连杆支臂A与连杆支臂B的一端相互铰接，该连杆支臂A的另一端铰接于所述天线板的上端，所述连杆支臂B的另一端与基板的上端铰接，该基板的下端铰接于所述天线板的下端；

所述俯仰电动推杆的一端铰接在基板上，另一端与所述连杆支臂A与连杆支臂B的铰接处相连；所述水平电动推杆的一端连接于夹板上，另一端与所述基板相连；

所述天线板上安装有电子陀螺仪，该电子陀螺仪与俯仰电动推杆、水平电动推杆分别与安装在所述夹板上的控制箱连接。

所述支架结构上的夹板上安装有转轴座，所述基板与该转轴座铰接。

所述支架结构上的天线板的上下两端分别安装有天线板安装支架，所述连杆支臂A的另一端与天线板上端安装的天线板安装支架铰接，所述基板的下端与天线板下端安装的天线板安装支架铰接。

所述支架结构的各铰接处均通过销轴进行铰接，该销轴上安装有销轴护套。

所述电子陀螺仪内部设有分别用于测量水平电动推杆水平旋转角度和俯仰电动推杆俯仰角度的角度传感器，两个角度传感器封装在电子陀螺仪中。

一种基于网络通讯技术的天线角度控制方法，包括以下步骤：

通信模块将接收的指令发送给MCU，MCU根据指令决定俯仰电动推杆、水平电动推杆是否动作及动作的角度值；在俯仰电动推杆、水平电动推杆的动作过程中，MCU实时读取电子陀螺仪的角度数据来确认俯仰电动推杆、水平电动推杆位置，并将执行完成的结果通过串口发送给通信模块。

对比修正具体为：

霍尔传感器内置齿轮每圈对应的角度行程r，当霍尔传感器每到达一圈时，将电子陀螺仪设置一个相对的零点，该零点为电子陀螺仪的零点角度；

当霍尔传感器内置齿轮到达第n圈至第 n+1圈区间时，超过n圈的角度为陀螺仪变化角度Δt，则电子陀螺仪检测到的实际输出角度修正为n*r+Δt。

MCU根据动作的角度值控制俯仰电动推杆、水平电动推杆的伸缩的长度，具体如下：

根据指令中的动作的角度值与实际的角度做差，得到天线俯仰变化角度或天线水平旋转变化角度，进而求出俯仰电动推杆或水平电动推杆伸缩的长度；

其中，俯仰电动推杆或水平电动推杆伸缩的长度Δy与俯仰变化角度或天线水平旋转变化角度Δx之间的关系：

其中，a为俯仰电动推杆或水平电动推杆固定端与天线转轴固定端之间的距离；d 为俯仰电动推杆或水平电动推杆顶端与天线转轴固定端之间的距离；为俯仰电动推杆 或水平电动推杆最小长度时，天线与俯仰电动推杆或水平电动推杆尾端的夹角；e为俯仰电 动推杆或水平电动推杆最小长度；Δy为俯仰电动推杆或水平电动推杆伸缩长度；Δx为天 线水平旋转或俯仰的变化角度。

本发明的优点与积极效果为：

1．本发明采用远程控制调节代替人工攀爬调节，减少人工调节，调节过程中更为安全。

2．本发明采用电动推杆为驱动，可以实现水平及俯仰方向上的调节，调节范围大，自锁力大，调节后系统结构稳固。

3.本发明采用远程遥控调节方式，调节位置可根据电子陀螺仪反馈数据信息进行修整，调节天线角度较人工调整更加精确，天线倾角数据清晰可见。

4.本发明加入霍尔角度修正功能，减少了角度误差，使控制更精确。

附图说明

图1为本发明控制箱内电路板的电路结构框图；

图2为本发明支架结构的结构示意图；

其中：1为安装抱杆，2为转轴座，3为销轴护套，4为销轴，5为天线板，6为连杆支臂A，7为电子陀螺仪，8为夹板，9为俯仰电动推杆，10为基板，11为天线板安装支架，12为水平电动推杆，13为控制箱，14为连杆支臂B；

图3为本发明电动推杆伸出长度与角度的关系图。

具体实施方式

下面结合本发明的说明书附图，对本发明的技术方案进行清晰、完整地描述，值得说明的是，这里所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本发明基于网络通讯技术的天线角度控制系统，包括：控制箱13以及与其连接的电子陀螺仪7、电动推杆；所述控制箱13内设有电路板，该电路板上设有包括MCU以及与所述MCU连接的通信模块、电动推杆驱动模块；

所述通信模块，还连有天线或网络接口，用于实现无线通信；

所述MCU，用于接收电子陀螺仪7的反馈信号，并发送控制指令至电动推杆驱动模块进而控制电动推杆，将反馈信号和控制指令发送至通信模块；

所述电子陀螺仪7、电动推杆均设于支架结构上。

如图2所示，本发明支架结构包括：

天线板5、连杆支臂A6、夹板8、基板10，其中夹板8安装于安装抱杆1上，所述基板10与夹板8铰接；所述电动推杆包括俯仰电动推杆9与水平电动推杆12。

所述连杆支臂A6与连杆支臂B14的一端相互铰接，该连杆支臂A6的另一端铰接于所述天线板5的上端，所述连杆支臂B14的另一端与基板10的上端铰接，该基板10的下端铰接于所述天线板5的下端；

所述俯仰电动推杆9的一端铰接在基板10上，另一端与所述连杆支臂A3与连杆支臂B14的铰接处相连；所述水平电动推杆12的一端连接于夹板8上，另一端与所述基板10相连；

所述天线板5上安装有电子陀螺仪7，该电子陀螺仪7与俯仰电动推杆9、水平电动推杆12分别与安装在所述夹板8上的控制箱13连接。

所述夹板8上安装有转轴座2，所述基板10与该转轴座2铰接。

所述天线板5的上下两端分别安装有天线板安装支架11，所述连杆支臂A6的另一端与天线板5上端安装的天线板安装支架11铰接，所述基板10的下端与天线板5下端安装的天线板安装支架11铰接。

所述支架结构的各铰接处均通过销轴4进行铰接，该销轴4上安装有销轴护套3。

所述电子陀螺仪7内部设有分别用于测量水平电动推杆12的水平旋转角度或俯仰电动推杆9的俯仰角度，两个角度传感器封装在电子陀螺仪中；

本实施例采用的客户端界面为Windows平台下测试界面，客户端界面通过通讯模块自带的虚拟串口软件与公有服务器进行数据透传。公有服务器通过移动运营商网络与通讯模块建立连接。

建立连接后，设置天线角度，发送开始执行指令，具体为：

MCU 通过串口与通信模块及电子陀螺仪7相连接，并通过光耦与电动推杆驱动模块相连接。通信模块通过串口将接收的指令发送给MCU，MCU根据指令的类型来决定俯仰电动推杆9、水平电动推杆12是否动作及动作的角度值。在俯仰电动推杆9、水平电动推杆12的动作过程中，MCU实时读取电子陀螺仪的角度数据来确认水平电动推杆位置，并将结果与电动推杆内置的霍尔传感器传出的数据进行对比修正，得到更准确的角度数据，并将执行完成的数据通过串口发送给通信模块。

电动推杆驱动模块与MCU相连接，接收来自MCU的控制信号，输出DC24V/2A Max 用于驱动俯仰电动推杆9、水平电动推杆12的伸缩动作。

电源转换模块将外部的-DC48V电压转换为执行单元可用的DC24V电压。

电子陀螺仪7通过串口与MCU相连，电子陀螺仪7主要完成机构转动的角度值的测量，并将测量结果实时发送给MCU。

天线接受执行指令后，先调整天线角度为零点位置进行归零校准，然后开启电动推杆，使天线转动；电子陀螺仪作为通讯天线姿态发聩传感器，实时反馈天线的倾角姿态信息数据，便于远程操作人员了解通讯天线实时姿态。

其中在电动推杆的动作过程中，MCU实时读取电子陀螺仪中的角度数据得到水平电动推杆12的位置，并将角度数据与俯仰电动推杆9或水平电动推杆12内置的霍尔传感器传出的数据进行对比修正；

具体修正过程如下：

首先电子陀螺仪输出的结果分辨力较高，能得出小数点后两位，其缺点是输出数据容易漂移，尤其是在加速度很小的情况。电动推杆中内置的霍尔传感器是通过机械原理将角度转化为齿轮旋转的圈数，每圈对应的水平角度行程约为0.6°。因此霍尔传感器每到达一圈时，将陀螺仪设置一个相对的零点。

当霍尔传感器内置齿轮到达第n圈至第 n+1圈区间时，超过n圈的角度为陀螺仪变化角度Δt，其实际的角度即为“相对零点的角度”（为0.6°的倍数）+陀螺仪的变化角度；则电子陀螺仪检测到的实际输出角度修正为n*r+Δt；

该实际的角度即为“执行完成的数据”。

MCU根据动作的角度值控制俯仰电动推杆9、水平电动推杆12的伸缩的长度，具体如下：

根据指令中的动作的角度值与实际的角度做差，得到天线俯仰变化角度或天线水平旋转变化角度，进而求出俯仰电动推杆9或水平电动推杆12伸缩的长度；

所述电动推杆内置霍尔传感器，通过检测霍尔传感器内部齿轮旋转的圈数来确认电动推杆的伸缩的长度（每旋转一圈，长度增加/减少1mm）；根据结构得到电动推杆伸缩的长度Δy与天线水平旋转或俯仰变化角度Δx之间的关系：

其中，a为俯仰电动推杆9或水平电动推杆12固定端与天线转轴固定端之间的距 离；d为俯仰电动推杆9或水平电动推杆12顶端与天线转轴固定端之间的距离；为俯仰电 动推杆9或水平电动推杆12最小长度时，天线与俯仰电动推杆9或水平电动推杆12尾端的夹 角；e为俯仰电动推杆9或水平电动推杆12最小长度；Δy为俯仰电动推杆9或水平电动推杆 12伸缩长度；Δx为天线水平旋转或俯仰的变化角度，Δx的范围在0～60°。

利用matlab画出电动推杆伸或缩长度Δy与变化角度Δx之间的关系如图3所示。电子陀螺仪中的角度传感器传出的数据与霍尔传感器进行对比修正，得出更为准确的角度值。

最终将执行完成的数据反馈给通信模块。

本发明的电子陀螺仪为市购产品，购置于深圳维特智能科技有限公司，型号为HWT1014。

本发明的工作原理为：

俯仰运动：俯仰电动推杆9推动连杆支臂A6、连杆支臂B14的铰接处，使连杆支臂A6与连杆支臂B14之间的夹角变化，进而带动天线板5在俯仰方向上运动。

水平运动：水平电动推杆12推动基板10，使基板10带动天线板5在水平方向上绕与转轴座2铰接的销轴4转动。

装于天线板5背面的电子陀螺仪7作为通讯天线姿态反馈传感器，实时反馈天线的倾角姿态信息数据，便于远程操作人员了解通讯天线实时姿态。

Claims (7)

1.一种基于网络通讯技术的天线角度控制系统，其特征在于，包括：控制箱（13）以及与其连接的电子陀螺仪（7）、电动推杆；所述控制箱（13）内设有电路板，该电路板上设有包括MCU以及与所述MCU连接的通信模块、电动推杆驱动模块；

所述通信模块，还连有天线或网络接口，用于实现无线通信；

所述MCU，用于接收电子陀螺仪（7）的反馈信号，并发送控制指令至电动推杆驱动模块进而控制电动推杆，将反馈信号和控制指令发送至通信模块；

所述电动推杆包括俯仰电动推杆（9）与水平电动推杆（12）；

所述电子陀螺仪（7）、电动推杆均设于支架结构上；

所述支架结构包括：天线板（5）、连杆支臂A（6）、夹板（8）、基板（10），其中夹板（8）安装于安装抱杆（1）上，所述基板（10）与夹板（8）铰接；

所述连杆支臂A（6）与连杆支臂B（14）的一端相互铰接，该连杆支臂A（6）的另一端铰接于所述天线板（5）的上端，所述连杆支臂B（14）的另一端与基板（10）的上端铰接，该基板（10）的下端铰接于所述天线板（5）的下端；

所述俯仰电动推杆（9）的一端铰接在基板（10）上，另一端与所述连杆支臂A（6）与连杆支臂B（14）的铰接处相连；所述水平电动推杆（12）的一端连接于夹板（8）上，另一端与所述基板（10）相连；

所述天线板（5）上安装有电子陀螺仪（7），该电子陀螺仪（7）与俯仰电动推杆（9）、水平电动推杆（12）分别与安装在所述夹板（8）上的控制箱（13）连接。

2.根据权利要求1所述一种基于网络通讯技术的天线角度控制系统，其特征在于，所述支架结构上的夹板（8）上安装有转轴座（2），所述基板（10）与该转轴座（2）铰接。

3.根据权利要求1所述一种基于网络通讯技术的天线角度控制系统，其特征在于，所述支架结构上的天线板（5）的上下两端分别安装有天线板安装支架（11），所述连杆支臂A（6）的另一端与天线板（5）上端安装的天线板安装支架（11）铰接，所述基板（10）的下端与天线板（5）下端安装的天线板安装支架（11）铰接。

4.根据权利要求1所述一种基于网络通讯技术的天线角度控制系统，其特征在于：所述支架结构的各铰接处均通过销轴（4）进行铰接，该销轴（4）上安装有销轴护套（3）。

5.根据权利要求1所述一种基于网络通讯技术的天线角度控制系统，其特征在于，所述电子陀螺仪（7）内部设有分别用于测量水平电动推杆（12）水平旋转角度和俯仰电动推杆（9）俯仰角度的角度传感器，两个角度传感器封装在电子陀螺仪（7）中。

6.一种基于网络通讯技术的天线角度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：通信模块将接收的指令发送给MCU，MCU根据指令决定俯仰电动推杆（9）、水平电动推杆（12）是否动作及动作的角度值；在俯仰电动推杆（9）、水平电动推杆（12）的动作过程中，MCU实时读取电子陀螺仪（7）的角度数据来确认俯仰电动推杆（9）、水平电动推杆（12）位置，并将执行完成的结果通过串口发送给通信模块；

MCU根据动作的角度值控制俯仰电动推杆（9）、水平电动推杆（12）的伸缩的长度，具体如下：

根据指令中的动作的角度值与实际的角度做差，得到天线俯仰变化角度或天线水平旋转变化角度，进而求出俯仰电动推杆（9）或水平电动推杆（12）伸缩的长度；

其中，俯仰电动推杆（9）或水平电动推杆（12）伸缩的长度Δy与俯仰变化角度或天线水平旋转变化角度Δx之间的关系：

其中，a为俯仰电动推杆（9）或水平电动推杆（12）固定端与天线转轴固定端之间的距离；d为俯仰电动推杆（9）或水平电动推杆（12）顶端与天线转轴固定端之间的距离；为俯仰电动推杆（9）或水平电动推杆（12）最小长度时，天线与俯仰电动推杆（9）或水平电动推杆（12）尾端的夹角；e为俯仰电动推杆（9）或水平电动推杆（12）最小长度；Δy为俯仰电动推杆（9）或水平电动推杆（12）伸缩长度；Δx为天线水平旋转或俯仰的变化角度。

7.根据权利要求6所述一种基于网络通讯技术的天线角度控制方法，其特征在于，对比修正具体为：

霍尔传感器内置齿轮每圈对应的角度行程r，当霍尔传感器每到达一圈时，将电子陀螺仪设置一个相对的零点，该零点为电子陀螺仪的零点角度；

当霍尔传感器内置齿轮到达第n圈至第 n+1圈区间时，超过n圈的角度为陀螺仪变化角度Δt，则电子陀螺仪检测到的实际输出角度修正为n*r+Δt。