專利名稱：混凝土泵車臂架運(yùn)動(dòng)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型主要涉及到一種運(yùn)動(dòng)控制裝置，特指一種混凝土泵車臂架運(yùn)動(dòng)控制器。
背景技術(shù)：
在混凝土泵車臂架控制、機(jī)器人控制、數(shù)控機(jī)床控制或其它多軸系的控制系統(tǒng)中，運(yùn)動(dòng)控制器是最核心的組成部分，近年來越來越多力量投入到多軸運(yùn)動(dòng)控制器的研究中，在市場(chǎng)上也出現(xiàn)了接口不一、性能各異的同類產(chǎn)品。隨著機(jī)電設(shè)備智能化的發(fā)展，其控制系統(tǒng)的機(jī)載化、小型化成為一種必然的發(fā)展趨勢(shì)。PC104系列工控機(jī)以其小巧的結(jié)構(gòu)、優(yōu)越的性能和可靠的連接，非常適合作為機(jī)電設(shè)備機(jī)載化控制系統(tǒng)的主控計(jì)算機(jī)，并在這方面得到了非常廣泛的應(yīng)用。但現(xiàn)有的多軸運(yùn)動(dòng)控制器一般都是基于ISA或PCI總線的，它們都不能和PC104系列工控機(jī)以總線方式直接進(jìn)行連接，在集成機(jī)電一體化多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，常常因?yàn)闆]有配套的多軸運(yùn)動(dòng)控制器而不得不放棄以PC104系列工控機(jī)作為主控計(jì)算機(jī)的方案，不能滿足目前實(shí)際操作的需要。另外，目前的運(yùn)動(dòng)控制器一般采用串口與外部進(jìn)行信息交換或者沒有信息交換功能，而現(xiàn)代控制中的信息量越來越多，對(duì)通信要求也越來越高，單純依靠串口或沒有通信接口都嚴(yán)重制約了運(yùn)動(dòng)控制器的進(jìn)一步發(fā)展。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題就在于針對(duì)技術(shù)存在的技術(shù)問題，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種基于PC104總線和CAN總線接口并能以解決原有多軸運(yùn)動(dòng)控制器不能和PC104系列工控機(jī)直接進(jìn)行總線連接和與外部通信不便所帶來的各種問題的混凝土泵車臂架運(yùn)動(dòng)控制器。
為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提出的解決方案為一種混凝土泵車臂架運(yùn)動(dòng)控制器，它包括DSP主處理器、CPLD總線譯碼及電平轉(zhuǎn)換器、數(shù)字輸入模塊、數(shù)字輸出模塊，其特征在于所述DSP主處理器與CPLD譯碼及電平轉(zhuǎn)換器和數(shù)字輸出模塊相連，CPLD譯碼及電平轉(zhuǎn)換器和數(shù)字輸入模塊相連，并且CPLD譯碼及電平轉(zhuǎn)換器還與PC104總線接口模塊以及CAN總線接口模塊相連。
所述PC104總線接口模塊包括雙端口存儲(chǔ)器、PC104總線驅(qū)動(dòng)器和PC104總線接口；PC104總線接口與PC104總線驅(qū)動(dòng)器相連，PC104總線驅(qū)動(dòng)器再與雙端口存儲(chǔ)器相連；所述CAN總線接口模塊包括CAN驅(qū)動(dòng)器和光電隔離器。
所述數(shù)字輸入模塊包括數(shù)字輸入接口以及光電隔離器，而數(shù)字輸出模塊則包括數(shù)字輸出接口以及光電隔離器。
該控制器還包括有雙電壓監(jiān)控器，該監(jiān)控器與DSP主處理器相連。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于1、本實(shí)用新型的混凝土泵車臂架運(yùn)動(dòng)控制器以DSP主處理器和CPLD譯碼電路為核心，集成度高，運(yùn)算速度快，能量消耗少；2、本實(shí)用新型的混凝土泵車臂架運(yùn)動(dòng)控制器具有PC104總線接口，可以直接和PC104系列工控機(jī)組成多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)；3、本實(shí)用新型的混凝土泵車臂架運(yùn)動(dòng)控制器具有11通道數(shù)字輸入接口，可以實(shí)時(shí)采集外部輸入的數(shù)字控制信號(hào)；并具有11通道的數(shù)字輸出接口，包括5路PWM輸出通道和6路數(shù)字信號(hào)輸出通道，可以輸出各種控制信號(hào)。因此，本實(shí)用新型可同時(shí)對(duì)混凝土泵車轉(zhuǎn)臺(tái)和4節(jié)臂架進(jìn)行連動(dòng)控制和獨(dú)立控制，控制精度高；4、本實(shí)用新型的混凝土泵車臂架運(yùn)動(dòng)控制器具有4K的公用存儲(chǔ)器，既可作為數(shù)字信號(hào)處理器緩存使用，也可以作為雙向通訊數(shù)據(jù)緩沖池使用，控制參數(shù)可靈活地在線設(shè)置、修改和存儲(chǔ)；5、本實(shí)用新型的混凝土泵車臂架運(yùn)動(dòng)控制器具有CAN總線通信功能，可以直接通過CAN總線與外部進(jìn)行信息交換，便于遠(yuǎn)距離信息傳輸。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理方框示意圖；圖2是本實(shí)用新型具體實(shí)施例的電路示意圖。
圖例說明1、DSP主處理器 2、CPLD譯碼及電平轉(zhuǎn)換器3、數(shù)字輸入模塊 4、數(shù)字輸出模塊5、PC104總線接口模塊6、CAN總線接口模塊具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
如圖1所示本實(shí)用新型的基本結(jié)構(gòu)，它采用高速DSP主處理器1、大規(guī)模CPLD和CAN總線通訊技術(shù)，提供了一種基于PC104總線和CAN總線的多軸運(yùn)動(dòng)控制裝置。如圖1所示，本實(shí)用新型它包括DSP主處理器1、CPLD總線譯碼及電平轉(zhuǎn)換器2、數(shù)字輸入模塊3、數(shù)字輸出模塊4，DSP主處理器1與CPLD譯碼及電平轉(zhuǎn)換器2和數(shù)字輸出模塊4相連，CPLD譯碼及電平轉(zhuǎn)換器2和數(shù)字輸入模塊3相連，并且CPLD譯碼及電平轉(zhuǎn)換器2還與PC104總線接口模塊5以及CAN總線接口模塊6相連。PC104總線接口模塊5包括雙端口存儲(chǔ)器、PC104總線驅(qū)動(dòng)器和PC104總線接口；PC104總線接口與PC104總線驅(qū)動(dòng)器相連，PC104總線驅(qū)動(dòng)器再與雙端口存儲(chǔ)器相連；CAN總線接口模塊6包括CAN驅(qū)動(dòng)器和光電隔離器，通過光點(diǎn)隔離器連接于CPLD總線譯碼及電平轉(zhuǎn)換器2。所述數(shù)字輸入模塊3包括數(shù)字輸入接口以及光電隔離器，并通過光電隔離器與CPLD總線譯碼及電平轉(zhuǎn)換器2相連；而數(shù)字輸出模塊4則包括數(shù)字輸出接口以及光電隔離器，并通過光電隔離器與CPLD總線譯碼及電平轉(zhuǎn)換器2相連。該控制器還包括有雙電壓監(jiān)控器，該監(jiān)控器與DSP主處理器1相連，可同時(shí)對(duì)+5V和+3.3V電壓進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)問題時(shí)復(fù)位DSP主處理器1。
其中，DSP主處理器1和CPLD譯碼及電平轉(zhuǎn)換器2構(gòu)成本實(shí)用新型的核心，負(fù)責(zé)整個(gè)控制器的電路控制、信息處理、控制輸出以及總線通信等功能；PC104總線接口、PC104總線驅(qū)動(dòng)器和雙端口存儲(chǔ)器構(gòu)成PC104總線接口模塊5，可實(shí)現(xiàn)與PC104工控機(jī)的數(shù)據(jù)交換；CAN驅(qū)動(dòng)器以及光電隔離構(gòu)成CAN總線接口模塊6，可實(shí)現(xiàn)控制器與外部的通信；數(shù)字輸入接口和光電隔離構(gòu)成的數(shù)字輸入模塊3，接受外部輸入的數(shù)字信號(hào)；數(shù)字輸出接口和光電隔離構(gòu)成的數(shù)字輸出模塊4，用來輸出DSP主處理器1產(chǎn)生的各種控制信號(hào)(包括PWM信號(hào)和數(shù)字信號(hào))。
工作原理(1)參數(shù)設(shè)置和記憶當(dāng)以PC104總線和PC104工控機(jī)連接使用時(shí)，PC104工控機(jī)將參數(shù)、參數(shù)類別、通訊密匙存儲(chǔ)在公用存儲(chǔ)約定的存儲(chǔ)單元中，然后發(fā)出中斷信號(hào)，運(yùn)動(dòng)控制器立即響應(yīng)中斷并進(jìn)入中斷服務(wù)程序，在中斷服務(wù)中驗(yàn)證密匙、判斷類別、讀取參數(shù)并存儲(chǔ)到非易失性存儲(chǔ)器中。(2)參數(shù)在線調(diào)整在運(yùn)動(dòng)控制器上電時(shí)，初始化程序會(huì)將非易失性存儲(chǔ)器中的參數(shù)讀出并存儲(chǔ)到公用存儲(chǔ)器約定的單元中，在進(jìn)入運(yùn)動(dòng)控制時(shí)，每個(gè)周期中要使用這些參數(shù)時(shí)將直接從公用存儲(chǔ)器相應(yīng)單元中讀取，當(dāng)以PC104總線和PC104工控機(jī)連接使用時(shí)，PC104工控機(jī)可以不斷地在線將參數(shù)直接存儲(chǔ)到公用存儲(chǔ)器相應(yīng)單元中，以更新原來的參數(shù)達(dá)到調(diào)整的目的。(3)數(shù)字信號(hào)采集運(yùn)動(dòng)控制器可以通過11路隔離型數(shù)字信號(hào)采集通道實(shí)時(shí)采集外部輸入的數(shù)字控制信號(hào)，DSP主處理器1在把這些輸入信號(hào)進(jìn)行必要的處理后，一方面可供主處理器自身的控制使用，另一方面主處理器可以把這些數(shù)字輸入信號(hào)存儲(chǔ)到雙端口存儲(chǔ)器中，供PC104工控機(jī)讀取，同時(shí)，主處理器還可以把這些信息通過CAN總線傳給外界需要的設(shè)備。(4)運(yùn)動(dòng)控制輸出DSP主處理器1可以根據(jù)PC104工控機(jī)存儲(chǔ)到雙端口存儲(chǔ)器中的控制模式字，判斷控制輸出模式，并進(jìn)行相應(yīng)的輸出控制。如果是緊急停止控制模式，則停止對(duì)臂架的控制，調(diào)用臂架停止運(yùn)動(dòng)函數(shù)停止控制信號(hào)的輸出；如果是手動(dòng)控制模式，則停止對(duì)臂架的智能控制，并通知模式切換控制器進(jìn)行手動(dòng)控制信號(hào)的切換輸出；如果是多臂架同時(shí)控制模式，則依次調(diào)用各臂架控制函數(shù)，一次完成對(duì)所有臂架的控制；如果是單臂架控制模式，則調(diào)用單臂架控制函數(shù)，完成對(duì)單個(gè)臂架的控制；如果以上幾種模式都不是，則屬于熱啟動(dòng)模式，調(diào)用熱啟動(dòng)函數(shù)對(duì)系統(tǒng)重新進(jìn)行控制?？刂破髦械妮敵鲂盘?hào)由DSP主處理器1根據(jù)PC104工控機(jī)規(guī)劃的數(shù)據(jù)通過特定的算法進(jìn)行運(yùn)算得到，臂架的當(dāng)前位置和目標(biāo)位置由PC104工控機(jī)存儲(chǔ)到雙端口存儲(chǔ)器中并不斷進(jìn)行更新，DSP主處理器1則在需要的時(shí)候從雙端口存儲(chǔ)器中讀出數(shù)據(jù)，通過專門的控制算法(以PID算法為主)實(shí)時(shí)計(jì)算出需要的PWM控制脈沖信號(hào)和方向控制信號(hào)并進(jìn)行輸出，算法中用到的各種參數(shù)以及模式控制字由PC104工控機(jī)提供并存儲(chǔ)在雙端口存儲(chǔ)器中，供DSP主處理器1讀取。(5)數(shù)字信號(hào)輸出DSP主處理器1產(chǎn)生的數(shù)字控制信號(hào)由隔離數(shù)字輸出模塊4進(jìn)行輸出，輸出的數(shù)字信號(hào)信號(hào)包括5路PWM脈沖信號(hào)，用來控制轉(zhuǎn)臺(tái)和4個(gè)臂架的運(yùn)動(dòng)，5路數(shù)字電平信號(hào)，用來控制轉(zhuǎn)臺(tái)和各臂架的運(yùn)動(dòng)方向，1路模式切換控制信號(hào)，用來控制執(zhí)行器件輸出手動(dòng)控制信號(hào)還是智能控制信號(hào)。(6)CAN總線通信本實(shí)用新型控制器可以通過CAN總線與外部交換信息，由于DSP主處理器1內(nèi)部自帶CAN總線接口模塊6，所以不需要外部單獨(dú)接CAN控制器，只需經(jīng)過光電隔離后與CAN驅(qū)動(dòng)器連接即可。為了保證電平的兼容，主處理器的CAN信號(hào)先經(jīng)過CPLD電平轉(zhuǎn)換后再與光電隔離器相連。由于采用CAN總線作為通信工具，快速靈活，穩(wěn)定性強(qiáng)，能夠很好地適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的工作環(huán)境，便于遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸。
如圖2所示的本實(shí)用新型的具體電路示意圖。其中，TMS320LF2407A為DSP主處理器1，負(fù)責(zé)整個(gè)電路的控制并完成各種信息處理及控制輸出功能；EPM7128A為CPLD譯碼及電平轉(zhuǎn)換器2，通過其內(nèi)部的編程實(shí)現(xiàn)各種譯碼及主處理器與外部電路的電平轉(zhuǎn)換功能；JTAG和JTAG2分別為DSP和CPLD的仿真接口，用來對(duì)DSP和CPLD進(jìn)行在線仿真和程序下載；10M3.3V為DSP的外部晶振，為DSP提供外部時(shí)鐘信號(hào)；DS1834A為外部電壓監(jiān)控器，可同時(shí)對(duì)+5V和+3.3V電壓進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)問題時(shí)復(fù)位主處理器；IDT7134為雙端口存儲(chǔ)器，供DSP主處理器1和PC104工控機(jī)進(jìn)行信息存儲(chǔ)和交換；74HC245為PC104總線驅(qū)動(dòng)器，可以為PC104總線提供驅(qū)動(dòng)功能；PC104AB為PC104總線接口，用來連接PC104工控機(jī)；PC847為光耦，為數(shù)字輸入輸出信號(hào)提供光電隔離；6N137為高速光耦，為CAN總線通信提供光電隔離；PCA82C250為CAN驅(qū)動(dòng)器，為CAN總線通信提供驅(qū)動(dòng)功能；TPS76833QPWP為+3.3V電源變換器，為DSP和CPLD提供低壓電源；B0505S為+5V隔離電源變換器，為CAN總線通信和數(shù)字信號(hào)輸出提供隔離電源；CON8為輸入輸出接口，用來與外部電路進(jìn)行連接；其余為電阻電容及二極管顯示電路，完成相應(yīng)的輔助功能。
權(quán)利要求1.一種混凝土泵車臂架運(yùn)動(dòng)控制器，它包括DSP主處理器(1)、CPLD總線譯碼及電平轉(zhuǎn)換器(2)、數(shù)字輸入模塊(3)、數(shù)字輸出模塊(4)，其特征在于所述DSP主處理器(1)與CPLD譯碼及電平轉(zhuǎn)換器(2)和數(shù)字輸出模塊(4)相連，CPLD譯碼及電平轉(zhuǎn)換器(2)和數(shù)字輸入模塊(3)相連，并且CPLD譯碼及電平轉(zhuǎn)換器(2)還與PC104總線接口模塊(5)以及CAN總線接口模塊(6)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土泵車臂架運(yùn)動(dòng)控制器，其特征在于所述PC104總線接口模塊(5)包括雙端口存儲(chǔ)器、PC104總線驅(qū)動(dòng)器和PC104總線接口；PC104總線接口與PC104總線驅(qū)動(dòng)器相連，PC104總線驅(qū)動(dòng)器再與雙端口存儲(chǔ)器相連；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土泵車臂架運(yùn)動(dòng)控制器，其特征在于所述CAN總線接口模塊(6)包括CAN驅(qū)動(dòng)器和光電隔離器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土泵車臂架運(yùn)動(dòng)控制器，其特征在于所述數(shù)字輸入模塊(3)包括數(shù)字輸入接口以及光電隔離器，而數(shù)字輸出模塊(4)則包括數(shù)字輸出接口以及光電隔離器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任何一項(xiàng)所述的混凝土泵車臂架運(yùn)動(dòng)控制器，其特征在于該控制器還包括有雙電壓監(jiān)控器，該監(jiān)控器與DSP主處理器(1)相連。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種混凝土泵車臂架運(yùn)動(dòng)控制器，它包括DSP主處理器、CPLD總線譯碼及電平轉(zhuǎn)換器、數(shù)字輸入模塊、數(shù)字輸出模塊；DSP主處理器與CPLD譯碼及電平轉(zhuǎn)換器和數(shù)字輸出模塊相連，CPLD譯碼及電平轉(zhuǎn)換器和數(shù)字輸入模塊相連，并且CPLD譯碼及電平轉(zhuǎn)換器還與PC104總線接口模塊以及CAN總線接口模塊相連。PC104總線接口模塊包括雙端口存儲(chǔ)器、PC104總線驅(qū)動(dòng)器和PC104總線接口；PC104總線接口與PC104總線驅(qū)動(dòng)器相連，PC104總線驅(qū)動(dòng)器再與雙端口存儲(chǔ)器相連；CAN總線接口模塊包括CAN驅(qū)動(dòng)器和光電隔離器。本實(shí)用新型基于PC104總線和CAN總線接口設(shè)計(jì)，并能以解決原有多軸運(yùn)動(dòng)控制器不能和PC104系列工控機(jī)直接進(jìn)行總線連接和與外部通信不便所帶來的各種問題。
文檔編號(hào)G05B19/414GK2795911SQ200520050108
公開日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2005年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月20日
發(fā)明者龍剛強(qiáng), 周華平 申請(qǐng)人:三一重工股份有限公司