一種天線伺服控制裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種天線伺服控制裝置，包括控制器、RS485總線、節(jié)點(diǎn)適配器、外控設(shè)備、電機(jī)和機(jī)械傳動裝置，電機(jī)通過機(jī)械傳動裝置驅(qū)動天線，控制器的通訊端與RS485總線連接，RS485總線通過多條總線分支線與多個節(jié)點(diǎn)適配器的通訊端一一對應(yīng)連接，多個節(jié)點(diǎn)適配器還分別與多個電機(jī)的信號端和多個外控設(shè)備的信號輸出端連接。本實(shí)用新型所述天線伺服控制裝置采用總線方式控制電機(jī)以及收集狀態(tài)信息，減少了連接器數(shù)量和連線，在總線較長時尤其明顯，因此可有效降低系統(tǒng)成本和復(fù)雜程度；采用RS485總線替代傳統(tǒng)CAN總線，可大幅提升總線速度：CAN總線的速度不超過1Mbps，而RS485總線可到20Mbps，甚至更高，且穩(wěn)定可靠。
【專利說明】一種天線伺服控制裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種天線控制裝置，尤其涉及一種接口數(shù)量少、通訊速度快的天 線伺服控制裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 天線應(yīng)用非常廣泛，如衛(wèi)星天線、雷達(dá)天線、車載天線等，其中的中、大型天線一般 需要控制裝置來實(shí)現(xiàn)天線的旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)最佳的信號接收效果。為了實(shí)現(xiàn)天線的精確控制， 一般采用伺服控制裝置對天線進(jìn)行控制。
[0003] 傳統(tǒng)天線伺服控制裝置的通信方式有兩種，一種是控制器與電機(jī)直接相連，電機(jī) 通過機(jī)械傳動裝置帶動天線旋轉(zhuǎn)，這種結(jié)構(gòu)的電氣控制部分如圖1所示，一個控制器分別 控制多個獨(dú)立電機(jī)，圖1中示出了第一電極至第N電機(jī)，這種結(jié)構(gòu)對控制器的接口數(shù)量要 求較多，不具備利用總線的分時復(fù)用功能，從而難以簡化連線，導(dǎo)致連線復(fù)雜且成本高的缺 陷；另一種為間接相連，即控制器通過總線和總線分支線與電機(jī)連接，電機(jī)通過機(jī)械傳動裝 置帶動天線旋轉(zhuǎn)，這種結(jié)構(gòu)的電氣控制部分如圖2所示，一個控制器通過一條CAN總線和多 條總線分支線分別與多個電機(jī)連接，圖2中示出了第一電極至第N電機(jī)，因?yàn)镃AN總線的技 術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，最快速度為1Mbps，其物理層、鏈路層等各個環(huán)節(jié)都遵守這一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，速度難以提 高，所以這種結(jié)構(gòu)的通訊速度慢，不能滿足高速伺服控制需求。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0004] 本實(shí)用新型的目的就在于為了解決上述問題而提供一種接口數(shù)量少、通訊速度快 的天線伺服控制裝置。
[0005] 本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的：
[0006] -種天線伺服控制裝置，包括控制器、電機(jī)和機(jī)械傳動裝置，所述電機(jī)通過所述機(jī) 械傳動裝置驅(qū)動所述天線，所述天線伺服控制裝置還包括RS485總線、用于與所述控制器 雙向通訊并驅(qū)動所述電機(jī)的節(jié)點(diǎn)適配器和用于對所述節(jié)點(diǎn)適配器進(jìn)行外部控制的外控設(shè) 備，所述控制器的通訊端與所述RS485總線連接，所述RS485總線通過多條總線分支線與多 個所述節(jié)點(diǎn)適配器的通訊端一一對應(yīng)連接，多個所述節(jié)點(diǎn)適配器還分別與多個所述電機(jī)的 信號端和多個所述外控設(shè)備的信號輸出端連接。
[0007] 上述結(jié)構(gòu)中，RS485總線是一種常見的串行總線標(biāo)準(zhǔn)，采用平衡發(fā)送與差分接收 的方式，因此具有抑制共模干擾的能力。RS485總線具有硬件設(shè)計簡單、控制方便、成本低 廉、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)廣泛用于工業(yè)控制、小區(qū)監(jiān)控、水情監(jiān)控、地震勘探等領(lǐng)域，其中 RS(Recommended Standard)代表推薦標(biāo)準(zhǔn)，RS485接口標(biāo)準(zhǔn)的最大傳輸距離為2000m，通信 速率限制在93. 75Kbps ;當(dāng)通信距離< 100m時，通信速率可達(dá)20Mbps，且隨著半導(dǎo)體技術(shù)和 工藝的進(jìn)步，速度還可進(jìn)一步提升，RS485總線具有差分結(jié)構(gòu)，即用一對差分線傳輸信號，一 根為傳輸差分正端信號，另一根傳輸差分負(fù)端信號，差分線可使用廉價的雙絞線。節(jié)點(diǎn)適配 器作為與控制器雙向通訊并驅(qū)動電機(jī)運(yùn)行的設(shè)備，配合RS485總線和總線分支線實(shí)現(xiàn)控制 器間接控制電機(jī)的功能?？刂破髋c節(jié)點(diǎn)適配器之間采用主從通信的方式，控制器作為總線 的主節(jié)點(diǎn)，而各節(jié)點(diǎn)適配器作為從節(jié)點(diǎn)，通信由主節(jié)點(diǎn)發(fā)起，從節(jié)點(diǎn)收到相應(yīng)的信息后應(yīng)答 主節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)適配器4最多可到256個。外控設(shè)備用于外部控制信號的輸入，以便于用戶參 與實(shí)現(xiàn)更加精確的控制。電機(jī)作為伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動天線在若干個自由度旋轉(zhuǎn)，電機(jī)通過 連線與節(jié)點(diǎn)適配器連接，可支持多種類型電機(jī)，如步進(jìn)電機(jī)、無刷直流電機(jī)等。電機(jī)可以通 過傳動齒輪或者齒形帶驅(qū)動機(jī)械傳動裝置，以此控制天線轉(zhuǎn)動。
[0008] 具體地，所述控制器包括主MCU和主收發(fā)器，所述主MCU與所述主收發(fā)器之間通過 主發(fā)送信號線、主接收信號線、主發(fā)送控制線和主接收控制線對應(yīng)連接，所述主收發(fā)器與所 述RS485總線對應(yīng)連接；所述節(jié)點(diǎn)適配器包括從MCU、從收發(fā)器、隔離器和電機(jī)驅(qū)動器，所述 從MCU與所述從收發(fā)器之間通過從發(fā)送信號線、從接收信號線、從發(fā)送控制線和從接收控 制線對應(yīng)連接，所述從MCU與所述隔離器連接，所述隔離器分別與所述電機(jī)驅(qū)動器和所述 外控設(shè)備的信號輸出端連接，所述電機(jī)驅(qū)動器與所述電機(jī)的信號端連接，所述從收發(fā)器與 所述總線分支線一一對應(yīng)連接；多條所述總線分支線與所述RS485總線連接。
[0009] 主MCU和從MCU分別作為控制器和節(jié)點(diǎn)適配器的核心芯片，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和控制； 主收發(fā)器和從收發(fā)器分別作為控制器和節(jié)點(diǎn)適配器之間的通訊終端部件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收 發(fā)；隔離器為信號隔離器，可選光耦合隔離器或數(shù)字隔離器，是將輸入單路或雙路電流或電 壓信號，變送輸出隔離的單路或雙路線性的電流或電壓信號，并提高輸入、輸出、電源之間 的電氣隔離性能。
[0010] 根據(jù)需要，所述外控設(shè)備包括編碼器和限位開關(guān)，所述編碼器的信號輸出端和所 述限位開關(guān)的信號輸出端分別與所述隔離器對應(yīng)連接。若上述節(jié)點(diǎn)適配器為其它結(jié)構(gòu)，則 所述編碼器的信號輸出端和所述限位開關(guān)的信號輸出端分別與所述節(jié)點(diǎn)適配器對應(yīng)連接。
[0011] 本實(shí)用新型的有益效果在于：
[0012] 1、本實(shí)用新型所述天線伺服控制裝置采用總線方式控制電機(jī)以及收集狀態(tài)信息， 減少了連接器數(shù)量和連線，在總線較長時尤其明顯，因此可有效降低系統(tǒng)成本和復(fù)雜程度； 采用RS485總線替代傳統(tǒng)CAN總線，可大幅提升總線速度：CAN總線的速度不超過1Mbps，而 RS485總線可到20Mbps，甚至更高，且穩(wěn)定可靠。
[0013] 2、本實(shí)用新型所述天線伺服控制裝置因具有小巧、低功耗、高速、穩(wěn)定等特征，可 在伺服控制領(lǐng)域廣泛使用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1是傳統(tǒng)天線伺服控制裝置的電氣控制示意圖之一；
[0015] 圖2是傳統(tǒng)天線伺服控制裝置的電氣控制示意圖之二；
[0016] 圖3是本實(shí)用新型所述天線伺服控制裝置的總體結(jié)構(gòu)框圖；
[0017]圖4是本實(shí)用新型所述天線伺服控制裝置的控制器與節(jié)點(diǎn)適配器之間的電氣結(jié) 構(gòu)示意圖，圖中未示隔離器和電機(jī)驅(qū)動器；
[0018] 圖5是本實(shí)用新型所述天線伺服控制裝置的節(jié)點(diǎn)適配器的電路結(jié)構(gòu)框圖，圖中未 示從發(fā)送信號線、從接收信號線、從發(fā)送控制線和從接收控制線；
[0019] 圖6是本實(shí)用新型所述天線伺服控制裝置的控制器與節(jié)點(diǎn)適配器之間的通訊過 程不意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明：
[0021] 如圖1所示，本實(shí)用新型所述天線伺服控制裝置包括控制器1、RS485總線、用于與 控制器1雙向通訊并驅(qū)動電機(jī)的節(jié)點(diǎn)適配器2和用于對節(jié)點(diǎn)適配器2進(jìn)行外部控制的外控 設(shè)備3、電機(jī)和機(jī)械傳動裝置，控制器1的通訊端與RS485總線連接，RS485總線通過多條總 線分支線與多個節(jié)點(diǎn)適配器2的通訊端一一對應(yīng)連接，多個節(jié)點(diǎn)適配器2還分別與多個電 機(jī)的信號端和多個外控設(shè)備3的信號輸出端連接，電機(jī)通過機(jī)械傳動裝置驅(qū)動天線4。圖3 中示出了第一節(jié)點(diǎn)適配器、第二節(jié)點(diǎn)適配器…第N節(jié)點(diǎn)適配器，第一外控設(shè)備、第二外控設(shè) 備…第N外控設(shè)備，以及N條總線分支線。
[0022] 如圖3、圖4和圖5所示，控制器1包括主MCU11和主收發(fā)器12,節(jié)點(diǎn)適配器2包 括從MCU21、從收發(fā)器22、隔離器27和電機(jī)驅(qū)動器28,外控設(shè)備包括編碼器和限位開關(guān)；主 MCU11與主收發(fā)器12之間通過主發(fā)送信號線13、主接收信號線15、主發(fā)送控制線14和主 接收控制線16對應(yīng)連接，主收發(fā)器12與RS485總線連接；從MCU21與從收發(fā)器22之間通 過從發(fā)送信號線23、從接收信號線25、從發(fā)送控制線24和從接收控制線26對應(yīng)連接，從 MCU21與隔離器27連接，隔離器27分別與電機(jī)驅(qū)動器28、編碼器的信號輸出端和限位開關(guān) 的信號輸出端連接，電機(jī)驅(qū)動器28與電機(jī)的信號端連接，從收發(fā)器22與總線分支線 對 應(yīng)連接；多條總線分支線與RS485總線連接。這里的RS485總線和總線分支線均為雙絞線， 其中RS485總線由圖4的A、B兩條線組成，A線為RS485總線差分對的正端，B線為RS485 總線差分對的負(fù)端；總線分支線的兩條線未標(biāo)記。為了完成控制器和RS485總線之間的阻 抗匹配，在控制器1的兩條輸出線之間和每一個節(jié)點(diǎn)適配器2對應(yīng)的總線分支線的兩線之 間分別設(shè)有為阻值為120Q的匹配電阻R1、R2…RN。
[0023] 本例中，控制器1的主MCU11和節(jié)點(diǎn)適配器2的從MCU21均選擇意法半導(dǎo)體公司的 STM32F407系列，節(jié)點(diǎn)適配器2的從MCU21也可選擇法半導(dǎo)體公司的STM32F405系列，控制 器1的主收發(fā)器12和節(jié)點(diǎn)適配器2的從收發(fā)器22均選擇MAX頂公司的接口芯片MAX3078。 主收發(fā)器12完成主MCU 11的TTL邏輯電平和RS485總線差分電平之間的轉(zhuǎn)化，同時提供 收發(fā)控制信號。隔離器3選用光耦合隔離器如FAIRCHILD公司的M0CD207M，或者數(shù)字隔離 器，如ADI公司的ADUM7640。不同的電機(jī)，其驅(qū)動方式可能不同，因此電機(jī)驅(qū)動器28不固 定，如選用步進(jìn)電機(jī)，可選用東芝公司的THB6064H。
[0024] 為了更加清楚地說明本天線伺服控制裝置的工作原理，以證明其應(yīng)用的可實(shí)施 性，下面對天線伺服控制裝置的信號處理過程以及控制方法進(jìn)行說明，但下述內(nèi)容并非唯 一方案，也不是本實(shí)用新型所保護(hù)的技術(shù)方案：
[0025] 控制器1的信號處理過程如下：當(dāng)主MCU 11設(shè)置主發(fā)送控制線14上的主發(fā)送控 制信號為高電平，主收發(fā)器12通過主發(fā)送信號線13將主發(fā)送信號發(fā)送到RS485總線；當(dāng)主 MCU 11設(shè)置主發(fā)送控制線14上的主發(fā)送控制信號為低電平，主收發(fā)器12通過主發(fā)送信號 線13將主發(fā)送信號關(guān)閉，使其與RS485總線斷開。當(dāng)主MCU 1設(shè)置主接收控制線16上的 主接收控制信號為低電平，主收發(fā)器12通過主接收信號線15將主接收信號發(fā)送到RS485 總線；當(dāng)主MCU 1設(shè)置主接收控制線16上的主接收控制信號為高電平，主收發(fā)器12通過主 接收信號線15將主接收信號關(guān)閉，使其與RS485總線斷開。即：當(dāng)控制器1處于發(fā)送狀態(tài) 時，主發(fā)送控制線14上的主發(fā)送控制信號和主接收控制線16上的主接收控制信號均為高 電平；當(dāng)控制器1處于接收狀態(tài)時，主發(fā)送控制線14上的主發(fā)送控制信號和主接收控制線 16上的主接收控制信號均為低電平。
[0026] 節(jié)點(diǎn)適配器2的信號處理過程與控制器1類似，在此不再贅述。
[0027] 結(jié)合圖3、圖4和圖5,本實(shí)用新型所述天線伺服控制裝置采用的控制方法，包括以 下步驟：
[0028] (1)控制器1產(chǎn)生請求報文，該請求報文的字節(jié)格式如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種天線伺服控制裝置，包括控制器、電機(jī)和機(jī)械傳動裝置，所述電機(jī)通過所述機(jī)械 傳動裝置驅(qū)動所述天線，其特征在于：所述天線伺服控制裝置還包括RS485總線、用于與所 述控制器雙向通訊并驅(qū)動所述電機(jī)的節(jié)點(diǎn)適配器和用于對所述節(jié)點(diǎn)適配器進(jìn)行外部控制 的外控設(shè)備，所述控制器的通訊端與所述RS485總線連接，所述RS485總線通過多條總線分 支線與多個所述節(jié)點(diǎn)適配器的通訊端一一對應(yīng)連接，多個所述節(jié)點(diǎn)適配器還分別與多個所 述電機(jī)的信號端和多個所述外控設(shè)備的信號輸出端連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線伺服控制裝置，其特征在于：所述控制器包括主MCU和 主收發(fā)器，所述主MCU與所述主收發(fā)器之間通過主發(fā)送信號線、主接收信號線、主發(fā)送控制 線和主接收控制線對應(yīng)連接，所述主收發(fā)器與所述RS485總線對應(yīng)連接；所述節(jié)點(diǎn)適配器 包括從MCU、從收發(fā)器、隔離器和電機(jī)驅(qū)動器，所述從MCU與所述從收發(fā)器之間通過從發(fā)送 信號線、從接收信號線、從發(fā)送控制線和從接收控制線對應(yīng)連接，所述從MCU與所述隔離器 連接，所述隔離器分別與所述電機(jī)驅(qū)動器和所述外控設(shè)備的信號輸出端連接，所述電機(jī)驅(qū) 動器與所述電機(jī)的信號端連接，所述從收發(fā)器與所述總線分支線一一對應(yīng)連接；多條所述 總線分支線與所述RS485總線連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的天線伺服控制裝置，其特征在于：所述外控設(shè)備包括編碼器 和限位開關(guān)，所述編碼器的信號輸出端和所述限位開關(guān)的信號輸出端分別與所述隔離器對 應(yīng)連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線伺服控制裝置，其特征在于：所述外控設(shè)備包括編碼器 和限位開關(guān)，所述編碼器的信號輸出端和所述限位開關(guān)的信號輸出端分別與所述節(jié)點(diǎn)適配 器對應(yīng)連接。
【文檔編號】G05B19/04GK204241875SQ201420761591
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月5日
【發(fā)明者】唐海軍, 胡明武, 葉圣江 申請人:成都國衛(wèi)通信技術(shù)有限公司