专利名称：混凝土泵车臂架运动控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型主要涉及到一种运动控制装置，特指一种混凝土泵车臂架运动控制器。
背景技术：
在混凝土泵车臂架控制、机器人控制、数控机床控制或其它多轴系的控制系统中，运动控制器是最核心的组成部分，近年来越来越多力量投入到多轴运动控制器的研究中，在市场上也出现了接口不一、性能各异的同类产品。随着机电设备智能化的发展，其控制系统的机载化、小型化成为一种必然的发展趋势。PC104系列工控机以其小巧的结构、优越的性能和可靠的连接，非常适合作为机电设备机载化控制系统的主控计算机，并在这方面得到了非常广泛的应用。但现有的多轴运动控制器一般都是基于ISA或PCI总线的，它们都不能和PC104系列工控机以总线方式直接进行连接，在集成机电一体化多轴运动控制系统时，常常因为没有配套的多轴运动控制器而不得不放弃以PC104系列工控机作为主控计算机的方案，不能满足目前实际操作的需要。另外，目前的运动控制器一般采用串口与外部进行信息交换或者没有信息交换功能，而现代控制中的信息量越来越多，对通信要求也越来越高，单纯依靠串口或没有通信接口都严重制约了运动控制器的进一步发展。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题就在于针对技术存在的技术问题，克服现有技术的缺陷，提供一种基于PC104总线和CAN总线接口并能以解决原有多轴运动控制器不能和PC104系列工控机直接进行总线连接和与外部通信不便所带来的各种问题的混凝土泵车臂架运动控制器。
为了解决上述技术问题，本实用新型提出的解决方案为一种混凝土泵车臂架运动控制器，它包括DSP主处理器、CPLD总线译码及电平转换器、数字输入模块、数字输出模块，其特征在于所述DSP主处理器与CPLD译码及电平转换器和数字输出模块相连，CPLD译码及电平转换器和数字输入模块相连，并且CPLD译码及电平转换器还与PC104总线接口模块以及CAN总线接口模块相连。
所述PC104总线接口模块包括双端口存储器、PC104总线驱动器和PC104总线接口；PC104总线接口与PC104总线驱动器相连，PC104总线驱动器再与双端口存储器相连；所述CAN总线接口模块包括CAN驱动器和光电隔离器。
所述数字输入模块包括数字输入接口以及光电隔离器，而数字输出模块则包括数字输出接口以及光电隔离器。
该控制器还包括有双电压监控器，该监控器与DSP主处理器相连。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于1、本实用新型的混凝土泵车臂架运动控制器以DSP主处理器和CPLD译码电路为核心，集成度高，运算速度快，能量消耗少；2、本实用新型的混凝土泵车臂架运动控制器具有PC104总线接口，可以直接和PC104系列工控机组成多轴运动控制系统；3、本实用新型的混凝土泵车臂架运动控制器具有11通道数字输入接口，可以实时采集外部输入的数字控制信号；并具有11通道的数字输出接口，包括5路PWM输出通道和6路数字信号输出通道，可以输出各种控制信号。因此，本实用新型可同时对混凝土泵车转台和4节臂架进行连动控制和独立控制，控制精度高；4、本实用新型的混凝土泵车臂架运动控制器具有4K的公用存储器，既可作为数字信号处理器缓存使用，也可以作为双向通讯数据缓冲池使用，控制参数可灵活地在线设置、修改和存储；5、本实用新型的混凝土泵车臂架运动控制器具有CAN总线通信功能，可以直接通过CAN总线与外部进行信息交换，便于远距离信息传输。
图1是本实用新型的结构原理方框示意图；图2是本实用新型具体实施例的电路示意图。
图例说明1、DSP主处理器 2、CPLD译码及电平转换器3、数字输入模块 4、数字输出模块5、PC104总线接口模块6、CAN总线接口模块具体实施方式
以下将结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
如图1所示本实用新型的基本结构，它采用高速DSP主处理器1、大规模CPLD和CAN总线通讯技术，提供了一种基于PC104总线和CAN总线的多轴运动控制装置。如图1所示，本实用新型它包括DSP主处理器1、CPLD总线译码及电平转换器2、数字输入模块3、数字输出模块4，DSP主处理器1与CPLD译码及电平转换器2和数字输出模块4相连，CPLD译码及电平转换器2和数字输入模块3相连，并且CPLD译码及电平转换器2还与PC104总线接口模块5以及CAN总线接口模块6相连。PC104总线接口模块5包括双端口存储器、PC104总线驱动器和PC104总线接口；PC104总线接口与PC104总线驱动器相连，PC104总线驱动器再与双端口存储器相连；CAN总线接口模块6包括CAN驱动器和光电隔离器，通过光点隔离器连接于CPLD总线译码及电平转换器2。所述数字输入模块3包括数字输入接口以及光电隔离器，并通过光电隔离器与CPLD总线译码及电平转换器2相连；而数字输出模块4则包括数字输出接口以及光电隔离器，并通过光电隔离器与CPLD总线译码及电平转换器2相连。该控制器还包括有双电压监控器，该监控器与DSP主处理器1相连，可同时对+5V和+3.3V电压进行在线监测，出现问题时复位DSP主处理器1。
其中，DSP主处理器1和CPLD译码及电平转换器2构成本实用新型的核心，负责整个控制器的电路控制、信息处理、控制输出以及总线通信等功能；PC104总线接口、PC104总线驱动器和双端口存储器构成PC104总线接口模块5，可实现与PC104工控机的数据交换；CAN驱动器以及光电隔离构成CAN总线接口模块6，可实现控制器与外部的通信；数字输入接口和光电隔离构成的数字输入模块3，接受外部输入的数字信号；数字输出接口和光电隔离构成的数字输出模块4，用来输出DSP主处理器1产生的各种控制信号(包括PWM信号和数字信号)。
工作原理(1)参数设置和记忆当以PC104总线和PC104工控机连接使用时，PC104工控机将参数、参数类别、通讯密匙存储在公用存储约定的存储单元中，然后发出中断信号，运动控制器立即响应中断并进入中断服务程序，在中断服务中验证密匙、判断类别、读取参数并存储到非易失性存储器中。(2)参数在线调整在运动控制器上电时，初始化程序会将非易失性存储器中的参数读出并存储到公用存储器约定的单元中，在进入运动控制时，每个周期中要使用这些参数时将直接从公用存储器相应单元中读取，当以PC104总线和PC104工控机连接使用时，PC104工控机可以不断地在线将参数直接存储到公用存储器相应单元中，以更新原来的参数达到调整的目的。(3)数字信号采集运动控制器可以通过11路隔离型数字信号采集通道实时采集外部输入的数字控制信号，DSP主处理器1在把这些输入信号进行必要的处理后，一方面可供主处理器自身的控制使用，另一方面主处理器可以把这些数字输入信号存储到双端口存储器中，供PC104工控机读取，同时，主处理器还可以把这些信息通过CAN总线传给外界需要的设备。(4)运动控制输出DSP主处理器1可以根据PC104工控机存储到双端口存储器中的控制模式字，判断控制输出模式，并进行相应的输出控制。如果是紧急停止控制模式，则停止对臂架的控制，调用臂架停止运动函数停止控制信号的输出；如果是手动控制模式，则停止对臂架的智能控制，并通知模式切换控制器进行手动控制信号的切换输出；如果是多臂架同时控制模式，则依次调用各臂架控制函数，一次完成对所有臂架的控制；如果是单臂架控制模式，则调用单臂架控制函数，完成对单个臂架的控制；如果以上几种模式都不是，则属于热启动模式，调用热启动函数对系统重新进行控制。控制器中的输出信号由DSP主处理器1根据PC104工控机规划的数据通过特定的算法进行运算得到，臂架的当前位置和目标位置由PC104工控机存储到双端口存储器中并不断进行更新，DSP主处理器1则在需要的时候从双端口存储器中读出数据，通过专门的控制算法(以PID算法为主)实时计算出需要的PWM控制脉冲信号和方向控制信号并进行输出，算法中用到的各种参数以及模式控制字由PC104工控机提供并存储在双端口存储器中，供DSP主处理器1读取。(5)数字信号输出DSP主处理器1产生的数字控制信号由隔离数字输出模块4进行输出，输出的数字信号信号包括5路PWM脉冲信号，用来控制转台和4个臂架的运动，5路数字电平信号，用来控制转台和各臂架的运动方向，1路模式切换控制信号，用来控制执行器件输出手动控制信号还是智能控制信号。(6)CAN总线通信本实用新型控制器可以通过CAN总线与外部交换信息，由于DSP主处理器1内部自带CAN总线接口模块6，所以不需要外部单独接CAN控制器，只需经过光电隔离后与CAN驱动器连接即可。为了保证电平的兼容，主处理器的CAN信号先经过CPLD电平转换后再与光电隔离器相连。由于采用CAN总线作为通信工具，快速灵活，稳定性强，能够很好地适应现场复杂的工作环境，便于远距离数据传输。
如图2所示的本实用新型的具体电路示意图。其中，TMS320LF2407A为DSP主处理器1，负责整个电路的控制并完成各种信息处理及控制输出功能；EPM7128A为CPLD译码及电平转换器2，通过其内部的编程实现各种译码及主处理器与外部电路的电平转换功能；JTAG和JTAG2分别为DSP和CPLD的仿真接口，用来对DSP和CPLD进行在线仿真和程序下载；10M3.3V为DSP的外部晶振，为DSP提供外部时钟信号；DS1834A为外部电压监控器，可同时对+5V和+3.3V电压进行在线监测，出现问题时复位主处理器；IDT7134为双端口存储器，供DSP主处理器1和PC104工控机进行信息存储和交换；74HC245为PC104总线驱动器，可以为PC104总线提供驱动功能；PC104AB为PC104总线接口，用来连接PC104工控机；PC847为光耦，为数字输入输出信号提供光电隔离；6N137为高速光耦，为CAN总线通信提供光电隔离；PCA82C250为CAN驱动器，为CAN总线通信提供驱动功能；TPS76833QPWP为+3.3V电源变换器，为DSP和CPLD提供低压电源；B0505S为+5V隔离电源变换器，为CAN总线通信和数字信号输出提供隔离电源；CON8为输入输出接口，用来与外部电路进行连接；其余为电阻电容及二极管显示电路，完成相应的辅助功能。
权利要求1.一种混凝土泵车臂架运动控制器，它包括DSP主处理器(1)、CPLD总线译码及电平转换器(2)、数字输入模块(3)、数字输出模块(4)，其特征在于所述DSP主处理器(1)与CPLD译码及电平转换器(2)和数字输出模块(4)相连，CPLD译码及电平转换器(2)和数字输入模块(3)相连，并且CPLD译码及电平转换器(2)还与PC104总线接口模块(5)以及CAN总线接口模块(6)相连。
2.根据权利要求1所述的混凝土泵车臂架运动控制器，其特征在于所述PC104总线接口模块(5)包括双端口存储器、PC104总线驱动器和PC104总线接口；PC104总线接口与PC104总线驱动器相连，PC104总线驱动器再与双端口存储器相连；
3.根据权利要求1所述的混凝土泵车臂架运动控制器，其特征在于所述CAN总线接口模块(6)包括CAN驱动器和光电隔离器。
4.根据权利要求1所述的混凝土泵车臂架运动控制器，其特征在于所述数字输入模块(3)包括数字输入接口以及光电隔离器，而数字输出模块(4)则包括数字输出接口以及光电隔离器。
5.根据权利要求1-4任何一项所述的混凝土泵车臂架运动控制器，其特征在于该控制器还包括有双电压监控器，该监控器与DSP主处理器(1)相连。
专利摘要本实用新型公开了一种混凝土泵车臂架运动控制器，它包括DSP主处理器、CPLD总线译码及电平转换器、数字输入模块、数字输出模块；DSP主处理器与CPLD译码及电平转换器和数字输出模块相连，CPLD译码及电平转换器和数字输入模块相连，并且CPLD译码及电平转换器还与PC104总线接口模块以及CAN总线接口模块相连。PC104总线接口模块包括双端口存储器、PC104总线驱动器和PC104总线接口；PC104总线接口与PC104总线驱动器相连，PC104总线驱动器再与双端口存储器相连；CAN总线接口模块包括CAN驱动器和光电隔离器。本实用新型基于PC104总线和CAN总线接口设计，并能以解决原有多轴运动控制器不能和PC104系列工控机直接进行总线连接和与外部通信不便所带来的各种问题。
文档编号G05B19/414GK2795911SQ200520050108
公开日2006年7月12日 申请日期2005年1月20日 优先权日2005年1月20日
发明者龙刚强, 周华平 申请人:三一重工股份有限公司