专利名称：基于can通信的步进电机驱动器的远程键控方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种步进电机驱动器的远程按键控制，特别是基于CAN通信的步进电机驱动器的远程键控方法及装置。
背景技术：
大功率长波发信机由于工作频率的关系，调谐、滤波电路中的可变电感线圈体积很大，开机工作时，需要调机人员根据观察各种类型且不同输出位置的电表(包括电压、电流、相位等，这些电表在信号流向的各级都有指示)，综合考虑后确定可变电感线圈的调谐位置(通过改变短路接点的位置或改变调谐线圈耦合角度)。早期的可变电感线圈是通过手工旋转连接短路接点或调谐线圈的机械装置(蜗轮蜗杆)的输入端(蜗杆)来实现调谐， 这种人工调谐方法需要工作人员进入天线调配室内进行调节，而各种指示电表设于机房内的机箱控制面板上，对于大功率发信机，为减小大功率高频损耗，天线调配室一般设于天线塔附近，而机房与天线塔之间通常有几十米甚至几千米的距离，只能通过对讲机通信联系， 进行调节，不仅调节不便，而且存在人身安全隐患。作为改进，采用普通交流或直流电机，通过设于控制台上的按键进行远程控制，由于控制线路长，普通交直流电机的转动惯性，很难一次到位，通常需要多次反复调节。步进电机可以实现旋转角度的精确控制，设定其想要到达的位置，通过实际位置与预置位置的比较形成驱动脉冲从而进行控制，由于大功率长波发信机调整时是通过人为的按键信号控制步进电机驱动器工作，通过观察各种类型且不同输出位置的电表(包括电压、电流、相位等)，综合考虑后确定其停止转动时的位置，而且由于天线阵列的缘故，其位置状态受环境影响较大，即使利用调整好的位置进行预置，不同天气环境下仍需手动按键调整。步进电机的使用要求形成控制脉冲的控制器到步进电机驱动器的最远距离为 10至15米，而步进电机驱动器到步进电机的最远距离也只有10多米，而大功率长波发信机的控制端到步进电机的距离有时会达到50多米，甚至更远；同时由于大功率环境下的高频场强干扰，对于控制器产生的低电压的脉冲信号会造成很强的干扰。所以这种情况下不能将控制器(按键)直接连接到步进电机驱动器实现对步进电机的控制。控制器局部网(CAN-CONTROLLER AREA NETWORK)是一种多主机局部网，具有高性能、高可靠性、实时性及远程控制等优点，在多种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、 环境控制等众多部门得到广泛应用。对于长波发信机，需要控制的，除线圈调整外还包括开关控制及状态显示、发信机开关机程序的逻辑互锁及各阶段的状态显示、安全保障的逻辑控制以及各种模拟量的采集及数字转换等很多部分，而且每一部分都有几十甚至上百个需要监控的节点，按照功能可分为多个受控端进行分散控制，同时考虑到大功率环境下的抗干扰性，选用CAN通信作为桥梁，监控各个受控端是一种最佳选择，然而如何利用CAN通信实现大功率长波发信机的天线调配控制，特别是手动远程键控，目前尚无成功经验可供借鉴，该技术已成为解决大功率长波发信机天线调配远程键控的关键。其中最主要的需要克服的技术难点是如何对按键的“按下”和“抬起”的动作进行采样及处理使成为单片机能识别的信号。这是因为作为采样芯片的现场可编程门阵列是以25MHz的时钟频率对按键动作进行采样的，任何不真实的人为动作都会被采到。按键是机械触点，当接触点断开或闭合的瞬间会在接触点出现来回弹跳的现象。在这种灵敏度比较高的电路中，这种弹跳现象引起的信号抖动就会影响到控制信号的产生，就系统而言，按键的一次动作只能产生一个“按下”与一个“抬起”信号，若不对按键信号进行去抖处理就对其进行分解，则抖动信号也会生成“按下”或“抬起”脉冲，导致设备动作不正常，而且由于受控端要想还原出原始按键信号， “按下”与“抬起”信号必须成对出现，由于抖动的不确定性，很有可能造成只有“按下”信号没有“抬起”信号的情况，造成受控端不停的驱动步进电机动作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的上述不足，而提供一种基于CAN 通信的步进电机驱动器的远程键控方法及装置。本发明的目的及解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。依据本发明提出的一种基于CAN通信的步进电机驱动器的远程键控装置，其中包括按键、控制端信号处理器、CAN通信网络及受控端信号处理器，所述按键连接所述控制端信号处理器，所述控制端信号处理器将按键信号处理成“按下”或“抬起”的编码信号送CAN通信网络，所述受控端信号处理器接受由CAN通信网络传来的所述“按下”或“抬起”的编码信号进行解码、合成还原为按键信号并生成控制信号送步进电机驱动器。本发明的目的以及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。前述的基于CAN通信的步进电机驱动器的远程键控装置，其中所述控制端中的按键K包括正转按键和反转按键，所述控制端信号处理器包括控制端现场可编程门阵列和控制端单片机，所述控制端信号处理器内还设有光电隔离器，控制端数字隔离器和控制端CAN 通信接口，所述受控端信号处理器包括受控端单片机和受控端现场可编程门阵列，所述受控端信号处理器内还设有受控端CAN通信接口、受控端数字隔离器及受控端输出数字隔离器；所述正、反按键通过所述光电隔离器连接所述控制端信号处理器中的控制端现场可编程门阵列，通过所述控制端信号处理器中的控制端单片机将正、反转按键信号处理成“按下”或“抬起”的编码信号，经数字隔离器及控制端CAN通信接口送CAN通信网络，所述受控端CAN通信接口接受由CAN通信网络传来的所述“按下”或“抬起”的编码信号，经受控端数字隔离器送所述受控端信号处理器中的受控端单片机，通过所述受控端现场可编程门阵列将所述“按下”或“抬起”的编码信号进行解码、合成还原为按键信号并生成控制信号由受控端输出数字隔离器送步进电机驱动器。前述的基于CAN通信的步进电机驱动器的远程键控装置，其中所述控制端现场可编程门阵列中设有按键分解模块、脉冲展宽模块、计数器及通信模块，其中所述计数器接所述按键信号分解模块，所述按键信号分解模块的输入，即现场可编程门阵列的输入I/O 口， 通过所述光电隔离器接按键，按键信号分解模块的输出接所述脉冲展宽模块，所述脉冲展宽模块的输出接通信模块；所述控制端单片机中设有通信模块、编码模块及CAN通信模块， 其中，所述控制端单片机中的通信模块的输入端，即控制端单片机的P6、P7两个8位的I/ 0 口与现场可编程门阵列的I/O 口，即控制端现场可编程门阵列中的通信模块相连，所述控制端单片机中的通信模块的输出端连接编码模块，所述编码模块的输出接控制端单片机中的CAN通信模块；所述正、反转按键通过所述光电隔离器分别连接所述现场可编程门阵列的I/O 口 138管脚及139管脚，所述现场可编程门阵列以25MHz的时钟对按键动作进行采样，所接受到的信号首先经现场可编程门阵列中的按键分解模块经与所述计数器设定值进行对比、分解，将真正的正、反转按键信号处理成一个“按下”或“抬起”的脉冲信号送控制端单片机的通信模块，所述控制端单片机的通信模块将所接受到“按下”或“抬起”的脉冲信号送编码模块进行编码，并将编码通过CAN通信模块的CANARX和CANTX端口经数字隔离器送控制端CAN通信接口 ；所述受控端单片机中设有CAN通信模块、解码模块及受控端单片机的通信模块， 所述受控单片机中的CAN通信模块通过数字隔离器接所述受控端CAN的通信接口，其输出接解码模块的输入，所述解码模块的输出接所述受控端单片机的通信模块；所述受控端现场可编程门阵列中设有受控端现场可编程门阵列的通信模块、命令合成模块及驱动脉冲形成模块；所述受控端现场可编程门阵列的通信模块连接所述受控端单片机的通信模块，其输出接所述命令合成模块的输入，所述命令合成模块的输出接驱动脉冲形成模块；所述单片机的CANARX和CANTX端口，即受控端单片机中的CAN通信模块的输入端接受数字隔离器传送来的控制端的编码信号，所述单片机将接受到的编码信号经解码模块解码成命令，并将所述命令通过受控端单片机的通信模块送现场可编程门阵列的I/O端口，即受控端现场可编程门阵列的通信模块，所述受控端现场可编程门阵列的通信模块将接受到的命令送命令合成模块进行合成，还原为按键信号，并将所还原按键信号送驱动脉冲形成模块产生驱动脉冲送步进电机驱动器。前述的基于CAN通信的步进电机驱动器的远程键控装置，其中所述控制端信号处理器中的现场可编程门阵列、单片机与受控端信号处理器中的现场可编程门阵列、单片机的型号相同，所述现场可编程门阵列的型号为)(C2S200，所述单片机的型号为集成了一个 CAN通信模块的C8051F040，所述单片机通过P6、P7两个8位的I/O 口与现场可编程门阵列的I/O 口相连共16根线，其中8路作为输入，8路作为输出，通过预定协议与现场可编程门阵列进行通信。本发明还提供一种基于前述装置的CAN通信的步进电机驱动器的远程键控方法， 包括以下步骤(1)按键信号输入控制端的现场可编程门阵列以工作的时钟频率对按键动作进行采样，按键处于按下位置为高电平，按键处于抬起位置为低电平；(2)按键信号分解(2-1)判断是否为真实信号？控制端的现场可编程门阵列根据按键一次动作过程中所产生的多个抖动脉冲的最终状态与原始状态进行比较，如果状态相同则为误触发，否则为真实信号，以避免误触发；(2-2)产生“按下”或“抬起”脉冲将按键按下或抬起的一次动作过程中的多个抖动脉冲进行分解，仅生成一个宽度为一个现场可编程门阵列时钟周期的“按下”或“抬起”脉冲；(3)脉冲延时展宽控制端的现场可编程门阵列将宽度为一个现场可编程门阵列时钟周期的“按下”或“抬起”的脉冲展宽为超过单片机主程序的循环周期，并通过预定协议将其传送给控制端的单片机；(4)脉冲编码控制端的单片机对按键的“按下”或“抬起”动作进行编码，并经CAN 通信接口将编码信号通过CAN通信网络传送到受控端；(5)受控端解码生成控制命令受控端信号处理器中的单片机通过通信接口接受编码信号，解码并生成控制命令送受控端信号处理器中的现场可编程门阵列；(6)将命令合成还原为按键信号受控端信号处理器中的现场可编程门阵列将接受到的命令合成并还原为按键信号；(7)生成驱动信号受控端信号处理器中的现场可编程门阵列根据按键信号生成驱动脉冲送步进电机驱动器。前述装置的CAN通信的步进电机驱动器的远程键控方法，其中所述步骤(2)按键信号分解的具体方法是预先测定按键一次“按下”或“抬起”过程中所产生的多个抖动脉冲中最宽脉冲的持续时间，在现场可编程门阵列内设置一个计数器，其计数时间大于最宽脉冲的持续时间；对按键一次动作过程中，包括误动作和真实动作，所产生的每一个抖动脉冲与按键的原始状态进行比较，若不同则启动计数器，计数期间出现按键状态与原始状态相同，则计数器重置，不给出脉冲，以此来判断是误动作还是真实信号；计数期间不出现按键状态与原始状态相同，直到计数器溢出，则给出一个代表按键“按下”或“抬起”的脉冲。前述装置的CAN通信的步进电机驱动器的远程键控方法，其中所述步骤(3)将脉冲延时展宽是在现场可编程门阵列内设置一个脉冲展宽模块将将宽度为一个现场可编程门阵列时钟周期的“按下”或“抬起”的脉冲展宽为超过单片机主程序的循环周期；所述通过预定协议将“按下”或“抬起”的脉冲信号传送给单片机，具体是单片机通过它的P6、P7两个8位的I/O 口与现场可编程门阵列的I/O 口相连，共16根线，其中8 路作为输入，8路作为输出，通过订定好的协议与现场可编程门阵列进行通信；所述协议如下；76543210
权利要求
1.一种基于CAN通信的步进电机驱动器的远程键控装置，其特征在于包括按键、控制端信号处理器、CAN通信网络及受控端信号处理器，所述按键连接所述控制端信号处理器， 所述控制端信号处理器将按键信号处理成“按下”或“抬起”的编码信号送CAN通信网络，所述受控端信号处理器接受由CAN通信网络传来的“按下”或“抬起”的编码信号进行解码、 合成还原为按键信号并生成控制信号送步进电机驱动器。
2.根据权利要求1所述的基于CAN通信的步进电机驱动器的远程键控装置，其特征在于所述控制端中的按键K包括正转按键和反转按键，所述控制端信号处理器包括控制端现场可编程门阵列和控制端单片机，所述控制端信号处理器内还设有光电隔离器，控制端数字隔离器和控制端CAN通信接口，所述受控端信号处理器包括受控端单片机和受控端现场可编程门阵列，所述受控端信号处理器内还设有受控端CAN通信接口、受控端数字隔离器及受控端输出数字隔离器；所述正、反按键通过所述光电隔离器连接所述控制端信号处理器中的控制端现场可编程门阵列，通过所述控制端信号处理器中的控制端单片机将正、反转按键信号处理成“按下”或“抬起”的编码信号，经数字隔离器及控制端CAN通信接口送 CAN通信网络，所述受控端CAN通信接口接受由CAN通信网络传来的所述“按下”或“抬起” 的编码信号，经受控端数字隔离器送所述受控端信号处理器中的受控端单片机，通过所述受控端现场可编程门阵列将所述“按下”或“抬起”的编码信号进行解码、合成还原为按键信号并生成控制信号由受控端输出数字隔离器送步进电机驱动器。
3.根据权利要求2所述的基于CAN通信的步进电机驱动器的远程键控装置，其特征在于所述控制端现场可编程门阵列中设有按键分解模块、脉冲展宽模块、计数器及通信模块， 其中所述计数器接所述按键信号分解模块，所述按键信号分解模块的输入，即现场可编程门阵列的输入I/O 口，通过所述光电隔离器接按键，按键信号分解模块的输出接所述脉冲展宽模块，所述脉冲展宽模块的输出接通信模块；所述控制端单片机中设有通信模块、编码模块及CAN通信模块，其中，所述控制端单片机中的通信模块的输入端，即控制端单片机的 P6、P7两个8位的I/O 口与现场可编程门阵列的I/O 口，即控制端现场可编程门阵列中的通信模块相连，所述控制端单片机中的通信模块的输出端连接编码模块，所述编码模块的输出接控制端单片机中的CAN通信模块；所述正、反转按键通过所述光电隔离器分别连接所述现场可编程门阵列的I/O 口 138管脚及139管脚，所述现场可编程门阵列以25MHz的时钟对按键动作进行采样，所接受到的信号首先经现场可编程门阵列中的按键分解模块经与所述计数器设定值进行对比、分解，将真正的正、反转按键信号处理成一个“按下”或“抬起” 的脉冲信号送控制端单片机的通信模块，所述控制端单片机的通信模块将所接受到“按下” 或“抬起”的脉冲信号送编码模块进行编码，并将编码通过CAN通信模块的CANARX和CANTX 端口经数字隔离器送控制端CAN通信接口 ；所述受控端单片机中设有CAN通信模块、解码模块及受控端单片机的通信模块，所述受控单片机中的CAN通信模块通过数字隔离器接所述受控端CAN的通信接口，其输出接解码模块的输入，所述解码模块的输出接所述受控端单片机的通信模块；所述受控端现场可编程门阵列中设有受控端现场可编程门阵列的通信模块、命令合成模块及驱动脉冲形成模块；所述受控端现场可编程门阵列的通信模块连接所述受控端单片机的通信模块，其输出接所述命令合成模块的输入，所述命令合成模块的输出接驱动脉冲形成模块；所述单片机的CANARX和CANTX端口，即受控端单片机中的CAN通信模块的输入端接受数字隔离器传送来的控制端的编码信号，所述单片机将接受到的编码信号经解码模块解码成命令，并将所述命令通过受控端单片机的通信模块送现场可编程门阵列的I/O端口，即受控端现场可编程门阵列的通信模块，所述受控端现场可编程门阵列的通信模块将接受到的命令送命令合成模块进行合成，还原为按键信号，并将所还原按键信号送驱动脉冲形成模块产生驱动脉冲送步进电机驱动器。
4.据权利要求2所述的基于CAN通信的步进电机驱动器的远程键控装置，其特征在于所述控制端信号处理器中的现场可编程门阵列、单片机与受控端信号处理器中的现场可编程门阵列、单片机的型号相同，所述现场可编程门阵列的型号为)(C2S200，所述单片机的型号为集成了一个CAN通信模块的C8051F040，所述单片机通过P6、P7两个8位的I/O 口与现场可编程门阵列的I/O 口相连，共16根线，其中8路作为输入，8路作为输出，通过预定协议与现场可编程门阵列进行通信。
5.一种基于权利要求1所述装置的CAN通信的步进电机驱动器的远程键控方法，其特征在于包括以下步骤(1)按键信号输入控制端的现场可编程门阵列以工作的时钟频率对按键动作进行采样，按键处于按下位置为高电平，按键处于抬起位置为低电平；(2)按键信号分解(2-1)判断是否为真实信号？控制端的现场可编程门阵列根据按键一次动作过程中所产生的多个抖动脉冲的最终状态与原始状态进行比较，如果状态相同则为误触发，否则为真实信号，以避免误触发；(2-2)产生“按下”或“抬起”脉冲将按键按下或抬起的一次动作过程中的多个抖动脉冲进行分解，仅生成一个宽度为一个现场可编程门阵列时钟周期的“按下”或“抬起”脉冲；(3)脉冲延时展宽控制端的现场可编程门阵列将宽度为一个现场可编程门阵列时钟周期的“按下”或“抬起”的脉冲展宽为超过单片机主程序的循环周期，并通过预定协议将其传送给控制端的单片机；(4)脉冲编码控制端的单片机对按键的“按下”或“抬起”动作进行编码，并经CAN通信接口将编码信号通过CAN通信网络传送到受控端；(5)受控端解码生成控制命令受控端信号处理器中的单片机通过通信接口接受编码信号，解码并生成控制命令送受控端信号处理器中的现场可编程门阵列；(6)将命令合成还原为按键信号受控端信号处理器中的现场可编程门阵列将接受到的命令合成并还原为按键信号；(7)生成驱动信号受控端信号处理器中的现场可编程门阵列根据按键信号生成驱动脉冲送步进电机驱动器。
6.根据权利要求5所述装置的CAN通信的步进电机驱动器的远程键控方法，其特征在于所述步骤( 按键信号分解的具体方法是预先测定按键一次“按下”或“抬起”过程中所产生的多个抖动脉冲中最宽脉冲的持续时间，在现场可编程门阵列内设置一个计数器，其计数时间大于最宽脉冲的持续时间；对按键一次动作过程中，包括误动作和真实动作，所产生的每一个抖动脉冲与按键的原始状态进行比较，若不同则启动计数器，计数期间出现按键状态与原始状态相同，则计数器重置，不给出脉冲，以此来判断是误动作还是真实信号； 计数期间不出现按键状态与原始状态相同，直到计数器溢出，则给出一个代表按键“按下”或“抬起”的脉冲。
7.根据权利要求5所述装置的CAN通信的步进电机驱动器的远程键控方法，其特征在于所述步骤C3)将脉冲延时展宽是在现场可编程门阵列内设置一个脉冲展宽模块将将宽度为一个现场可编程门阵列时钟周期的“按下”或“抬起”的脉冲展宽为超过单片机主程序的循环周期；所述通过预定协议将“按下”或“抬起”的脉冲信号传送给单片机，具体是单片机通过它的P6、P7两个8位的I/O 口与现场可编程门阵列的I/O 口相连，共16根线，其中8路作为输入，8路作为输出，通过订定好的协议与现场可编程门阵列进行通信；所述协议如下；有效位C3C2ClCOS2SlSO其中C3C2C1C0为命令字，S2S1S0为地址位；单片机要数据时通过S2S1S0三位地址位向现场可编程门阵列寻址8个字节，现场可编程门阵列将各按键的状态通过各个字节回传给单片机；单片机通过查询的方式逐一对现场可编程门阵列传回的按键状态进行识别，当判断按键有“按下”或“抬起”动作时对其进行编码。
8.根据权利要求5所述装置的CAN通信的步进电机驱动器的远程键控方法，其特征在于所述步骤( 受控端解码生成控制命令，具体是受控端接收到由CAN通信网络送来的按键编码，根据按键编码协议区分实际的按键动作，通过C3C2C1C0四位命令字将按键的“按下”或“抬起”命令下达给现场可编程门阵列。
9.根据权利要求5所述装置的CAN通信的步进电机驱动器的远程键控方法，其特征在于所述步骤(6)将命令合成还原为按键信号，具体是现场可编程门阵列中的命令合成模块相当于一个RS触发器，所述“按下”与“抬起”命令分别送命令合成模块的两个输入端inl 和in2，命令合成模块输出即为“真实”的按键信号当inl “按下”和in2 “抬起”脉冲信号均为“0”时，说明按键无动作，保持原状态；当inl “按下”脉冲信号为“0”，“抬起”脉冲信号为“1”时，表明有“抬起”脉冲信号，说明原来按下的按键已被抬起，应该控制步进电机驱动器不给出驱动脉冲，此时按键信号应为“0” ；当“按下”脉冲信号为“ 1 ”，而“抬起”脉冲信号为“0”时，表明按键被按下，此时步进电机应工作，按键信号应为“ 1” ；当“按下”和“抬起”脉冲信号均为“ 1，，时，表明按键被“按下”又被“抬起”或被“抬起”又被“按下”，因此保持原状态。
10.根据权利要求5所述装置的CAN通信的步进电机驱动器的远程键控方法，其特征在于所述步骤(7)生成驱动信号包括步进脉冲信号CP和方向电平信号DIR，现场可编程门阵列通过分频生成一个固定频率的脉冲信号，利用此频率信号和由受控端还原的控键信号做 “与”运算，即生成步进脉冲信号CP ；而方向电平信号利用命令合成模块的方法进行处理，将正转、反转两个按键信号作为两个输入信号分别送命令合成模块的inl和in2两个输入端， 命令合成模块的输出即改变方向电平信号的高低变化，进而控制步进电机正反转。
全文摘要
本发明涉及一种步进电机驱动器的远程按键控制，特别是基于CAN通信的步进电机驱动器的远程键控方法及装置，所述装置包括按键、控制端信号处理器、CAN通信网络及受控端信号处理器，所述按键连接所述控制端信号处理器，所述控制端信号处理器将按键信号处理成“按下”或“抬起”的编码信号送CAN通信网络，所述受控端信号处理器接受由CAN通信网络传来的“按下”或“抬起”的编码信号进行解码、合成还原为按键信号并生成控制信号送步进电机驱动器。本发明成功地实现了大功率长波发信机的天线手动远程键控，控制距离长达数公里，完全满足大功率长波发信机的天线调配手动远程键控的需要；并保证在大功率高频场强干扰环境中稳定使用，效果良好。
文档编号G05B19/418GK102262400SQ20101017997
公开日2011年11月30日 申请日期2010年5月24日 优先权日2010年5月24日
发明者张俊昌, 张文峦, 李志 , 王洪民, 许骜 申请人:北京北广科技股份有限公司