一种带有人机界面的嵌入式多轴控制器的制作方法

本实用新型属于控制器技术领域，涉及一种带有人机界面的嵌入式多轴控制器。

背景技术：

随着现代控制技术的提高，运动控制器的出现在某种意义上满足了新型数控系统的标准化、开放性的要求，为各种工业设备、国防设备以及智能医疗装置的自动化控制系统的研制和改造提供一个统一的硬件平台。整体而言，运动控制器是一种控制装置，其核心为中央逻辑控制单元，敏感元件一般为传感器，控制对象为电机或动力装置和执行单元。目前，大多数的运动控制器是一种基于PC机或工业PC机的上位控制单元，多用于控制步进电机或伺服电机，在控制过程中，控制器可以完成运动控制的所有细节。

多轴运动控制器为运动控制器的一种，可以控制不同控制轴系的机械手完成各种复杂的动作。现有多轴运动控制器体系结构主要有：1、独立控制器+外扩人机界面+I/O板卡；2、传统PC机 +运动控制板。第1种结构使用单独的控制器实现运动控制，但需要外扩人机界面以实现人机交互，并且大部分需要外接I/O板卡实现信号相互间的输入输出，其结构较为复杂，导致整体体积较大且成本高。现有公开了公告号为CN204129496U，名称为带有人机界面的多轴控制器的中国专利，该专利公开的技术方案包括壳体、多轴运动控制板、输入输出电路和显示屏；所述多轴运动控制板分别与所述输入输出电路板和显示屏连接；所述多轴运动控制板和输入输出电路板设置于所述壳体内，所述显示屏为设置于壳体的一显示窗口；所述输入输出电路板上设置有输入接口、输出接口和电源模块。该公开的技术方案为上述多轴控制器的第2 种结构，其多轴控制器要跟传统PC结合才能实现运动控制，将多轴运动控制板插入到PC机的插槽内与PC机结合才能实现实时运动控制。同样存在着体积大、成本高等缺点。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种结构简单、体积小、制造成本低的带有人机界面的嵌入式多轴控制器。

本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：一种带有人机界面的嵌入式多轴控制器，包括电源模块、I/O模块、工业以太网接口模块和人机界面模块，其特征在于：还包括嵌入式微处理器模块，所述嵌入式微处理器模块与上述的电源模块、I/O模块、工业以太网接口模块和人机界面模块连接。

在上述的一种带有人机界面的嵌入式多轴控制器中，所述的人机界面模块包括触摸芯片和LCD屏。

在上述的一种带有人机界面的嵌入式多轴控制器中，所述的电源模块、I/O模块、工业以太网接口模块、嵌入式微处理器模块和所述的触摸芯片集成在同一块板卡上。

在上述的一种带有人机界面的嵌入式多轴控制器中，所述的嵌入式多轴控制器还包括有TCP/IP接口模块，所述TCP/IP接口模块与嵌入式微处理器连接且与上述电源模块、I/O模块、工业以太网接口模块、嵌入式微处理器模块和触摸芯片集成在同一块板卡上。

在上述的一种带有人机界面的嵌入式多轴控制器中，所述的嵌入式微处理器模板为嵌入式ARM处理器的最小系统，包括NAND FLASH存储控制程序、I/O引脚和ARM处理器。

在上述的一种带有人机界面的嵌入式多轴控制器中，所述的电源模板包括整流桥电路和DC/DC芯片，所述整流桥电路与外界电源连接，所述DC/DC芯片输入引脚与上述整流桥电路连接，其输出引脚与上述嵌入式微处理器模块连接。

在上述的一种带有人机界面的嵌入式多轴控制器中，所述的 I/O模块包括光耦隔离电路和I/O端子，所述光耦隔离电路与上述嵌入式微处理器的I/O引脚连接，所述I/O端子连接外部设备。

与现有技术相比，本嵌入式多轴控制器采用嵌入式处理器替代现有的传统PC作为主控制单元，大大降低了控制器成本；同时，电源模板、I/O模块、工业以太网接口模块、嵌入式微处理器模块、TCP/IP接口模块和人机界面模块的触摸芯片集成在同一块板卡上，使得整个控制器结构简单、使用装配方便及结构体积明显减小，适用场景广，便于安装不占地。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图。

图2是电源模块的原理框图。

图3是I/O模块与微处理器模块之间连接的原理框图。

图4是人机界面模块与微处理器模块之间连接的原理框图。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

如图1所示，本带有人机界面的嵌入式多轴控制器，包括嵌入式微处理器模块和与嵌入式微处理器模块连接的电源模块、I/O 模块、工业以太网接口模块、人机界面模块、TCP/IP接口模块。人机界面模块包括LCD显示屏和触摸芯片，电源模块、I/O模块、工业以太网接口模块、嵌入式微处理器模块、TCP/IP接口模块和触摸芯片集成在同一块板卡上。各个模块均集成在同一块板卡上，使得整个控制器结构简单、体积小，以及装配方便且占地小。

如图2所示，电源模板为整个控制器提供可靠稳定的电源，包括整流桥电路和DC/DC芯片，整流桥电路与外界电源连接，外界电源对电源模块输入的是24V交流电。DC/DC芯片输入引脚与整流桥电路连接，输出引脚与嵌入式微处理器模块连接。

如图3所示，I/O模块包括光耦隔离电路和I/O端子，光耦隔离电路与嵌入式微处理器的I/O引脚连接，I/O端子连接外部设备并与外部设备双向通信。比如，外界传感器可以将采集的信号发送给I/O端子，I/O模块可以通过I/O端子进行AD/DA模拟量、开关量、光编、编码器的数字量输入输出。

工业以太网接口模块，该接口可使用EtherCat、CAN、ProfiNet 等工业以太网协议进行通信，其接收微处理器模块的数据，以EtherCat、CAN、ProfiNet等协议中的一种或多种形式进行数据转换，然后将数据输出至伺服电机驱动器实现对伺服电机的实时控制。

TCP/IP接口模块，该模块接收微处理器模块的数据，将其转换为TCP/IP协议的数据格式发送出去，可以发送到远程终端实现远程监控。

如图4所示，人机界面模块使用带触摸的LCD显示屏进行人机交互。微处理器模块通过RGB接口连接至LCD显示屏实现界面的显示，能够显示控制器运行状态、伺服电机状态、控制各模块；通过IIC通信与触摸芯片进行数据交互，获取触摸的坐标位置。

嵌入式微处理器模板为嵌入式ARM处理器的最小系统，包括 NAND FLASH存储控制程序、I/O引脚和ARM处理器。嵌入式处理器是嵌入式系统的核心，是控制、辅助系统运行的硬件单元。ARM 处理器是一个32位元精简指令集(RISC)处理器架构，ARM处理器广泛地使用在许多嵌入式系统设计，具有体积小、低功耗、低成本、高性能的优点。因而相对于现有技术的传统PC作为控制单元，该控制器体积更小、成本更低。

微处理器模块以分时控制为系统运行方式，现以一个单轴伺服电机控制为例说明该模块在运行时的功能，以下四个任务在每个时间片段上分时执行：

任务一：采集I/O模块的数据进行运算处理；根据微处理器模块运算结果，在I/O模块上输出相应的数字或模拟量信号。

任务二：根据微处理器模块的运动控制算法，输出到工业以太网模块进行控制伺服电机。

任务三：监测TCP/IP接口模块数据，若有数据则传递到微处理器模块进行处理。

任务四：微处理器模块将伺服电机状态以及控制器运行状态显示到人机界面模块的LCD屏上，并接受人机界面模块的触摸输入进行参数整顿等操作。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。