一种总线控制和通讯的隧道检测车控制系统的制作方法

本发明涉及机电一体化控制技术领域，具体涉及一种总线控制和通讯及自动/手动调节的隧道检测车控制系统。

背景技术：

隧道病害自动检测车是集机械、电子、强电、弱电为一体的大型机电一体化设备。在电子领域，集成了多个强大的功能模块；在机械领域，集成了升降台、收缩臂、液压系统及多电机控制系统；在运输领域，配载着一辆专用的特种车辆。在如此复杂的电器管理和恶劣的电磁环境下，设计一种模块化、可扩展、抗电磁干扰、性能稳定、可靠性高、人机界面操作简便直观可靠的电器控制操作系统是必不可少。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种总线控制和通讯的隧道检测车控制系统,其逻辑关系清晰、走线简单、扩展性强、手动自动兼容、操作简便直观及抗电磁干扰强的电器控制系统，以解决上述需求。

为实现上述目的本发明采用以下技术方案：

一种总线控制和通讯的隧道检测车控制系统，包括上位机、rs485串行总线、rs485收发模块、控制面板模块、多路传感器数据采集模块、升降电机模块、多个伸缩电机模块，所述上位机通过usb转rs485串行总线经rs485收发模块分别与控制面板模块、多路传感器数据采集模块、升降电机模块、伸缩电机模块连接。

控制面板模块具备手动和自动操作，手动自动转换由开关k1转换，所述开关k1拨到自动位，单片机识别到自动位状态，即读取自动调节开关k2状态，所述片机采用32位stm32f4系列，stm32f4系列功能强大，其集成了dsp和fpu指令，且其具备高速通用的特点。单片机的输入端口部分完成外部输入量和开关状态的采集，输出端口部分经过输出驱动电路完成相关信号控制，通讯端口部分完成串口通讯。所述自动调节开关状态为低电平，单片机将自动调节命令通过rs485串行总线传给上位机，所述上位机接到自动调节命令，即读取多路传感器数据采集模块(模块2)的数据，所述多路传感器数据采集模块(模块2)中的多路传感器中的距离传感器的数据被读入到上位机，上位机通过计算，给升降电机模块(模块3)发出操作命令，所述升降电机模块(模块3)接收到操作命令，驱动交流电机运转一定的时间，带动升降台上升或下降一段距离，升降台调节到位后，上位机再读取多路传感器数据采集模块(模块2)中的距离传感器的数据，与多路传感器数据采集模块(模块2)中的其他采集传感器要求的距隧道壁的最佳采集距离比较，计算出距离误差，上位机再通过rs485串行总线分别给升降电机模块(模块3)、伸缩电机模块(模块4)……模块n分别发出不同的调节命令，升降电机模块(模块3)、伸缩电机模块(模块4)……模块n接到操作命令后，控制相应的步进电机转动，带动伸缩臂调整伸缩长度。

所述开关k1拨到手动位，单片机读取电机选择开关k3的状态，所述电机选择开关k3在升降电机位，单片机再读取升/伸开关k4状态，所述升/伸开关k4开关被按动，所述单片机将升信息发给上位机，所述上位机把升的命令发给升降电机模块(模块3)，所述升降电机模块(模块3)中的升降电机正转几圈，带动升降台上升一小节；所述升/伸开关k4未被按动，单片机则读取降/缩开关k5状态，所述降/缩开关k5开关被按动，所述单片机将降信息发给上位机，所述上位机把降的命令发给升降电机模块(模块3)，所述升降电机模块(模块3)中的升降电机反转几圈，带动升降台下降一小节。

所述电机选择开关k3在伸缩电机1位置，单片机即读取升/伸开关k4状态，所述升/伸开关k4被按动，所述单片机将伸信息发给上位机，所述上位机把升的命令发给伸缩电机模块(模块4)，所述伸缩电机模块(模块4)中的步进电机正转几圈，带动伸缩臂生出一小节距离，所述升/伸开关k4开关未被按动，单片机则读取降/缩开关k5开关状态，所述降/缩开关k5开关被按动，所述单片机将缩信息发给上位机，所述上位机把缩的命令发给伸缩电机模块(模块4)，所述伸缩电机模块(模块4)中的步进电机反转几圈，带动伸缩臂缩短一小节距离。

本发明的有益效果是：本发明首次将面板控制界面和上位机控制形式交互应运在隧道检测车中；首次对隧道检测车的升降台和伸缩臂控制采用自动和手动控制两种功能形式；首次将总线控制理念应用在隧道检测车的系流控制及传感器数据采集中，总线不仅仅只限于rs485、rs232；是一个逻辑关系清晰、走线简单、扩展性强、手动自动兼容、操作简便直观及抗电磁干扰强的电器控制系统，

附图说明

图1为本发明系统原理框图；

图2为本发明面板控制原理图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的阐述。

如图1所示，一种总线控制和通讯的隧道检测车控制系统，包括上位机、rs485串行总线、rs485收发模块、控制面板模块、多路传感器数据采集模块、升降电机模块、多个伸缩电机模块，所述上位机通过usb转rs485串行总线经rs485收发模块分别与控制面板模块、多路传感器数据采集模块、升降电机模块、伸缩电机模块连接。

如图1、2所示，控制面板模块具备手动和自动操作，手动自动转换由控制面板模块(模块1)中开关k1转换，所述开关k1拨到自动位，单片机识别到自动位状态，即读取自动调节开关k2状态，所述自动调节开关状态为低电平，单片机将自动调节命令通过rs485串行总线传给上位机，所述上位机接到自动调节命令，即读取多路传感器数据采集模块(模块2)的数据，所述多路传感器数据采集模块(模块2)中的多路传感器中的距离传感器的数据被读入到上位机，上位机依据距离数据通过计算，给升降电机模块(模块3)发出操作命令，所述升降电机模块(模块3)接收到操作命令，驱动交流电机运转一定的时间，带动升降台上升或下降一段距离，升降台调节到位后，上位机再读取升降台调节后的多路传感器数据采集模块(模块2)中的距离传感器的数据，与多路传感器数据采集模块(模块2)中的其余测试传感器要求的距隧道壁的其他采集最佳测试距离比较，计算出距离误差，上位机再通过rs485串行总线分别给升降电机模块(模块3)、伸缩电机模块(模块4)……模块n分别发出不同的调节命令，伸缩电机模块(模块4)……模块n接到操作命令后，控制相应的步进电机转动，带动伸缩臂调整伸缩长度。

所述开关k1拨到手动位，单片机读取电机选择开关k3的状态，所述电机选择开关k3在升降电机位，单片机再读取升/伸开关k4状态，所述升/伸开关k4开关被按动，所述单片机将升信息发给上位机，所述上位机把升的命令发给升降电机模块(模块3)，所述升降电机模块(模块3)中的升降电机正转几圈，带动升降台上升一小节；所述升/伸开关k4未被按动，单片机则读取降/缩开关k5状态，所述降/缩开关k5开关被按动，所述单片机将降信息发给上位机，所述上位机把降的命令发给升降电机模块(模块3)，所述升降电机模块(模块3)中的升降电机反转几圈，带动升降台下降一小节。

所述电机选择开关k3在伸缩电机1位置，单片机即读取升/伸开关k4状态，所述升/伸开关k4被按动，所述单片机将伸信息发给上位机，所述上位机把升的命令发给伸缩电机模块(模块4)，所述伸缩电机模块(模块4)中的步进电机正转几圈，带动伸缩臂伸出一小节距离，所述升/伸开关k4开关未被按动，单片机则读取降/缩开关k5开关状态，所述降/缩开关k5开关被按动，所述单片机将缩信息发给上位机，所述上位机把缩的命令发给伸缩电机模块(模块4)，所述伸缩电机模块(模块4)中的步进电机反转几圈，带动伸缩臂缩短一小节距离。

rs485具有全双功和半双功可选，在隧道检测车中，用半双功即可满足要求。挂在rs485总线上的所有功能模块均与上位机通过rs485进行通讯。其原理如下：指令值为16进制，通讯泼特率9600。

rs485串行命令格式：

表中是对伸缩电机控制为例的rs485串行命令格式。

第一位：数据头，ba代表该串行命令为控制命令。

第二位：电机旋转方向，01h：正转；02h：反转。

第三位：电机转动或停止，01h：转动；02h：停止。

第四位：地址位，04h….254h,

第五位：运动轨道道上的限位开关，01：限位开关“开”；02：限位开关“关”

第六、七、八位：电机转多少圈的脉冲数。

第九位：校验位，保证数据接收的正确性。

第十位：数据尾，fe：表示本此串行命令结束。

挂在总线上的功能模块，每一个都有唯一的地址。如：面板功能控制地址为01h；多路传感器数据采集地址为02h；升降电机控制地址为03h；升缩电机控制1地址为04h……以此类推。总线上可挂254个功能模块。由于每个功能模块地址是唯一的，所以，上位机发出的操作或读取命令中所含地址与某功能模块自身地址相同时，该功能模块才做出响应，其余地址不同，则不做出响应。

例如：上位机要对升降电机进行操作。首先，发出控制命令中含有地址02h的命令，读取多路传感器的数据，然后根据读取的数据计算出升降电机的升降高度，发出带有03h的控制命令，升降电机控制模块接到上位机的命令，按命令的数据上升或下降一定高度，完成上位机对升降机系统的一次操作。

由于隧道检测车电磁环境复杂，且信号传输距离较远，利用rs485自身的长距离传输特性和抗电磁干扰特性，很好的解决了以上问题。

以上所述为本发明较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。