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【主权项】
1.一种基于DSP的桥式吊车自动控制系统硬件平台，其特征在于，包括DSP控制模块、信号发生模块、两块信号隔离模块、继电器模块、传感器模块以及无线通信模块和电源模块；所述传感器模块包括两个点激光、一个惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)和三路编码器;DSP控制模块通过第一信号隔离模块I连接继电器模块，第一信号隔离模块I同时和传感器模块中的编码器连接，DSP控制模块同时通过无线通信模块连接上位机和传感器模块中的MU，并与传感器模块中的点激光和第二信号隔离模块2直接相连，第二信号隔离模块2同时与信号发生模块连接； 两个点激光中，测量大车位置的点激光称为大车点激光，测量小车位置的点激光称为小车点激光，两个点激光都安装在桥式吊车大车的一端，并搭配反光板，其中大车点激光的反光板固定在厂房一侧的围墙上，小车点激光的反光板固定在小车一侧，在大车、小车所在平面建立坐标系，以大车点激光打到反光板的位置为零点，把大车运行轨迹所在直线称为X轴，小车运行轨迹所在直线称为Y轴，大车、小车都在第一象限运行且不会超过这个范围，因此大车点激光到围墙上反光板的距离为吊车X轴坐标，即大车的位置，小车点激光到小车上反光板的距离为吊车Y轴坐标，即小车的位置;MU安装在吊钩上，它能够测量吊绳的摆角信息;三路编码器分别安装在小车、大车和升降三个电机上，它们能够测量三个电机的转速信息； 所述电源模块包括内电源和外电源两块直流开关电源，每块电源均有5V、12V和24V三个端子，输入电压为220V，额定功率为120W;内电源用于给DSP控制模块、信号发生模块、两块信号隔离模块、两个点激光和无线通信模块供电，外电源用于给继电器模块和两块信号隔离模块供电； 由所述DSP控制模块、信号发生模块、两块信号隔离模块和继电器模块组成控制电路，在控制电路中，由所述内电源供电的部分称为控制电路内电路，由所述外电源供电的部分称为控制电路外电路，这两部分电路的内部信号分别共地并与彼此电源地分开，在所述两块信号隔离模块内部使用光耦将两部分电源地分开。2.根据权利要求1所述的基于DSP的桥式吊车自动控制系统硬件平台，其特征在于，所述DSP控制模块的主控芯片为DSP28335，辅助芯片为Cyclone II型号的FPGA，由内电源12V端进行供电，外部接口包括DSP28335自带的7路脉冲宽度调制(pulse width modulat1n,PWM)波接口、3路串口和2路控制器局域网(controller area network,CAN)接口，DSP程序包括实现与上位机交互的通信协议程序，处理传感器模块数据的程序和实现控制算法的程序，FPGA程序能够处理最多7路编码器信号，7路限位信号，并能产生最多7路电机正反转信号，DSP与FPGA之间采用总线时钟方式连接； 所述信号发生模块的主控芯片为DSP2812，由内电源5V端进行供电，用于产生需要的固定频率的PffM控制信号； 所述两块信号隔离模块，第一信号隔离模块I由内电源5V端和外电源12V端进行供电，第二信号隔离模块2由内电源5V端和外电源24V端进行供电;两块信号隔离模块分别用于对需要的PWM控制信号、电机正反转信号和限位信号进行差分滤波和光耦隔离，并能增强PWM信号、电机正反转信号的驱动能力； 所述继电器模块分别由外电源5V端和24V端进行供电，5V端为控制信号输入端，24V端为控制信号输出端，DSP控制模块产生的电机正反转信号经过第一信号隔离模块I后输入继电器模块，用于控制24V端的常开常闭端子的接通和断开，进而通过外电源24V电压信号控制电机正反转； 所述无线通信模块为低频无线模块，接口是RS232，所述传感器MU能够通过无线通信模块将测量信息发送给所述DSP控制模块，并且所述DSP控制模块能够利用无线通信模块实现与上位机的实时交互，能够接收上位机的控制命令并应答，并且将吊车的状态信息实时反馈给上位机； 所述DSP控制模块产生的HVM控制信号通过所述第一信号隔离模块I后控制电机转速，所述DSP控制模块产生的电机正反转信号通过所述第一信号隔离模块I和继电器模块后控制电机正反转，所述DSP控制模块通过所述两块信号隔离模块采集需要的限位信号和编码器信号，经过DSP控制模块外围电路和FPGA程序的处理后存储到相应的DSP寄存器中。3.根据权利要求1或2所述的基于DSP的桥式吊车自动控制系统硬件平台，其特征在于所述硬件平台采用的控制信号是PWM波，能够应用在所有使用变频器的吊车系统中，并能使用不同的控制程序实现不同的控制效果。4.根据权利要求1或2所述的基于DSP的桥式吊车自动控制系统硬件平台，其特征在于所述硬件平台设计了一套完整的与上位机交互的通信协议，具有对意外状况的容错设计，能够保证数据的正确传输和对吊车控制命令的及时反馈;该通信协议主要包括以下两部分: 1)上位机主动发给DSP控制模块的命令，包括:位置控制命令帧，升降控制命令帧，紧急制动命令帧和复位命令帧;其中位置控制命令和升降控制命令均使用异或校验以保证数据的准确性； 2)DSP控制模块主动发给上位机的命令，包括:应答帧，吊车位置状态帧和吊钩实时状态帧;其中应答帧采用异或校验以保证数据的准确性;应答帧具体又分为:位置控制命令准确收到帧、升降控制命令准确收到帧、位置控制命令完成帧、升降控制命令完成帧、控制命令接收错误或控制命令未完成帧、紧急制动命令完成帧、复位命令完成帧和吊车手自动状态帧。5.根据权利要求1或2所述的基于DSP的桥式吊车自动控制系统硬件平台，其特征在于所述硬件平台采用低频无线模块进行无线通信，能够满足吊车场景复杂多变、经常有物体遮挡、控制板与上位机通信距离较远工作环境的通信要求。6.根据权利要求2所述的基于DSP的桥式吊车自动控制系统硬件平台，其特征在于使用FPGA芯片对DSP进行功能扩展，能够同时处理最多7路编码器信号。7.根据权利要求2所述的基于DSP的桥式吊车自动控制系统硬件平台，其特征在于使用点激光传感器实时测量吊车位置，能使吊车的定位精度达到± 5_。8.根据权利要求1所述的基于DSP的桥式吊车自动控制系统硬件平台，其特征在于用光耦将所述控制电路内电路与控制电路外电路和被控对象进行隔离，以降低被控对象电信号对控制电路内电路信号的干扰。
【专利摘要】一种基于DSP的桥式吊车自动控制系统硬件平台。包括DSP控制模块、信号发生模块、两块信号隔离模块、继电器模块、传感器模块以及无线通信模块和电源模块。DSP控制模块和信号发生模块能够产生所需频率的脉冲信号作为吊车的控制信号。两块信号隔离模块分别将继电器模块和DSP控制模块、信号发生模块和被控对象隔离开。传感器模块能够测量吊车的位置、吊绳的摆角和电机的转速。DSP控制模块通过无线通信模块与传感器模块、上位机进行数据交互。本发明利用在DSP控制模块上开发的控制程序和通信协议，能够实现对桥式吊车的远程控制，并实现了基于轨迹规划的桥式吊车“消摆”和定位控制。实验结果表明，本发明能取得良好的控制效果，具有很好的实际应用价值。
【IPC分类】G05B19/042
【公开号】CN105676728
【申请号】CN201610016151
【发明人】方勇纯, 刘海亮, 何博, 张一淳, 许 鹏
【申请人】南开大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月12日