专利名称：基于嵌入式系统的八轴运动控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型是ー种基于嵌入式系统的八轴运动控制器，具体说本实用新型是基于ARM9芯片S3C2440为基础的嵌入式系统为控制核心，外扩出八轴运控单元、上位机通讯接ロ、大容量存储设备以及输入输出扩展，技术领域上属于控制领域。
背景技术：
八轴运动控制广泛应用于数控机床、生产流水线、智能机器人等领域。运动控制发展过程中出现了以单片机控制、DSP控制、FPGA控制，以及基于エ控机/PC机控制等多种控制平台。其中目前应用比较广泛的是以エ控机/PC机控制平台的运动控制。而以エ控机/PC机控制平台具有体积庞大、难以根据应用需要进行系统裁剪，以及易受病毒感染等缺点。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种基于嵌入式系统的八轴运动控制器，在嵌入式系统的基础上实现八轴运动控制，实时实现与上位机的通讯，运算速度快，功耗低，系统开放，易于扩展。本实用新型的技术解决方案是八轴运动控制器由嵌入式系统核心単元(I)上连接八轴运控单元(2 )、上位机通讯接ロ( 3 )、大容量存储设备(4 )和输入输出扩展单元(5 )构成。其中，嵌入式系统核心单元(I)由S3C2440 (15)外接LCD (18)、128MBNANDFLASH (19)、64M SDRAM (20)、12MHz 晶振(16)、ADC 输入(22)、键盘接 ロ(24)、JTAG 接ロ(23)、系统复位模块(25)组成。其中，八轴运控単元(2)包括运控DSP (6)、手脉接ロ(7)、光电隔离伺服驱动接ロ(8)，采用双片PCL6045BL,实现XI、Yl、Zl、Ul、X2、Y2、Z2、U2共八个轴的运动控制信号输出。其中，运控DSP 的 PCL6045BL (A)通过 S3C2440 的 nGCS2 存储空间实现 XI、Yl、Zl、Ul轴的伺服驱动控制；PCL6045BL (B)通过nGCS3的存储空间实现X2、Y2、Z2、U2轴的伺服驱动控制；上述的X1、Y1、Z1、U1、X2、Y2、Z2、U2轴伺服驱动控制均通过TLP181光耦实现光电隔离输入输出。其中，上位机通讯接ロ(3)包括USBDEVICE (9)、以太网通讯接ロ( 10)、以及RS232电平的5线串ロ(11)，由S3C2440 (15)的USBDEVICE 口外扩形成USB从接ロ，S3C2440串ロ I外接MAX3232转换成RS232电平串ロ，DM9000A通过S3C2440的NGCS5存储空间形成以太网通讯接ロ。其中，大容量存储设备(4)包括 AT24C02 EEPROM (15)、SDCARD (14 )、IDE 接 ロ( 13 )以及USBH0ST (12);通过S3C2440的IIC接ロ连接扩展的EEPROM (15)芯片AT24C02，用于存储系统參数；由S3C2440的SD卡接ロ连接扩展的SDCARD (14);由S3C2440的NGCS4内存空间连接扩展的2. 5寸IDE硬盘接ロ(13);由S3C2440的USBH0ST ロ连接扩展的USB主接ロ(12)。其中，输入输出扩展单元(5)采用STM32F103ZC芯片，通过S3C2440串ロ I外接STM32F103ZC芯片(17)，由STM32F103ZC芯片IO ロ连接扩展的68路光电隔离输入输出ロ(18)，以及接DAC8420芯片(16)实现4路0-10V的DAC转换输出。本实用新型具有以下优点I、八轴运动控制单元的两片PCL6045BL占用S3C2440的nGCS2与nGCS3存储空间，通过接收主控器S3C2440速度预处理指令转换成Xl、Yl、Zl、Ul、X2、Y2、Z2、U2轴的运动指令输出，将运动控制指令分别输出给相应的驱动器，这些运动控制指令的输入与输出均经过光电隔离，提高系统的抗干扰能力，并且八轴运动控制单元还接有手动脉冲发生器接ロ， 实现手动脉冲控制功能。2、输入输出扩展单元通过S3C2440的串ロ I通讯，接收S3C2440的开关量输入输出信号，传递给68路光电隔离开关量输入输出单元，输入输出扩展单元还通过DAC8420芯片实现4路0-10V的12位高精度的DAC转换。3、嵌入式系统核心単元的软件基于μ C0S2实时操作系统为基础，实现实时任务调度与管理、上位机通讯、文件管理、轨迹规划、运动预处理等功能。4、基于S3C2440芯片为基础，实现了在嵌入式系统的基础上的八轴运动控制，结构紧凑，速度快，功耗低，成本小、系统稳定，易于扩展。5、八轴运动控制器由PCL6045BL实现直线插补、圆弧插补等运动控制指的计算，有效降低了系统核心S3C2440的工作负荷，提高了整体系统的性能。6、采用了嵌入式系统，在此基础上，通过裁剪，开发出结构更加简单的其他同类的运动控制系统。
图I为本实用新型的整体结构示意图。图2为本实用新型的详细结构示意图。图3为嵌入式系统核心单元的详细结构示意图。图4为八轴运动控制单元的结构示意图。
具体实施方式
如图I所示，八轴运动控制器由嵌入式系统核心単元(I)上连接八轴运控単元
(2)、上位机通讯接ロ(3)、大容量存储设备(4)和输入输出扩展单元(5)构成。其中，如图3所示，嵌入式系统核心单元(I)由 S3C2440 (15)外接LCD (18)、128MB NANDFLASH (19)、64M SDRAM (20)、12MHz 晶振(16)、ADC 输入(22)、键盘接ロ(24)、JTAG接ロ(23)、系统复位模块(25)组成。其中，如图4所示，八轴运控単元(2)包括运控DSP (6)、手脉接ロ(7)、光电隔离伺服驱动接ロ(8)，采用双片PCL6045BL，实现Xl、Yl、ZI、Ul、X2、Y2、Z2、U2共八个轴的运动控制信号输出。其中，运控DSP 的 PCL6045BL (A)通过 S3C2440 的 nGCS2 存储空间实现 XI、Yl、Zl、Ul轴的伺服驱动控制；PCL6045BL (B)通过nGCS3的存储空间实现X2、Y2、Z2、U2轴的伺服驱动控制；上述的XI、Yl、Zl、Ul、X2、Y2、Z2、U2轴伺服驱动控制均通过TLP181光耦实现光电隔离输入输出。八轴运动控制单元以两片PCL6045BL为核心，占用S3C2440的nGCS2、nGCS3存储空间，通过A4-A0地址寻址，通过D15-D0实现与S3C2440的双向数据交换；并有读nRD、nWR、nINT信号与S3C2440相连，实现与S3C2440数据与指令输入输出控制；运动控制单元每个轴的运动控制信号经高速光耦TLP181隔离输出，再经线性驱动器26LS32实现差分输出提高了运动控制脉冲输出的稳定性与抗干扰能力；每个轴的编码器EA\EB信号经高速光-TLPlSl隔离输入给PCL6045BL ;伺服驱动器的正负限位信号、伺服到位信号、报警信号零位信号以及手轮脉冲信号经低速光耦C0MS357NT隔离输入给PCL6045BL，有效提供系统的抗干扰能力；PCL6045BL将Xl、Yl、Zl、Ul、X2、Y2、Z2、U2运动控制脉冲最终传递给各轴相应的驱动器，由驱动器实现对电机的运动控制。其中，如图2所示，上位机通讯接ロ(3)包括USBDEVICE(9)、以太网通讯接ロ( 10)、以及RS232电平的5线串ロ(11)，由S3C2440 (15)的USBDEVICE 口外扩形成USB从接ロ， S3C2440串ロ I外接MAX3232转换成RS232电平串ロ，DM9000A通过S3C2440的NGCS5存储空间形成以太网通讯接ロ。其中，如图2所示，大容量存储设备(4)包括AT24C02 EEPROM (15),SDCARD (14)、IDE接ロ(13)以及USBH0ST (12);通过S3C2440的IIC接ロ连接扩展的EEPROM (15)芯片AT24C02，用于存储系统參数；由S3C2440的SD卡接ロ连接扩展的SDCARD (14);由S3C2440的NGCS4内存空间连接扩展的2. 5寸IDE硬盘接ロ(13);由S3C2440的USBH0ST ロ连接扩展的USB主接ロ(12)。其中，如图2所示，输入输出扩展单元(5)采用STM32F103ZC芯片，通过S3C2440串ロ I外接STM32F103ZC芯片(17)，由STM32F103ZC芯片IO ロ连接扩展的68路光电隔离输入输出ロ( 18)，以及接DAC8420芯片(16)实现4路0-10V的DAC转换输出。
权利要求1.基于嵌入式系统的八轴运动控制器，其特征在于八轴运动控制器由嵌入式系统核心单元(I)上连接八轴运控单元(2 )、上位机通讯接口( 3 )、大容量存储设备(4 )和输入输出扩展单元(5)构成。
2.根据权利要求I所述的基于嵌入式系统的八轴运动控制器，其特征在于嵌入式系统核心单元(I)由S3C2440 (15)外接 LCD (18)、128MB NANDFLASH (19)、64M SDRAM (20), 12MHz晶振(16)、ADC输入(22),键盘接口(24)、JTAG接口(23)、系统复位模块(25)组成。
3.根据权利要求I所述的基于嵌入式系统的八轴运动控制器，其特征在于八轴运控单元(2 )包括运控DSP( 6 )、手脉接口( 7 )、光电隔离伺服驱动接口( 8 )，采用双片PCL6045BL，实现Xl、Yl、Zl、Ul、X2、Y2、Z2、U2共八个轴的运动控制信号输出。
4.根据权利要求3所述的基于嵌入式系统的八轴运动控制器，其特征在于运控DSP的PCL6045BL (A)通过S3C2440的nGCS2存储空间实现X1、Y1、Z1、U1轴的伺服驱动控制；PCL6045BL (B)通过nGCS3的存储空间实现X2、Y2、Z2、U2轴的伺服驱动控制；上述的XI、Y1、Z1、U1、X2、Y2、Z2、U2轴伺服驱动控制均通过TLP181光耦实现光电隔离输入输出。
5.根据权利要求I所述的基于嵌入式系统的八轴运动控制器，其特征在于上位机通讯接口(3)包括USBDEVICE (9)、以太网通讯接口( 10)、以及RS232电平的5线串口(11)，由 S3C2440 (15)的 USBDEVICE 口外扩形成 USB 从接口，S3C2440 串口 I 外接 MAX3232 转换成RS232电平串口，DM9000A通过S3C2440的NGCS5存储空间形成以太网通讯接口。
6.根据权利要求I所述的基于嵌入式系统的八轴运动控制器，其特征在于大容量存储设备(4)包括 AT24C02 EEPROM (15)、SDCARD (14)、IDE 接口(13)以及 USBH0ST (12)；通过S3C2440的IIC接口连接扩展的EEPROM (15)芯片AT24C02，用于存储系统参数；由S3C2440的SD卡接口连接扩展的SDCARD (14);由S3C2440的NGCS4内存空间连接扩展的2.5寸IDE硬盘接口(13);由S3C2440的USBH0ST 口连接扩展的USB主接口(12)。
7.根据权利要求I所述的基于嵌入式系统的八轴运动控制器，其特征在于输入输出扩展单元(5)采用STM32F103ZC芯片，通过S3C2440串口 I外接STM32F103ZC芯片(17)，由STM32F103ZC芯片IO 口连接扩展的68路光电隔离输入输出口(18)，以及接DAC8420芯片(16)实现4路0-10V的DAC转换输出。
专利摘要本实用新型公开了基于嵌入式系统的八轴运动控制器，由嵌入式系统核心单元(1)上连接八轴运控单元(2)、上位机通讯接口(3)、大容量存储设备(4)和输入输出扩展单元(5)构成。本实用新型将嵌入式系统与运动控制DSP芯片相结合，兼顾成本与稳定性，不仅能独立于上位机运行，并能实时实现与上位机的通讯，运算速度快，功耗低，系统开放，易于扩展。
文档编号G05B19/042GK202502374SQ20122011700
公开日2012年10月24日 申请日期2012年3月26日 优先权日2012年3月26日
发明者章艳华, 金永福 申请人:淮安信息职业技术学院