多轴转台控制与显示系统的制作方法
【专利摘要】多轴转台控制与显示系统，属于航空航天领域，本发明为解决现有小型转台控制系统的兼容性差，不能满足不同场合对转台控制系统的要求的问题。本发明包括控制部和显示部；控制部包括FPGA、控制DSP、模数转换电路、数模转换电路、SRAM、电机驱动单元和第一串口电路；FPGA接收光电码盘的框架与基座相对运动信息；接收测速陀螺的基座运动信息，FPGA的数据存储在SRAM，FPGA通过控制DSP控制电机工作；控制DSP的片选控制信号给第一串口电路；显示部包括显示DSP、第二串口电路、显示驱动电路、八位数码管、按键和LED；显示DSP接收外部指令，并通过LED和八位数码管显示。
【专利说明】多轴转台控制与显示系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种转台，属于航空航天领域。
【背景技术】
[0002]在航天、航空领域中，其技术迅猛发展，技术的优劣直接影响着军事地位的争夺，制导技术更是其中的关键影响因素。转台在飞机器姿态模拟中起到了至关重要的作用，它能够模拟飞行器的在各个角度的形态，从而呈现出飞行器在飞行过程的各项动态特性，所以转台的性能好坏直接影响到测试仿真实验的质量，关系到测试结果的可靠性和可信性。转台性能主要取决于控制板性能的好坏。由于转台的应用场合越来越多，现在转台一般是单轴、双轴、三轴几种，单一类型的转台适用场合单一，每换一种应用场合就换一个控制系统的转台显然太麻烦，增加了许多不必要的工作量。
【发明内容】
[0003]本发明目的是为了解决现有小型转台控制系统的兼容性差，不能满足不同场合对转台控制系统的要求的问题，提供了一种多轴转台控制与显示系统。
[0004]本发明所述多轴转台控制与显示系统，它包括控制部和显示部；
[0005]控制部包括FPGA、控制DSP、模数转换电路、数模转换电路、SRAM、电机驱动单元和第一串口电路；
[0006]模数转换电路的模拟信号输入端接收测速陀螺的基座运动信息，模数转换电路的数字信号输出端与FPGA的基座运动信息输入端相连；
[0007]FPGA的框架与基座相对运动信息输入端接收光电码盘的框架与基座相对运动信息；
[0008]FPGA数据存储输入输出端与SRAM的第一数据传输端相连；SRAM的第二数据传输端与控制DSP的第一输入输出端相连；控制DSP的第二输入输出端与FPGA的输入输出端相连；控制DSP的输出端与数模转换电路的数字信号输入端相连，数模转换电路的模拟信号输出端与电机驱动单元的输入端相连，电机驱动单元驱动电机运行；
[0009]控制DSP的片选控制信号输出端与第一串口电路的片选控制信号输入端相连；第一串口电路的第一输入输出端与FPGA的串口输入输出端相连；第一串口电路的第二输入输出端与PC机的串口输入输出端相连；
[0010]显示部包括显示DSP、第二串口电路、显示驱动电路、八位数码管、按键和LED ；
[0011]第二串口电路的第一输入输出端与第一串口电路的第三输入输出端；第二串口电路的第二输入输出端与显不DSP的串口输入输出端；显不DSP的第一显不信号输出端与显示驱动电路的输入端相连，显示驱动电路的输出端与八位数码管的显示信号输入端相连；显示DSP的第二显示信号输出端与LED的显示信号输入端相连；显示DSP的外部指令输入端与按键的外部指令输出端相连。
[0012]本发明的优点:
[0013]一、兼容性强，本发明可以适用于各种中小型，双轴、三轴转台。
[0014]二、精度高，本发明采用16位数模转换电路，电流控制精度达到1mA。我们使用先进的FIR滤波算法，可以有效的减小测量过程中引入的各种误差。
[0015]三、体积小，维修简单，本发明采用控制板，驱动板，显示板分离，有效的利用了空间，减小了体积。如果某一部分损坏只需要更换其相应部分即可，节约了维修成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明所述多轴转台控制与显示系统的原理框图；
[0017]图2是电机驱动单元的原理框图；
[0018]图3是电源电路的原理框图。
【具体实施方式】
[0019]【具体实施方式】一:下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述多轴转台控制与显示系统，它包括控制部I和显示部2 ；
[0020]控制部包括FPGA11、控制DSP12、模数转换电路13、数模转换电路14、SRAM15、电机驱动单元16和第一串口电路17 ；
[0021]模数转换电路13的模拟信号输入端接收测速陀螺的基座运动信息，模数转换电路13的数字信号输出端与FPGAll的基座运动信息输入端相连；
[0022]FPGAll的框架与基座相对运动信息输入端接收光电码盘的框架与基座相对运动信息；
[0023]FPGAll数据存储输入输出端与SRAM15的第一数据传输端相连；SRAM15的第二数据传输端与控制DSP12的第一输入输出端相连；控制DSP12的第二输入输出端与FPGAll的输入输出端相连；控制DSP12的输出端与数模转换电路14的数字信号输入端相连，数模转换电路14的模拟信号输出端与电机驱动单元16的输入端相连，电机驱动单元16驱动电机运行；
[0024]控制DSP12的片选控制信号输出端与第一串口电路17的片选控制信号输入端相连；第一串口电路17的第一输入输出端与FPGAll的串口输入输出端相连；第一串口电路17的第二输入输出端与PC机的串口输入输出端相连；
[0025]显示部2包括显示DSP21、第二串口电路22、显示驱动电路23、八位数码管24、按键 25 和 LED26 ；
[0026]第二串口电路22的第一输入输出端与第一串口电路17的第三输入输出端；第二串口电路22的第二输入输出端与显示DSP21的串口输入输出端；显示DSP21的第一显示信号输出端与显示驱动电路23的输入端相连，显示驱动电路23的输出端与八位数码管24的显示信号输入端相连；显示DSP21的第二显示信号输出端与LED26的显示信号输入端相连；显示DSP21的外部指令输入端与按键25的外部指令输出端相连。
[0027]FPGAll 采用 EP2C5T144I8 芯片来实现。
[0028]控制DSP12采用TI公司的TMS320F28335芯片来实现。
[0029]SRAMl5采用CY7C1041芯片来实现。
[0030]模数转换电路13采用AD7606芯片来实现，数模转换电路14采用AD5547芯片来实现。模数转换电路13的每路输入之前均采用二极管构成的钳位电路将输入电压钳制在正负5V之间，以免过大电压输入烧毁芯片。数模转换电路14采用AD5547芯片及其外围电路搭建，实现4路数模转换。数模转换电路14输入端与DSP12相连。
[0031]显示DSP21采用飞思卡尔公式的56f803芯片来实现。
[0032]显示驱动电路23采用三片MAX7219芯片并联来实现。
[0033]测速陀螺将测得基座运动信息传递到模数转换电路13，转换成数字信号后，再传递给FPGAl I，FPGAll再将基座运动信息存储到SRAM15中。
[0034]光电码盘将测得的框架与基座相对运动信息传递给FPGAl I并通过FPGAl I将相对运动信息存储到SRAM15中。
[0035]SRAMl5的数据端口与FPGAll相连，用于存储数据，SRAM15的地址端口与控制DSP12相连，用于指定数据存储地址。
[0036]FPGAll与DSP12的两个串口电路相连，由FPGAll实现两个2_4译码器功能，从而将DSP12的两个通信串口扩展成为八个通信串口，由DSP12的I/O端口实现串口的片选。
[0037]第一串口电路17中某个串口与PC机相连，将转台框架运动信息传递给PC机，并将PC机的指令信息传递给控制DSP12、显示DSP21。
[0038]第一串口电路17中的某一串口将转台的框架运动信息通过第二串口电路22的串口传递给显示DSP21。
[0039]显示DSP21与分别于三个8位数码管驱动芯片MAX7219输入端相连，MAX7219输出端与对应8位数码管相连。3路8为数码管分别显示转台三个轴的角位置信息。
[0040]显示DSP21与4个LED灯相连，用于显示暂停以及故障信息。
[0041]显示DSP21与4个按键相连，用于接收用户设置框架零位置指令。
[0042]第一串口电路17由FPGA扩展成了 8路串口，而第二串口电路22只是单独的一路，没有外扩。
[0043]现在转台一般是单轴、双轴、三轴几种，本实施方式所述方案可以满足这三种需求，当应用场合变化的时候，不需要更换控制系统，本实施方式的驱动部分和控制部分是做在两块板子上的，通过插针进行连接，方便更换。驱动电路芯片选型为WAKING公司的开关放大器，由于这种封装有多种不同性能的放大器，可以在不改变电路板的前提下，满足多种驱动电机的驱动需求。输入我们使用的是8输入A/D转换芯片，输入端均通过插针引出。输出端也通过插针引出。不同的插针连接方式，就可实现速度环控制、位置环控制、电流环控制等不同的控制方式。
[0044]【具体实施方式】二:下面结合图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，电机驱动单元16包括I/V转换电路161、I号电机驱动电路162、2号电机驱动电路163、3号电机驱动电路164、1号数控恒流源165、2号数控恒流源166和3号数控恒流源167 ;I/V转换电路161的电流信号输入端与数模转换电路14的模拟信号输出端相连；I/V转换电路161的第一电压信号输出端与I号电机驱动电路162的输入端相连,I号电机驱动电路162的驱动信号输出端与I号数控恒流源165的输入端相连，I号数控恒流源165的输出端与I号电机的使能端相连；Ι/ν转换电路161的第二电压信号输出端与2号电机驱动电路163的输入端相连,2号电机驱动电路163的驱动信号输出端与2号数控恒流源166的输入端相连，2号数控恒流源166的输出端与2号电机的使能端相连；I/V转换电路161的第三电压信号输出端与3号电机驱动电路164的输入端相连,3号电机驱动电路164的驱动信号输出端与3号数控恒流源167的输入端相连,3号数控恒流源167的输出端与3号电机的使能端相连。
[0045]数模转换电路14输出与I/V电路输入端161相连，将数模转换电路14输出的电流信号转换成为电压信号。Ι/ν电路输入端161输出端连接由功率放大器WPA12搭建的驱动电路，提高系统的驱动能力。为了使功率放大器的输出电流与数模转换电路14输出电压成严格的线性关系，我们在驱动电路后连接霍尔元件并用运算放大器构成反馈回路。驱动电路输出端通过数控恒流源连接电机，控制转台框架运动。
[0046]【具体实施方式】三:下面结合图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式二作进一步说明，还包括电源电路3，电源电路3包括第一双电源301、第二双电源302、第一直流电源303、第二直流电源304、第三直流电源305、第四直流电源306、第一降压电路307、第二降压电路308、第三降压电路309和第四降压电路310 ；
[0047]第一双电源301为外供电源；第一双电源301为I号?3号电机供电；
[0048]第一双电源301经第一降压电路307降压处理后获取第二双电源302 ;第二双电源302为运算放大器供电；
[0049]第一双电源301经第二降压电路308降压处理后获取第一直流电源303 ;第一直流电源303为光电码盘、测速陀螺、模数转换电路13、数模转换电路14、SRAM15和电机驱动单元16供电；
[0050]第一直流电源303经第三降压电路309降压处理后获取第二直流电源304和第三直流电源305 ;第二直流电源304为控制DSP12的I/O外围电路、显示DSP21内核和FPGAll的I/O外围电路供电；第三直流电源305为控制DSP12内核供电；
[0051]第二直流电源304经第四降压电路310降压处理后获取第四直流电源306 ;第四直流电源306为FPGAll内核供电。
【权利要求】
1.多轴转台控制与显示系统，其特征在于，它包括控制部(I)和显示部(2); 控制部包括FPGA (I I)、控制DSP (12)、模数转换电路(13)、数模转换电路(14)、SRAM (15)、电机驱动单元(16)和第一串口电路(17)； 模数转换电路(13)的模拟信号输入端接收测速陀螺的基座运动信息，模数转换电路(13)的数字信号输出端与FPGA(Il)的基座运动信息输入端相连； FPGA(Il)的框架与基座相对运动信息输入端接收光电码盘的框架与基座相对运动信息； FPGA(Il)数据存储输入输出端与SRAM(15)的第一数据传输端相连；SRAM(15)的第二数据传输端与控制DSP(12)的第一输入输出端相连；控制DSP(12)的第二输入输出端与FPGA(Il)的输入输出端相连；控制DSP(12)的输出端与数模转换电路(14)的数字信号输入端相连，数模转换电路(14)的模拟信号输出端与电机驱动单兀(16)的输入端相连，电机驱动单元(16)驱动电机运行； 控制DSP (12)的片选控制信号输出端与第一串口电路(17)的片选控制信号输入端相连；第一串口电路(17)的第一输入输出端与FPGA(Il)的串口输入输出端相连；第一串口电路(17)的第二输入输出端与PC机的串口输入输出端相连； 显示部(2)包括显示DSP(21)、第二串口电路(22)、显示驱动电路(23)、八位数码管(24)、按键(25)和 LED (26)； 第二串口电路(22)的第一输入输出端与第一串口电路(17)的第三输入输出端；第二串口电路(22)的第二输入输出端与显示DSP(21)的串口输入输出端；显示DSP(21)的第一显示信号输出端与显示驱动电路(23)的输入端相连，显示驱动电路(23)的输出端与八位数码管(24)的显示信号输入端相连；显示DSP (21)的第二显示信号输出端与LED (26)的显示信号输入端相连；显示DSP(21)的外部指令输入端与按键(25)的外部指令输出端相连。
2.根据权利要求1所述多轴转台控制与显示系统，其特征在于，电机驱动单元(16)包括I/V转换电路(161)、1号电机驱动电路(162)、2号电机驱动电路(163)、3号电机驱动电路(164)、I号数控恒流源(165)、2号数控恒流源(166)和3号数控恒流源(167) ;I/V转换电路(161)的电流信号输入端与数模转换电路(14)的模拟信号输出端相连；I/V转换电路(161)的第一电压信号输出端与I号电机驱动电路(162)的输入端相连,I号电机驱动电路(162)的驱动信号输出端与I号数控恒流源(165)的输入端相连，I号数控恒流源(165)的输出端与I号电机的使能端相连；Ι/ν转换电路(161)的第二电压信号输出端与2号电机驱动电路(163)的输入端相连,2号电机驱动电路(163)的驱动信号输出端与2号数控恒流源(166)的输入端相连,2号数控恒流源(166)的输出端与2号电机的使能端相连；I/V转换电路(161)的第三电压信号输出端与3号电机驱动电路(164)的输入端相连,3号电机驱动电路(164)的驱动信号输出端与3号数控恒流源(167)的输入端相连，3号数控恒流源(167)的输出端与3号电机的使能端相连。
3.根据权利要求2所述多轴转台控制与显示系统，其特征在于，I号电机驱动电路(162)、2号电机驱动电路(163)和3号电机驱动电路(164)均采用功率放大器WPA12搭建，功率放大器WPA12连接每个电机上设置的霍尔元件，并用运算放大器构成反馈电路。
4.根据权利要求3所述多轴转台控制与显示系统，其特征在于，还包括电源电路(3)，电源电路(3)包括第一双电源(301)、第二双电源(302)、第一直流电源(303)、第二直流电源(304)、第三直流电源(305)、第四直流电源(306)、第一降压电路(307)、第二降压电路(308)、第三降压电路(309)和第四降压电路(310)； 第一双电源(301)为外供电源；第一双电源(301)为I号?3号电机供电； 第一双电源(301)经第一降压电路(307)降压处理后获取第二双电源(302);第二双电源(302)为运算放大器供电； 第一双电源(301)经第二降压电路(308)降压处理后获取第一直流电源(303);第一直流电源(303)为光电码盘、测速陀螺、模数转换电路(13)、数模转换电路(14)、SRAM(15)和电机驱动单元(16)供电； 第一直流电源(303)经第三降压电路(309)降压处理后获取第二直流电源(304)和第三直流电源(305);第二直流电源(304)为控制DSP(12)的I/O外围电路、显示DSP(21)内核和FPGA(Il)的I/O外围电路供电；第三直流电源(305)为控制DSP(12)内核供电； 第二直流电源(304)经第四降压电路(310)降压处理后获取第四直流电源(306);第四直流电源(306)为FPGA(Il)内核供电。
5.根据权利要求1所述多轴转台控制与显示系统，其特征在于，FPGA(Il)采用EP2C5T144I8芯片来实现。
6.根据权利要求1所述多轴转台控制与显示系统，其特征在于，控制DSP(12)采用TI公司的TMS320F28335芯片来实现。
7.根据权利要求1所述多轴转台控制与显示系统，其特征在于，SRAM(15)采用CY7C1041芯片来实现。
8.根据权利要求1所述多轴转台控制与显示系统，其特征在于，模数转换电路(13)采用AD7606芯片来实现，数模转换电路(14)采用AD5547芯片来实现。
9.根据权利要求1所述多轴转台控制与显示系统，其特征在于，显示DSP(21)采用飞思卡尔公式的56f803芯片来实现。
10.根据权利要求1所述多轴转台控制与显示系统，其特征在于，显示驱动电路(23)采用三片MAX7219芯片并联来实现。
【文档编号】G05D3/12GK104181938SQ201410400094
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月14日 优先权日:2014年8月14日
【发明者】龙柏君, 王舰, 童浩 申请人:哈尔滨工业大学