一种天线伺服控制装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种天线伺服控制装置，包括控制器、RS485总线、节点适配器、外控设备、电机和机械传动装置，电机通过机械传动装置驱动天线，控制器的通讯端与RS485总线连接，RS485总线通过多条总线分支线与多个节点适配器的通讯端一一对应连接，多个节点适配器还分别与多个电机的信号端和多个外控设备的信号输出端连接。本实用新型所述天线伺服控制装置采用总线方式控制电机以及收集状态信息，减少了连接器数量和连线，在总线较长时尤其明显，因此可有效降低系统成本和复杂程度；采用RS485总线替代传统CAN总线，可大幅提升总线速度：CAN总线的速度不超过1Mbps，而RS485总线可到20Mbps，甚至更高，且稳定可靠。
【专利说明】一种天线伺服控制装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种天线控制装置，尤其涉及一种接口数量少、通讯速度快的天 线伺服控制装置。
【背景技术】
[0002] 天线应用非常广泛，如卫星天线、雷达天线、车载天线等，其中的中、大型天线一般 需要控制装置来实现天线的旋转，以实现最佳的信号接收效果。为了实现天线的精确控制， 一般采用伺服控制装置对天线进行控制。
[0003] 传统天线伺服控制装置的通信方式有两种，一种是控制器与电机直接相连，电机 通过机械传动装置带动天线旋转，这种结构的电气控制部分如图1所示，一个控制器分别 控制多个独立电机，图1中示出了第一电极至第N电机，这种结构对控制器的接口数量要 求较多，不具备利用总线的分时复用功能，从而难以简化连线，导致连线复杂且成本高的缺 陷；另一种为间接相连，即控制器通过总线和总线分支线与电机连接，电机通过机械传动装 置带动天线旋转，这种结构的电气控制部分如图2所示，一个控制器通过一条CAN总线和多 条总线分支线分别与多个电机连接，图2中示出了第一电极至第N电机，因为CAN总线的技 术标准，最快速度为1Mbps，其物理层、链路层等各个环节都遵守这一技术标准，速度难以提 高，所以这种结构的通讯速度慢，不能满足高速伺服控制需求。 实用新型内容
[0004] 本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种接口数量少、通讯速度快 的天线伺服控制装置。
[0005] 本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：
[0006] -种天线伺服控制装置，包括控制器、电机和机械传动装置，所述电机通过所述机 械传动装置驱动所述天线，所述天线伺服控制装置还包括RS485总线、用于与所述控制器 双向通讯并驱动所述电机的节点适配器和用于对所述节点适配器进行外部控制的外控设 备，所述控制器的通讯端与所述RS485总线连接，所述RS485总线通过多条总线分支线与多 个所述节点适配器的通讯端一一对应连接，多个所述节点适配器还分别与多个所述电机的 信号端和多个所述外控设备的信号输出端连接。
[0007] 上述结构中，RS485总线是一种常见的串行总线标准，采用平衡发送与差分接收 的方式，因此具有抑制共模干扰的能力。RS485总线具有硬件设计简单、控制方便、成本低 廉、传输距离远等优点，现广泛用于工业控制、小区监控、水情监控、地震勘探等领域，其中 RS(Recommended Standard)代表推荐标准，RS485接口标准的最大传输距离为2000m，通信 速率限制在93. 75Kbps ;当通信距离< 100m时，通信速率可达20Mbps，且随着半导体技术和 工艺的进步，速度还可进一步提升，RS485总线具有差分结构，即用一对差分线传输信号，一 根为传输差分正端信号，另一根传输差分负端信号，差分线可使用廉价的双绞线。节点适配 器作为与控制器双向通讯并驱动电机运行的设备，配合RS485总线和总线分支线实现控制 器间接控制电机的功能。控制器与节点适配器之间采用主从通信的方式，控制器作为总线 的主节点，而各节点适配器作为从节点，通信由主节点发起，从节点收到相应的信息后应答 主节点，节点适配器4最多可到256个。外控设备用于外部控制信号的输入，以便于用户参 与实现更加精确的控制。电机作为伺服执行机构驱动天线在若干个自由度旋转，电机通过 连线与节点适配器连接，可支持多种类型电机，如步进电机、无刷直流电机等。电机可以通 过传动齿轮或者齿形带驱动机械传动装置，以此控制天线转动。
[0008] 具体地，所述控制器包括主MCU和主收发器，所述主MCU与所述主收发器之间通过 主发送信号线、主接收信号线、主发送控制线和主接收控制线对应连接，所述主收发器与所 述RS485总线对应连接；所述节点适配器包括从MCU、从收发器、隔离器和电机驱动器，所述 从MCU与所述从收发器之间通过从发送信号线、从接收信号线、从发送控制线和从接收控 制线对应连接，所述从MCU与所述隔离器连接，所述隔离器分别与所述电机驱动器和所述 外控设备的信号输出端连接，所述电机驱动器与所述电机的信号端连接，所述从收发器与 所述总线分支线一一对应连接；多条所述总线分支线与所述RS485总线连接。
[0009] 主MCU和从MCU分别作为控制器和节点适配器的核心芯片，实现数据处理和控制； 主收发器和从收发器分别作为控制器和节点适配器之间的通讯终端部件，实现数据的收 发；隔离器为信号隔离器，可选光耦合隔离器或数字隔离器，是将输入单路或双路电流或电 压信号，变送输出隔离的单路或双路线性的电流或电压信号，并提高输入、输出、电源之间 的电气隔离性能。
[0010] 根据需要，所述外控设备包括编码器和限位开关，所述编码器的信号输出端和所 述限位开关的信号输出端分别与所述隔离器对应连接。若上述节点适配器为其它结构，则 所述编码器的信号输出端和所述限位开关的信号输出端分别与所述节点适配器对应连接。
[0011] 本实用新型的有益效果在于：
[0012] 1、本实用新型所述天线伺服控制装置采用总线方式控制电机以及收集状态信息， 减少了连接器数量和连线，在总线较长时尤其明显，因此可有效降低系统成本和复杂程度； 采用RS485总线替代传统CAN总线，可大幅提升总线速度：CAN总线的速度不超过1Mbps，而 RS485总线可到20Mbps，甚至更高，且稳定可靠。
[0013] 2、本实用新型所述天线伺服控制装置因具有小巧、低功耗、高速、稳定等特征，可 在伺服控制领域广泛使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1是传统天线伺服控制装置的电气控制示意图之一；
[0015] 图2是传统天线伺服控制装置的电气控制示意图之二；
[0016] 图3是本实用新型所述天线伺服控制装置的总体结构框图；
[0017]图4是本实用新型所述天线伺服控制装置的控制器与节点适配器之间的电气结 构示意图，图中未示隔离器和电机驱动器；
[0018] 图5是本实用新型所述天线伺服控制装置的节点适配器的电路结构框图，图中未 示从发送信号线、从接收信号线、从发送控制线和从接收控制线；
[0019] 图6是本实用新型所述天线伺服控制装置的控制器与节点适配器之间的通讯过 程不意图。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
[0021] 如图1所示，本实用新型所述天线伺服控制装置包括控制器1、RS485总线、用于与 控制器1双向通讯并驱动电机的节点适配器2和用于对节点适配器2进行外部控制的外控 设备3、电机和机械传动装置，控制器1的通讯端与RS485总线连接，RS485总线通过多条总 线分支线与多个节点适配器2的通讯端一一对应连接，多个节点适配器2还分别与多个电 机的信号端和多个外控设备3的信号输出端连接，电机通过机械传动装置驱动天线4。图3 中示出了第一节点适配器、第二节点适配器…第N节点适配器，第一外控设备、第二外控设 备…第N外控设备，以及N条总线分支线。
[0022] 如图3、图4和图5所示，控制器1包括主MCU11和主收发器12,节点适配器2包 括从MCU21、从收发器22、隔离器27和电机驱动器28,外控设备包括编码器和限位开关；主 MCU11与主收发器12之间通过主发送信号线13、主接收信号线15、主发送控制线14和主 接收控制线16对应连接，主收发器12与RS485总线连接；从MCU21与从收发器22之间通 过从发送信号线23、从接收信号线25、从发送控制线24和从接收控制线26对应连接，从 MCU21与隔离器27连接，隔离器27分别与电机驱动器28、编码器的信号输出端和限位开关 的信号输出端连接，电机驱动器28与电机的信号端连接，从收发器22与总线分支线 对 应连接；多条总线分支线与RS485总线连接。这里的RS485总线和总线分支线均为双绞线， 其中RS485总线由图4的A、B两条线组成，A线为RS485总线差分对的正端，B线为RS485 总线差分对的负端；总线分支线的两条线未标记。为了完成控制器和RS485总线之间的阻 抗匹配，在控制器1的两条输出线之间和每一个节点适配器2对应的总线分支线的两线之 间分别设有为阻值为120Q的匹配电阻R1、R2…RN。
[0023] 本例中，控制器1的主MCU11和节点适配器2的从MCU21均选择意法半导体公司的 STM32F407系列，节点适配器2的从MCU21也可选择法半导体公司的STM32F405系列，控制 器1的主收发器12和节点适配器2的从收发器22均选择MAX頂公司的接口芯片MAX3078。 主收发器12完成主MCU 11的TTL逻辑电平和RS485总线差分电平之间的转化，同时提供 收发控制信号。隔离器3选用光耦合隔离器如FAIRCHILD公司的M0CD207M，或者数字隔离 器，如ADI公司的ADUM7640。不同的电机，其驱动方式可能不同，因此电机驱动器28不固 定，如选用步进电机，可选用东芝公司的THB6064H。
[0024] 为了更加清楚地说明本天线伺服控制装置的工作原理，以证明其应用的可实施 性，下面对天线伺服控制装置的信号处理过程以及控制方法进行说明，但下述内容并非唯 一方案，也不是本实用新型所保护的技术方案：
[0025] 控制器1的信号处理过程如下：当主MCU 11设置主发送控制线14上的主发送控 制信号为高电平，主收发器12通过主发送信号线13将主发送信号发送到RS485总线；当主 MCU 11设置主发送控制线14上的主发送控制信号为低电平，主收发器12通过主发送信号 线13将主发送信号关闭，使其与RS485总线断开。当主MCU 1设置主接收控制线16上的 主接收控制信号为低电平，主收发器12通过主接收信号线15将主接收信号发送到RS485 总线；当主MCU 1设置主接收控制线16上的主接收控制信号为高电平，主收发器12通过主 接收信号线15将主接收信号关闭，使其与RS485总线断开。即：当控制器1处于发送状态 时，主发送控制线14上的主发送控制信号和主接收控制线16上的主接收控制信号均为高 电平；当控制器1处于接收状态时，主发送控制线14上的主发送控制信号和主接收控制线 16上的主接收控制信号均为低电平。
[0026] 节点适配器2的信号处理过程与控制器1类似，在此不再赘述。
[0027] 结合图3、图4和图5,本实用新型所述天线伺服控制装置采用的控制方法，包括以 下步骤：
[0028] (1)控制器1产生请求报文，该请求报文的字节格式如下：
【权利要求】
1. 一种天线伺服控制装置，包括控制器、电机和机械传动装置，所述电机通过所述机械 传动装置驱动所述天线，其特征在于：所述天线伺服控制装置还包括RS485总线、用于与所 述控制器双向通讯并驱动所述电机的节点适配器和用于对所述节点适配器进行外部控制 的外控设备，所述控制器的通讯端与所述RS485总线连接，所述RS485总线通过多条总线分 支线与多个所述节点适配器的通讯端一一对应连接，多个所述节点适配器还分别与多个所 述电机的信号端和多个所述外控设备的信号输出端连接。
2. 根据权利要求1所述的天线伺服控制装置，其特征在于：所述控制器包括主MCU和 主收发器，所述主MCU与所述主收发器之间通过主发送信号线、主接收信号线、主发送控制 线和主接收控制线对应连接，所述主收发器与所述RS485总线对应连接；所述节点适配器 包括从MCU、从收发器、隔离器和电机驱动器，所述从MCU与所述从收发器之间通过从发送 信号线、从接收信号线、从发送控制线和从接收控制线对应连接，所述从MCU与所述隔离器 连接，所述隔离器分别与所述电机驱动器和所述外控设备的信号输出端连接，所述电机驱 动器与所述电机的信号端连接，所述从收发器与所述总线分支线一一对应连接；多条所述 总线分支线与所述RS485总线连接。
3. 根据权利要求2所述的天线伺服控制装置，其特征在于：所述外控设备包括编码器 和限位开关，所述编码器的信号输出端和所述限位开关的信号输出端分别与所述隔离器对 应连接。
4. 根据权利要求1所述的天线伺服控制装置，其特征在于：所述外控设备包括编码器 和限位开关，所述编码器的信号输出端和所述限位开关的信号输出端分别与所述节点适配 器对应连接。
【文档编号】G05B19/04GK204241875SQ201420761591
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月5日 优先权日:2014年12月5日
【发明者】唐海军, 胡明武, 叶圣江 申请人:成都国卫通信技术有限公司