带反馈接口的伺服通信接口模块的制作方法

本实用新型涉及通信领域，尤其是涉及一种带反馈接口的伺服通信接口模块。

背景技术：

交流伺服控制系统具有控制精度高,响应快的明显特点。普通伺服一般有2种控制接口:转矩与速度采用模拟量,位置模式采用方向脉冲接口，高性能伺服还有现场总线接口。模拟信号相比差分数字信号更容易受到干扰,因此只在对精度要求不高速度控制或转矩控制的场合才有应用。模拟电压±10这种输入由于0V电压难以维持稳定,几乎不见使用。脉冲控制可以输出两个特性:电机转动位置和电机速度，最少2根线可以满足控制要求。

对普通伺服而言,使用脉冲控制伺服电机位置属于开环控制,由于干扰原因会导致给伺服驱动器的信号脉冲增加或丢失,从而使电机位置出现偏差,在需要精确定位的场合下这种误差不可接受。

RS485通信效率低,实时性差,一般用于参数设置,状态查看。带有实时现场总线的伺服价格昂贵,对成本敏感,功能/性能需求简单的产品不适用。同时现场总线种类多,标准不统一,对后期的产品升级替换造成不必要的麻烦。

专利号为201220613076.8的实用新型专利提供了一种数控系统、模拟式数控系统、脉冲式数控系统以及总线式数控系统，该专利所提供的伺服通信控制技术中以PCI总线为核心,辅助微机,嵌入式核心板,PCI接口的运动控制卡,PCI开关量卡……实现通信控制伺服，上述专利并不能有效应对工业环境复杂的电磁环境。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种带反馈接口的伺服通信接口模块，其可以通过外部高速总线直接控制伺服运动，其能够有效应对工业环境复杂的电磁环境，且成本低，能够保证实时性、可靠性。

为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式提供了一种带反馈接口的伺服通信接口模块,其包括：处理器，其具有脉冲发生模块、增量编码器接口、通用输入输出接口、CAN接口，CAN接口通过驱动电路而接于高速现场总线；

限流保护接口模块，其接于脉冲发生模块、增量编码器接口，该限流保护接口模块接于伺服驱动器；

信号电平转换模块，其接于通用输入输出接口，且该信号电平转换模块接于伺服驱动器。

进一步，驱动电路包括：控制芯片U3，其1脚、4脚接于处理器，该控制芯片U3的2脚接地、3脚接电源VCC，控制芯片U3的5脚为空引脚，控制芯片的6脚分别通过电阻R62、电阻R61而接于外部总线，且控制芯片的6脚接有一端接地的瞬态抑制二极管D14，控制芯片的7脚接有一端接地的瞬态抑制二极管D15，电阻R62、电阻R61的外部总线接入端连接有电阻R7，控制芯片U3的8脚接有一端接地的电阻R6。

进一步，限流保护接口模块包括：接于处理器的MAX3043CSE接口驱动芯片、AM26LS32AC四路差动线路驱动器，MAX3043CSE接口驱动芯片的10脚接有电阻R1，MAX3043CSE接口驱动芯片的11脚接有电阻R2，电阻R1、电阻R2接于伺服脉冲接口，AM26LS32AC四路差动线路驱动器的6脚接有电阻R3，AM26LS32AC四路差动线路驱动器的7脚接有电阻R4，电阻R3、电阻R4另一端接于伺服编码器接口。

进一步，信号电平转换模块包括光耦隔离芯片TLP181、电阻R5、三极管Q1，光耦隔离芯片TLP181的6脚接于处理器，光耦隔离芯片TLP181的4脚接地，光耦隔离芯片TLP181的1脚、3脚接于伺服驱动器，电阻R5接于处理器，三极管Q1的基极接于电阻R5，三极管Q1的集电极接于伺服驱动器，三极管Q的发射极接地。

其中，本实用新型的位置模式流程:

1:CAN通信接收外部位置数据；

2:位置数据以方向+脉冲的差分接口给驱动器.根据需要进行转矩输出切换；

3:计算伺服驱动器反馈的位置信号；

4:比较获取的位置和设定的位置,根据误差补偿电机位置偏差或报警；

速度/转矩模式流程:

1:CAN通信接收外部转速/转矩数据；

2:通过模拟量输出对应的电压；

3:输出启动/或停止信号,伺服电机运转或停止,根据预设值,实现加速或减速控制。

本实用新型具有如下有益效果：

1.本专利模块结构完全抛弃PCI总线,直接用STM32系列芯片自带的外设控制伺服,结构简单,技术复杂性远低于上述例如201220613076.8等现有技术,成本只有上述专利的1/100不到。

2.本模块可以直接安装与伺服表面,0长度电缆对接.对外仅有CAN通信接口.CAN协议为汽车安全通信而设计,实时性和可靠性可以得到保证。

3.本专利为一个模块一个伺服,模块间仅通过CAN总线连接,可实现上百米的数据交换，上述专利(201220613076.8)为微机内部的PCI总线,属于内部总线,不对外。

综上所述，本实用新型可通过CAN接口控制通用伺服,不受伺服品牌,系列限制，适用于工业现场,高可靠性，体积小,可直接安装于伺服控制接口上,成本容易控制。

附图说明

图1为带反馈接口的伺服通信接口模块原理图；

图2为带反馈接口的伺服通信接口模块中驱动电路原理图；

图3为带反馈接口的伺服通信接口模块中限流保护接口模块电路原理图；

图4为带反馈接口的伺服通信接口模块中信号电平转换模块电路原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。

本实用新型的实施方式提供了一种带反馈接口的伺服通信接口模块,其包括：处理器、驱动电路、限流保护接口模块、信号电平转换模块，此产品结构紧凑，体积轻巧，可安装于伺服控制接口上，并省去差分驱动芯片，同时彻底解决外部电磁干扰问题。

参见图1所示，采用STM32系列芯片构成的处理器1，例如STM32F103XX芯片，此芯片具有脉冲发生模块1a、增量编码器接口1b、通用输入输出接口1c、CAN接口1d，CAN接口通过驱动电路2而接于高速现场总线。带反馈接口的伺服通信接口模块还包括限流保护接口模块3，其接于脉冲发生模块1a、增量编码器接口1b，该限流保护接口模块接于伺服驱动器E。带反馈接口的伺服通信接口模块还包括信号电平转换模块4，其接于通用输入输出接口1c，且该信号电平转换模块接于伺服驱动器E。

从上述内容不难发现，本实用新型以通用的高速总线来控制伺服电机，简单方便，使得主机(例如PLC)不需要专门的伺服接口功能，而且一个接口可以同时控制多个对象，不受伺服的型号，厂家的限制，并且，有位置反馈，彻底解决定位不准的问题，可实现定制曲线运动，插补等高级控制伺服才可能具有的功能。

参见图2所示，驱动电路包括：控制芯片U3，例如PCA82C250芯片，该芯片的1脚、4脚接于处理器，该控制芯片U3的2脚接地、3脚接电源VCC，控制芯片U3的5脚为空引脚，控制芯片的6脚分别通过电阻R62、电阻R61而接于外部总线，且控制芯片的6脚接有一端接地的瞬态抑制二极管D14，控制芯片的7脚接有一端接地的瞬态抑制二极管D15，电阻R62、电阻R61的外部总线接入端连接有电阻R7，控制芯片U3的8脚接有一端接地的电阻R6。

参见图3所示，限流保护接口模块包括：接于处理器的MAX3043CSE接口驱动芯片、AM26LS32AC四路差动线路驱动器，MAX3043CSE接口驱动芯片的9脚接处理器，AM26LS32AC四路差动线路驱动器的5脚接处理器，MAX3043CSE接口驱动芯片的10脚接有电阻R1，MAX3043CSE接口驱动芯片的11脚接有电阻R2，电阻R1、电阻R2接于伺服脉冲接口，AM26LS32AC四路差动线路驱动器的6脚接有电阻R3，AM26LS32AC四路差动线路驱动器的7脚接有电阻R4，电阻R3、电阻R4另一端接于伺服编码器接口。

参见图4所示，信号电平转换模块包括光耦隔离芯片TLP181、电阻R5、三极管Q1，光耦隔离芯片TLP181的6脚接于处理器，光耦隔离芯片TLP181的4脚接地，光耦隔离芯片TLP181的1脚、3脚接于伺服驱动器，电阻R5接于处理器，三极管Q1的基极接于电阻R5，三极管Q1的集电极接于伺服驱动器，三极管Q的发射极接地。

本实用新型中通信还可采用以太网/光纤等为介质，伺服控制接口可采用CPLD/FPGA等扩展功能。

通信总线接口:

多个模块可以并联,距离远,增减方便；

抗干扰:

外部:CAN总线-差分信号,有冲突检测,报文高优先级传输；

伺服接口:与伺服直连,干扰无耦合途径,伺服有位置反馈,可自动补偿；

多种伺服接口:

模拟量0-10V；

脉冲+方向；

报警,转矩控制,启停控制。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。