一種基于fpga的電動(dòng)叉車貨叉起升控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種基于FPGA的電動(dòng)叉車貨叉起升控制器技術(shù)領(lǐng)域，屬于工程車輛電子技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，能源和環(huán)境問題已成為全球的關(guān)注熱點(diǎn)，節(jié)能環(huán)保型車輛越來越受到人們的青睞。在物流搬運(yùn)行業(yè)，由于電動(dòng)叉車具有高性能、能量轉(zhuǎn)化效率高、低噪音、無排放等優(yōu)點(diǎn)，越來越多的電動(dòng)叉車應(yīng)用于倉庫、食品、紡織等輕工業(yè)。目前在國(guó)外電動(dòng)叉車的市場(chǎng)占有量超過50%，國(guó)內(nèi)電動(dòng)叉車市場(chǎng)占有量?jī)H在15%左右，有廣闊的市場(chǎng)前景。
[0003]現(xiàn)有電動(dòng)叉車的舉升控制裝置主要通過電機(jī)，液壓栗，油缸來控制叉車門架及貨叉起降。但是在全電動(dòng)叉車中，通常采用鏈條或電動(dòng)滾珠絲杠來代替舉升油缸和傾斜油缸，控制門架和貨叉運(yùn)動(dòng)。由于永磁同步電機(jī)具有響應(yīng)快，效率高，低速性能好，在電動(dòng)叉車中控制鏈條或滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)的電機(jī)通常選用永磁同步電機(jī)。電動(dòng)叉車通常由80V的鉛蓄電池供電，因此永磁同步電機(jī)工作在低電壓大電流的環(huán)境中，非常容易產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和電流波動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間工作會(huì)增加駕駛員的疲勞度。因此高性能的起升控制器需要保證電動(dòng)叉車安全可靠的運(yùn)行，同時(shí)能夠提高叉車的工作效率以及駕駛舒適度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)上述需求設(shè)計(jì)一種高性能的電動(dòng)叉車起升控制器，該控制器能夠控制用于電動(dòng)叉車起升的永磁同步電機(jī)，并且能夠根據(jù)叉車的實(shí)際工作情況提供保護(hù)功能。
[0005]本實(shí)用新型是采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0006]—種基于FPGA的電動(dòng)叉車貨叉起升控制器，其特征在于:所述控制器包括輸入模塊、以FPGA為核心的微控制器模塊、電源模塊、DSP模塊、電源控制模塊以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。所述輸入模塊由檢測(cè)控制貨叉升降的踏板信號(hào)模塊，電機(jī)溫度檢測(cè)模塊，貨叉帶載重量、貨叉高度、貨叉起升速度檢測(cè)模塊組成，所述控制貨叉升降的踏板選用電子式踏板，輸出的電壓信號(hào)通過8位串行A/D轉(zhuǎn)換器TLC549與FPGA相連，所述電機(jī)溫度傳感器采用熱敏電阻，通過8位串行A/D轉(zhuǎn)換器TLC549與FPGA相連，所述貨叉帶載重量傳感器采用XJC-Y04稱重傳感器，通過10位串行A/D轉(zhuǎn)換器TLC1543與FPGA相連，所述貨叉高度傳感器采用超聲波測(cè)距儀，通過10位串行A/D轉(zhuǎn)換器TLC1543與FPGA相連，所述貨叉起升速度傳感器采用MPU6050，通過10位串行A/D轉(zhuǎn)換器TLC1543與FPGA相連，所述FPGA微控制器為Altera公司Cyclone II系列EP2C5Q208C8型號(hào)的FPGA芯片，所述的電源模塊為DC/DC轉(zhuǎn)換器，可以將叉車上的80V的直流電源轉(zhuǎn)換成適合FPGA以及DSP工作的5V電源以及適合叉車上燈具工作的12V電源，所述電源控制模塊是由FPGA輸出兩路信號(hào)控制繼電器開關(guān)，當(dāng)電動(dòng)叉車在出現(xiàn)故障時(shí)，繼電器開關(guān)將打開，為控制器斷電，起到保護(hù)作用。
[0007]本實(shí)用新型電動(dòng)叉車起升電機(jī)由DSP28335產(chǎn)生的脈寬調(diào)制信號(hào)通過驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行控制，DSP中內(nèi)嵌矢量控制方法。DSP的輸入信號(hào)是由外部擴(kuò)展接口讀取FPGA中數(shù)字量的踏板信號(hào)值。
[0008]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果如下所述。
[0009](I)數(shù)據(jù)傳輸速率高，數(shù)據(jù)處理速度快。FPGA具有模塊并行運(yùn)行的特點(diǎn)，各個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊能夠同時(shí)運(yùn)行，加快數(shù)據(jù)采集的速度。
[0010](2)電機(jī)響應(yīng)速度快，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小，電動(dòng)叉車工作更加平穩(wěn)。本實(shí)用新型所述的控制器含有DSP模塊，DSP中設(shè)計(jì)了用于電機(jī)控制的矢量控制方法。利用DSP的高速數(shù)字信號(hào)處理特點(diǎn)及FPGA的高速信號(hào)采集模塊，使起升電機(jī)的響應(yīng)速度更快，更平穩(wěn)，電動(dòng)叉車的工作效率更高，同時(shí)提升了駕駛員的工作舒適度。
[0011](3)豐富的I/O接口，便于功能擴(kuò)展。FPGA具有豐富的1端口，用戶可以按照自己的需要定制1端口功能，容易掛接不同的1外設(shè)，以便擴(kuò)展控制器的功能。
[0012](4)安全性能高。本實(shí)用新型所述的控制器具有獨(dú)立的安全控制模塊，當(dāng)控制器檢測(cè)到電機(jī)的溫度、電流或電壓等出現(xiàn)異常，電源控制模塊會(huì)迅速關(guān)閉電源，并觸發(fā)叉車的緊急制動(dòng)或貨叉停止，防止貨叉急速下落導(dǎo)致貨物損壞甚至叉車翻車。
[0013](5)成本低。根據(jù)電動(dòng)叉車的實(shí)際工作情況，不同的輸入信號(hào)需要使用不同精度的AD轉(zhuǎn)換器，在滿足電動(dòng)叉車實(shí)際工作要求的情況下使得控制器的成本控制到最低。由于不同的AD轉(zhuǎn)換器的工作頻率、轉(zhuǎn)換過程不同，在FPGA內(nèi)部需要設(shè)計(jì)不同的AD轉(zhuǎn)換控制模塊，且不同的AD轉(zhuǎn)換模塊運(yùn)行在對(duì)應(yīng)AD轉(zhuǎn)換的工作頻率上，這充分發(fā)揮了FPGA的優(yōu)勢(shì)，利用一個(gè)FPGA微控制器即可控制多款A(yù)D轉(zhuǎn)換器同時(shí)獨(dú)立工作。
【附圖說明】
[0014]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0015]圖1是本實(shí)用新型的電動(dòng)叉車控制器的整體結(jié)構(gòu)框圖。
[0016]圖2是本實(shí)用新型電動(dòng)叉車起升電機(jī)控制器工作的流程圖。
[0017]圖3速度選擇模塊的具體實(shí)施過程流程圖。
[0018]圖4是FPGA內(nèi)部控制A/D轉(zhuǎn)換器TLC549工作的控制模塊。
[0019]圖5是FPGA內(nèi)部電源控制模塊。
[0020]圖6是FPGA內(nèi)部控制A/D轉(zhuǎn)換器TLC1543工作的控制模塊。
[0021 ]圖7是FPGA內(nèi)部速度輸出選擇模塊。
[0022]圖8是FPGA內(nèi)部控制顯示器顯示模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型電動(dòng)叉車起升控制器中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅為本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，因此基于本實(shí)用新型的其它實(shí)施例以及本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0024]本實(shí)用新型所述控制器包括輸入模塊、以FPGA為核心的微控制器模塊、電源模塊、電源控制模塊以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，所述FPGA微控制器為Altera公司Cyclone II系列EP2C5Q208C8型號(hào)的FPGA芯片，輸入模塊、FPGA為核心的微控制器模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊以及顯示模塊的連接圖如圖1所示。
[0025]如圖1所示，本實(shí)用新型所述控制器的輸入模塊包括以下幾個(gè)部分，分別是:電流采樣信號(hào)，電壓采樣信號(hào)，起升電機(jī)溫度采樣信號(hào)，牽引電機(jī)溫度采樣信號(hào)，負(fù)載重量采樣信號(hào)，貨叉相對(duì)地面高度采樣信號(hào)，貨叉起升速度采樣信號(hào)，踏板輸出電壓采樣信號(hào)。在FPGA內(nèi)部根據(jù)不同的AD轉(zhuǎn)換器的工作過程及工作時(shí)序設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換控制模塊。本實(shí)用新型采用的傳感器以及AD轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)如下:
[0026 ]電流