一種天線伺服控制裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種天線伺服控制裝置，包括控制器、RS485總線、節(jié)點適配器、外控設備、電機和機械傳動裝置，電機通過機械傳動裝置驅(qū)動天線，控制器的通訊端與RS485總線連接，RS485總線通過多條總線分支線與多個節(jié)點適配器的通訊端一一對應連接，多個節(jié)點適配器還分別與多個電機的信號端和多個外控設備的信號輸出端連接。本實用新型所述天線伺服控制裝置采用總線方式控制電機以及收集狀態(tài)信息，減少了連接器數(shù)量和連線，在總線較長時尤其明顯，因此可有效降低系統(tǒng)成本和復雜程度；采用RS485總線替代傳統(tǒng)CAN總線，可大幅提升總線速度：CAN總線的速度不超過1Mbps，而RS485總線可到20Mbps，甚至更高，且穩(wěn)定可靠。
【專利說明】一種天線伺服控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種天線控制裝置，尤其涉及一種接口數(shù)量少、通訊速度快的天 線伺服控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 天線應用非常廣泛，如衛(wèi)星天線、雷達天線、車載天線等，其中的中、大型天線一般 需要控制裝置來實現(xiàn)天線的旋轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)最佳的信號接收效果。為了實現(xiàn)天線的精確控制， 一般采用伺服控制裝置對天線進行控制。
[0003] 傳統(tǒng)天線伺服控制裝置的通信方式有兩種，一種是控制器與電機直接相連，電機 通過機械傳動裝置帶動天線旋轉(zhuǎn)，這種結(jié)構(gòu)的電氣控制部分如圖1所示，一個控制器分別 控制多個獨立電機，圖1中示出了第一電極至第N電機，這種結(jié)構(gòu)對控制器的接口數(shù)量要 求較多，不具備利用總線的分時復用功能，從而難以簡化連線，導致連線復雜且成本高的缺 陷；另一種為間接相連，即控制器通過總線和總線分支線與電機連接，電機通過機械傳動裝 置帶動天線旋轉(zhuǎn)，這種結(jié)構(gòu)的電氣控制部分如圖2所示，一個控制器通過一條CAN總線和多 條總線分支線分別與多個電機連接，圖2中示出了第一電極至第N電機，因為CAN總線的技 術(shù)標準，最快速度為1Mbps，其物理層、鏈路層等各個環(huán)節(jié)都遵守這一技術(shù)標準，速度難以提 高，所以這種結(jié)構(gòu)的通訊速度慢，不能滿足高速伺服控制需求。 實用新型內(nèi)容
[0004] 本實用新型的目的就在于為了解決上述問題而提供一種接口數(shù)量少、通訊速度快 的天線伺服控制裝置。
[0005] 本實用新型通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的：
[0006] -種天線伺服控制裝置，包括控制器、電機和機械傳動裝置，所述電機通過所述機 械傳動裝置驅(qū)動所述天線，所述天線伺服控制裝置還包括RS485總線、用于與所述控制器 雙向通訊并驅(qū)動所述電機的節(jié)點適配器和用于對所述節(jié)點適配器進行外部控制的外控設 備，所述控制器的通訊端與所述RS485總線連接，所述RS485總線通過多條總線分支線與多 個所述節(jié)點適配器的通訊端一一對應連接，多個所述節(jié)點適配器還分別與多個所述電機的 信號端和多個所述外控設備的信號輸出端連接。
[0007] 上述結(jié)構(gòu)中，RS485總線是一種常見的串行總線標準，采用平衡發(fā)送與差分接收 的方式，因此具有抑制共模干擾的能力。RS485總線具有硬件設計簡單、控制方便、成本低 廉、傳輸距離遠等優(yōu)點，現(xiàn)廣泛用于工業(yè)控制、小區(qū)監(jiān)控、水情監(jiān)控、地震勘探等領(lǐng)域，其中 RS(Recommended Standard)代表推薦標準，RS485接口標準的最大傳輸距離為2000m，通信 速率限制在93. 75Kbps ;當通信距離< 100m時，通信速率可達20Mbps，且隨著半導體技術(shù)和 工藝的進步，速度還可進一步提升，RS485總線具有差分結(jié)構(gòu)，即用一對差分線傳輸信號，一 根為傳輸差分正端信號，另一根傳輸差分負端信號，差分線可使用廉價的雙絞線。節(jié)點適配 器作為與控制器雙向通訊并驅(qū)動電機運行的設備，配合RS485總線和總線分支線實現(xiàn)控制 器間接控制電機的功能。控制器與節(jié)點適配器之間采用主從通信的方式，控制器作為總線 的主節(jié)點，而各節(jié)點適配器作為從節(jié)點，通信由主節(jié)點發(fā)起，從節(jié)點收到相應的信息后應答 主節(jié)點，節(jié)點適配器4最多可到256個。外控設備用于外部控制信號的輸入，以便于用戶參 與實現(xiàn)更加精確的控制。電機作為伺服執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動天線在若干個自由度旋轉(zhuǎn)，電機通過 連線與節(jié)點適配器連接，可支持多種類型電機，如步進電機、無刷直流電機等。電機可以通 過傳動齒輪或者齒形帶驅(qū)動機械傳動裝置，以此控制天線轉(zhuǎn)動。
[0008] 具體地，所述控制器包括主MCU和主收發(fā)器，所述主MCU與所述主收發(fā)器之間通過 主發(fā)送信號線、主接收信號線、主發(fā)送控制線和主接收控制線對應連接，所述主收發(fā)器與所 述RS485總線對應連接；所述節(jié)點適配器包括從MCU、從收發(fā)器、隔離器和電機驅(qū)動器，所述 從MCU與所述從收發(fā)器之間通過從發(fā)送信號線、從接收信號線、從發(fā)送控制線和從接收控 制線對應連接，所述從MCU與所述隔離器連接，所述隔離器分別與所述電機驅(qū)動器和所述 外控設備的信號輸出端連接，所述電機驅(qū)動器與所述電機的信號端連接，所述從收發(fā)器與 所述總線分支線一一對應連接；多條所述總線分支線與所述RS485總線連接。
[0009] 主MCU和從MCU分別作為控制器和節(jié)點適配器的核心芯片，實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和控制； 主收發(fā)器和從收發(fā)器分別作為控制器和節(jié)點適配器之間的通訊終端部件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收 發(fā)；隔離器為信號隔離器，可選光耦合隔離器或數(shù)字隔離器，是將輸入單路或雙路電流或電 壓信號，變送輸出隔離的單路或雙路線性的電流或電壓信號，并提高輸入、輸出、電源之間 的電氣隔離性能。
[0010] 根據(jù)需要，所述外控設備包括編碼器和限位開關(guān)，所述編碼器的信號輸出端和所 述限位開關(guān)的信號輸出端分別與所述隔離器對應連接。若上述節(jié)點適配器為其它結(jié)構(gòu)，則 所述編碼器的信號輸出端和所述限位開關(guān)的信號輸出端分別與所述節(jié)點適配器對應連接。
[0011] 本實用新型的有益效果在于：
[0012] 1、本實用新型所述天線伺服控制裝置采用總線方式控制電機以及收集狀態(tài)信息， 減少了連接器數(shù)量和連線，在總線較長時尤其明顯，因此可有效降低系統(tǒng)成本和復雜程度； 采用RS485總線替代傳統(tǒng)CAN總線，可大幅提升總線速度：CAN總線的速度不超過1Mbps，而 RS485總線可到20Mbps，甚至更高，且穩(wěn)定可靠。
[0013] 2、本實用新型所述天線伺服控制裝置因具有小巧、低功耗、高速、穩(wěn)定等特征，可 在伺服控制領(lǐng)域廣泛使用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014] 圖1是傳統(tǒng)天線伺服控制裝置的電氣控制示意圖之一；
[0015] 圖2是傳統(tǒng)天線伺服控制裝置的電氣控制示意圖之二；
[0016] 圖3是本實用新型所述天線伺服控制裝置的總體結(jié)構(gòu)框圖；
[0017]圖4是本實用新型所述天線伺服控制裝置的控制器與節(jié)點適配器之間的電氣結(jié) 構(gòu)示意圖，圖中未示隔離器和電機驅(qū)動器；
[0018] 圖5是本實用新型所述天線伺服控制裝置的節(jié)點適配器的電路結(jié)構(gòu)框圖，圖中未 示從發(fā)送信號線、從接收信號線、從發(fā)送控制線和從接收控制線；
[0019] 圖6是本實用新型所述天線伺服控制裝置的控制器與節(jié)點適配器之間的通訊過 程不意圖。
【具體實施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明：
[0021] 如圖1所示，本實用新型所述天線伺服控制裝置包括控制器1、RS485總線、用于與 控制器1雙向通訊并驅(qū)動電機的節(jié)點適配器2和用于對節(jié)點適配器2進行外部控制的外控 設備3、電機和機械傳動裝置，控制器1的通訊端與RS485總線連接，RS485總線通過多條總 線分支線與多個節(jié)點適配器2的通訊端一一對應連接，多個節(jié)點適配器2還分別與多個電 機的信號端和多個外控設備3的信號輸出端連接，電機通過機械傳動裝置驅(qū)動天線4。圖3 中示出了第一節(jié)點適配器、第二節(jié)點適配器…第N節(jié)點適配器，第一外控設備、第二外控設 備…第N外控設備，以及N條總線分支線。
[0022] 如圖3、圖4和圖5所示，控制器1包括主MCU11和主收發(fā)器12,節(jié)點適配器2包 括從MCU21、從收發(fā)器22、隔離器27和電機驅(qū)動器28,外控設備包括編碼器和限位開關(guān)；主 MCU11與主收發(fā)器12之間通過主發(fā)送信號線13、主接收信號線15、主發(fā)送控制線14和主 接收控制線16對應連接，主收發(fā)器12與RS485總線連接；從MCU21與從收發(fā)器22之間通 過從發(fā)送信號線23、從接收信號線25、從發(fā)送控制線24和從接收控制線26對應連接，從 MCU21與隔離器27連接，隔離器27分別與電機驅(qū)動器28、編碼器的信號輸出端和限位開關(guān) 的信號輸出端連接，電機驅(qū)動器28與電機的信號端連接，從收發(fā)器22與總線分支線 對 應連接；多條總線分支線與RS485總線連接。這里的RS485總線和總線分支線均為雙絞線， 其中RS485總線由圖4的A、B兩條線組成，A線為RS485總線差分對的正端，B線為RS485 總線差分對的負端；總線分支線的兩條線未標記。為了完成控制器和RS485總線之間的阻 抗匹配，在控制器1的兩條輸出線之間和每一個節(jié)點適配器2對應的總線分支線的兩線之 間分別設有為阻值為120Q的匹配電阻R1、R2…RN。
[0023] 本例中，控制器1的主MCU11和節(jié)點適配器2的從MCU21均選擇意法半導體公司的 STM32F407系列，節(jié)點適配器2的從MCU21也可選擇法半導體公司的STM32F405系列，控制 器1的主收發(fā)器12和節(jié)點適配器2的從收發(fā)器22均選擇MAX頂公司的接口芯片MAX3078。 主收發(fā)器12完成主MCU 11的TTL邏輯電平和RS485總線差分電平之間的轉(zhuǎn)化，同時提供 收發(fā)控制信號。隔離器3選用光耦合隔離器如FAIRCHILD公司的M0CD207M，或者數(shù)字隔離 器，如ADI公司的ADUM7640。不同的電機，其驅(qū)動方式可能不同，因此電機驅(qū)動器28不固 定，如選用步進電機，可選用東芝公司的THB6064H。
[0024] 為了更加清楚地說明本天線伺服控制裝置的工作原理，以證明其應用的可實施 性，下面對天線伺服控制裝置的信號處理過程以及控制方法進行說明，但下述內(nèi)容并非唯 一方案，也不是本實用新型所保護的技術(shù)方案：
[0025] 控制器1的信號處理過程如下：當主MCU 11設置主發(fā)送控制線14上的主發(fā)送控 制信號為高電平，主收發(fā)器12通過主發(fā)送信號線13將主發(fā)送信號發(fā)送到RS485總線；當主 MCU 11設置主發(fā)送控制線14上的主發(fā)送控制信號為低電平，主收發(fā)器12通過主發(fā)送信號 線13將主發(fā)送信號關(guān)閉，使其與RS485總線斷開。當主MCU 1設置主接收控制線16上的 主接收控制信號為低電平，主收發(fā)器12通過主接收信號線15將主接收信號發(fā)送到RS485 總線；當主MCU 1設置主接收控制線16上的主接收控制信號為高電平，主收發(fā)器12通過主 接收信號線15將主接收信號關(guān)閉，使其與RS485總線斷開。即：當控制器1處于發(fā)送狀態(tài) 時，主發(fā)送控制線14上的主發(fā)送控制信號和主接收控制線16上的主接收控制信號均為高 電平；當控制器1處于接收狀態(tài)時，主發(fā)送控制線14上的主發(fā)送控制信號和主接收控制線 16上的主接收控制信號均為低電平。
[0026] 節(jié)點適配器2的信號處理過程與控制器1類似，在此不再贅述。
[0027] 結(jié)合圖3、圖4和圖5,本實用新型所述天線伺服控制裝置采用的控制方法，包括以 下步驟：
[0028] (1)控制器1產(chǎn)生請求報文，該請求報文的字節(jié)格式如下：
【權(quán)利要求】
1. 一種天線伺服控制裝置，包括控制器、電機和機械傳動裝置，所述電機通過所述機械 傳動裝置驅(qū)動所述天線，其特征在于：所述天線伺服控制裝置還包括RS485總線、用于與所 述控制器雙向通訊并驅(qū)動所述電機的節(jié)點適配器和用于對所述節(jié)點適配器進行外部控制 的外控設備，所述控制器的通訊端與所述RS485總線連接，所述RS485總線通過多條總線分 支線與多個所述節(jié)點適配器的通訊端一一對應連接，多個所述節(jié)點適配器還分別與多個所 述電機的信號端和多個所述外控設備的信號輸出端連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線伺服控制裝置，其特征在于：所述控制器包括主MCU和 主收發(fā)器，所述主MCU與所述主收發(fā)器之間通過主發(fā)送信號線、主接收信號線、主發(fā)送控制 線和主接收控制線對應連接，所述主收發(fā)器與所述RS485總線對應連接；所述節(jié)點適配器 包括從MCU、從收發(fā)器、隔離器和電機驅(qū)動器，所述從MCU與所述從收發(fā)器之間通過從發(fā)送 信號線、從接收信號線、從發(fā)送控制線和從接收控制線對應連接，所述從MCU與所述隔離器 連接，所述隔離器分別與所述電機驅(qū)動器和所述外控設備的信號輸出端連接，所述電機驅(qū) 動器與所述電機的信號端連接，所述從收發(fā)器與所述總線分支線一一對應連接；多條所述 總線分支線與所述RS485總線連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的天線伺服控制裝置，其特征在于：所述外控設備包括編碼器 和限位開關(guān)，所述編碼器的信號輸出端和所述限位開關(guān)的信號輸出端分別與所述隔離器對 應連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線伺服控制裝置，其特征在于：所述外控設備包括編碼器 和限位開關(guān)，所述編碼器的信號輸出端和所述限位開關(guān)的信號輸出端分別與所述節(jié)點適配 器對應連接。
【文檔編號】G05B19/04GK204241875SQ201420761591
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月5日
【發(fā)明者】唐海軍, 胡明武, 葉圣江 申請人:成都國衛(wèi)通信技術(shù)有限公司