專利名稱：基于usb接口的平面位置控制和數(shù)據(jù)采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種平面位置控制和數(shù)據(jù)采集裝置，特別是基于USB接口的平面位置控制和數(shù)據(jù)采集裝置，主要應(yīng)用于各類二維平面上的數(shù)據(jù)采集、處理和成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在原有的高Tc SQUID無損檢測裝置中，其步進(jìn)電機(jī)對二維平面位置的控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是基于PCI接口的，如圖1所示，16位多功能數(shù)據(jù)采集卡PCI9111HR為核心部分，通過其數(shù)字量接口與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器直接相連，通過其模擬量輸入通道與SQUID探頭的信號(hào)放大器相連。該設(shè)備存在許多不足之處1)安裝繁瑣，PCI9111HR采集卡必須插在計(jì)算機(jī)的PCI槽中，安裝時(shí)需要先關(guān)閉計(jì)算機(jī)，打開機(jī)箱，將采集卡插到PCI槽中后再重新開機(jī)；2)在PC機(jī)主板上存在高頻數(shù)字干擾，影響采集卡的AD轉(zhuǎn)換精度；3)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和PCI9111HR之間直接相連，易造成采集卡的損壞；4)PCI9111HR采集卡價(jià)格昂貴，不利于所屬無損檢測裝置的產(chǎn)品化；5)移動(dòng)性差，移動(dòng)PC和筆記本電腦中沒有PCI槽，給所屬無損檢測裝置的移動(dòng)帶來不便。
實(shí)用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于USB接口的電機(jī)控制和數(shù)據(jù)采集裝置，提高了Tc SQUID無損檢測裝置的AD轉(zhuǎn)換精度、系統(tǒng)可靠性和成像清晰度。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型基于USB接口的電機(jī)控制和數(shù)據(jù)采集裝置包括與PC接口連接的USB接口模塊、單片機(jī)模塊、AD轉(zhuǎn)換電路、光隔數(shù)字量輸出模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，以單片機(jī)模塊作為整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，負(fù)責(zé)AD轉(zhuǎn)換電路的啟動(dòng)控制和數(shù)據(jù)讀出，并通過USB接口模塊傳送到PC機(jī)，PC機(jī)通過USB接口模塊傳送電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)指令給單片機(jī)模塊，單片機(jī)模塊負(fù)責(zé)指令解釋，并通過光隔數(shù)字量輸出模塊控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。
進(jìn)一步地，所述PC接口為PC機(jī)的USB總線接口，所述USB接口模塊包括USB接口芯片。
進(jìn)一步地，所述USB接口芯片為并行接口的PDIUSBD12。
進(jìn)一步地，所述單片機(jī)模塊包括單片機(jī)芯片及其復(fù)位、震蕩電路。
進(jìn)一步地，所述單片機(jī)芯片為ATMEL89C52。
進(jìn)一步地，所述AD轉(zhuǎn)換電路包括AD芯片和與其相連接的量程控制電路。
進(jìn)一步地，所述AD芯片為ADS7805。
進(jìn)一步地，所述光隔數(shù)字量輸出模塊采用TLP521-4型光隔芯片。
本實(shí)用新型基于USB接口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和電機(jī)控制，通過單片機(jī)模塊對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，使高Tc SQUID無損檢測裝置安裝更為方便，并且提高了AD轉(zhuǎn)換精度、二維定位精度提高、數(shù)據(jù)采集精度和系統(tǒng)可靠性，同時(shí)還降低了成本；通過光隔技術(shù)數(shù)據(jù)處理，還大大提高了成像清晰度。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的基于PCI接口的電機(jī)控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型的USB接口模塊電路圖；圖4為本實(shí)用新型的單片機(jī)模塊電路圖；圖5為本實(shí)用新型的AD轉(zhuǎn)換電路圖；圖6為本實(shí)用新型的光隔模塊的電路圖；圖7為單片機(jī)程序流程圖。
具體實(shí)施方式
如圖2所示，本實(shí)用新型以ATMEL89C52單片機(jī)為控制核心，通過USB接口芯片PDIUSBD12與PC機(jī)USB總線相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，ATMEL89C52單片機(jī)負(fù)責(zé)ADS7805的啟動(dòng)控制和數(shù)據(jù)讀出，ATMEL89C52單片機(jī)程序在加電復(fù)位后，就開始等待來自PC機(jī)的命令，收到后進(jìn)行分析，分別執(zhí)行放大后的SQUID信號(hào)的采集和電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)控制。如圖7所示，單片機(jī)加電復(fù)位后，等待PC命令，如果沒有收到則繼續(xù)等待命令，若收到命令，而且是數(shù)據(jù)采集命令就啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換，若轉(zhuǎn)換未成功則繼續(xù)轉(zhuǎn)換；當(dāng)轉(zhuǎn)換完成后數(shù)據(jù)讀入緩沖區(qū)，并發(fā)送數(shù)據(jù)到PC機(jī)，然后繼續(xù)等待PC命令；如果收到的PC命令不是數(shù)據(jù)采集命令而是電機(jī)啟動(dòng)命令，就執(zhí)行控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)指定角度，并發(fā)送命令執(zhí)行成功信息到PC機(jī)，如果也不是電機(jī)啟動(dòng)命令，就發(fā)送命令錯(cuò)誤信息到PC機(jī)，繼續(xù)等待PC命令。
下面分別對各部分電路圖做詳細(xì)解釋。
圖3是USB接口模塊電路圖。芯片選用Philips公司的并口芯片PDIUSBD12。D12有地址、數(shù)據(jù)串行和并行兩種控制方式，通過A0的電平來決定，本實(shí)用新型中將A0上拉，表示地址、數(shù)據(jù)串行進(jìn)入D12；其DATA0～DATA7、ALE、CS_N、INT_N、RD_N、WR_N、RESET_N等引腳必須與ATMEL89C52的相應(yīng)引腳相連；在GL_N腳接有LED，可用作USB通訊的狀態(tài)指示；D12與U3(USB接線端子)的連線上，信號(hào)D+通過1M電阻進(jìn)行上拉，D-通過1M電阻進(jìn)行下拉，并在兩個(gè)通路中都串有磁珠，提高USB數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。
圖4是單片機(jī)模塊電路圖。12M的晶振與單片機(jī)的XTAL1和XTAL2相連，由單片機(jī)的內(nèi)部振蕩電路產(chǎn)生其工作所需的時(shí)鐘。在P11和P12引腳有兩個(gè)發(fā)光二極管，分別用于D12和AD芯片的片選狀態(tài)指示。D12的INT_N信號(hào)連接單片機(jī)的外中斷INT0腳，用中斷方式實(shí)現(xiàn)USB的通訊。
圖5是AD轉(zhuǎn)換電路圖。U4為單5伏供電的16位ADS7805芯片，標(biāo)準(zhǔn)±10伏輸入。AD轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)由單片機(jī)的P13控制，其轉(zhuǎn)換狀態(tài)由P33讀取，16位轉(zhuǎn)換結(jié)果分兩次讀到單片機(jī)緩存中，單片機(jī)P20為低讀取低8位，P20為高讀取高8位。
圖6是光隔模塊的電路圖。U5～U8為光耦TLP521-4中的4個(gè)部分，其輸入端均通過500歐的限流電阻接到單片機(jī)P1口上，輸出端通過500歐電阻上拉，使其能夠輸給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器穩(wěn)定的高低電平。輸出端的5伏電源E_VCC和地E_GND要與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連，且與單片機(jī)、D12、AD7805等芯片的電源和地分開，這樣才能起到隔離保護(hù)的作用。
權(quán)利要求1.一種基于USB接口的電機(jī)控制和數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，包括與PC接口連接的USB接口模塊、單片機(jī)模塊、AD轉(zhuǎn)換電路、光隔數(shù)字量輸出模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，以單片機(jī)模塊作為整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，負(fù)責(zé)AD轉(zhuǎn)換電路的啟動(dòng)控制和數(shù)據(jù)讀出，并通過USB接口模塊傳送到PC機(jī)，PC機(jī)通過USB接口模塊傳送電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)指令給單片機(jī)模塊，單片機(jī)模塊負(fù)責(zé)指令解釋，并通過光隔數(shù)字量輸出模塊控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于USB接口的電機(jī)控制和數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，所述PC接口為PC機(jī)的USB總線接口，所述USB接口模塊包括USB接口芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于USB接口的電機(jī)控制和數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，所述USB接口芯片為并行接口的PDIUSBD12。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于USB接口的電機(jī)控制和數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，所述單片機(jī)模塊包括單片機(jī)芯片及其復(fù)位、震蕩電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于USB接口的電機(jī)控制和數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，所述單片機(jī)芯片為ATMEL89C52。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于USB接口的電機(jī)控制和數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，進(jìn)一步地，所述AD轉(zhuǎn)換電路包括AD芯片和與其相連接的量程控制電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于USB接口的電機(jī)控制和數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，進(jìn)一步地，所述AD芯片為ADS7805。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于USB接口的電機(jī)控制和數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，進(jìn)一步地，所述光隔數(shù)字量輸出模塊采用TLP521-4型光隔芯片。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于USB接口的電機(jī)控制和數(shù)據(jù)采集裝置，包括與PC接口連接的USB接口模塊、單片機(jī)模塊、AD轉(zhuǎn)換電路、光隔數(shù)字量輸出模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，以單片機(jī)模塊作為整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，負(fù)責(zé)AD轉(zhuǎn)換電路的啟動(dòng)控制和數(shù)據(jù)讀出，并通過USB接口模塊傳送到PC機(jī)，PC機(jī)通過USB接口模塊傳送電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)指令給單片機(jī)模塊，單片機(jī)模塊負(fù)責(zé)指令解釋，并通過光隔數(shù)字量輸出模塊控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。本實(shí)用新型基于USB接口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和電機(jī)控制，通過單片機(jī)模塊對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，使高Tc SQUID無損檢測裝置安裝更為方便，提高了AD轉(zhuǎn)換精度、二維定位精度提高、數(shù)據(jù)采集精度和系統(tǒng)可靠性；通過光隔技術(shù)數(shù)據(jù)處理，還大大提高了成像清晰度。
文檔編號(hào)G06F13/40GK2727845SQ200420084930
公開日2005年9月21日 申請日期2004年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月28日
發(fā)明者李俊文, 孔祥燕, 楊乾聲, 楊國楨, 陳賡華, 張利華, 馮稷, 任育峰, 于洪偉 申請人:中國科學(xué)院物理研究所