專利名稱：泵車臂架傳感器信號采集控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及一種信號采集裝置，特指一種泵車臂架傳感器信號采集控制器。
背景技術(shù)：
臂架是混凝土泵車布料的主要機構(gòu)，目前其主要是采用單自由度的手動控制方式進行控制的，在這種控制方式下，操作者要把臂架末端出料口移動到需要的位置，需要進行臂架各個自由度的逐步和反復(fù)調(diào)整，其操作難度較大同時操作效率低下，不能滿足快速布料的需要。因此采用以臂架末端出料口為操作目標(biāo)的機器人化智能控制方式具有現(xiàn)實的必要性，在這種控制方式下，臂架各個自由度在臂架智能控制器控制下同時智能聯(lián)動，使臂架末端出料口迅速到達目標(biāo)位置。實現(xiàn)這種機器人化的控制模式不僅需要實時檢測臂架系統(tǒng)各自由度的轉(zhuǎn)角信號，同時也要實時檢測操作者給定的遙控信號，由于臂架機構(gòu)的復(fù)雜性和特殊性，也考慮到傳感器安裝的方便，通常需要采用不同類型的傳感器(如絕對光電編碼器傳感器、電流型模擬傳感器、電壓型模擬傳感器等)進行間接測量(如測量單自由度油缸長度折算該自由度轉(zhuǎn)角)得到這些信號，再進行標(biāo)定和預(yù)處理才能得到需要的位置和操作信息。這些信號的采集、預(yù)處理和標(biāo)定等工作可以由臂架智能控制器完成，但是勢必增加該控制器的負(fù)擔(dān)，影響整個臂架運動規(guī)劃的效率和各個自由度閉環(huán)伺服控制的效果。因此有必要單獨設(shè)計一個控制器完成這些傳感器信號和操作信號的采集、標(biāo)定和預(yù)處理任務(wù)，并以簡單快捷的方式將處理后的信息傳遞給臂架智能控制器，以達到系統(tǒng)任務(wù)分布并行處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，設(shè)計一種基于CAN總線接口的、具有多種信息采集方式并能夠解決臂架智能控制系統(tǒng)中信息分布并行處理、達到系統(tǒng)任務(wù)分布并行處理的效果的泵車臂架傳感器信號采集控制器。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的解決方案為一種泵車臂架傳感器信號采集控制器，它包括微處理器、CPLD總線譯碼器、CAN總線接口，其特征在于所述微處理器與CPLD總線譯碼器以及CAN總線接口相連，并通過模擬信號采集通道接收模擬信號；所述CPLD總線譯碼器與CAN總線接口相連，并通過絕對編碼器信號采集通道接收數(shù)字信號；該CAN總線接口包括與微處理器和CPLD總線譯碼器相連的CAN控制器，CAN控制器通過光電隔離器與CAN驅(qū)動器相連。
所述模擬信號采集通道則包括與微處理器和CPLD總線譯碼器相連的AD轉(zhuǎn)換器和與CPLD總線譯碼器相連的多路選擇器以及與該多路選擇器相連的前置處理器和功率放大器。
所述絕對編碼器信號采集通道包括RS422接口和光電隔離器，并通過光電隔離器與CPLD總線譯碼器相連。
所述微處理器還連接有一監(jiān)視器。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明的泵車臂架傳感器信號采集控制器基于CAN總線接口設(shè)計，具有多種信息采集方式并能夠解決臂架智能控制系統(tǒng)中信息分布并行處理、達到系統(tǒng)任務(wù)分布并行處理的效果，從而能夠滿足混凝土泵車臂架機器人化控制的需要。由于采用CAN總線作為通信工具，快速靈活，穩(wěn)定性強，能夠很好地適應(yīng)現(xiàn)場復(fù)雜的工作環(huán)境，便于遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸；2、本發(fā)明控制器中的微處理器可以對采集到的模擬信號和數(shù)字信號進行必要的處理，得到控制系統(tǒng)需要的信號量然后再把該信號量進行發(fā)送，供主控制器使用。這樣既可以保證信號的完整性，又減輕了主控制器的負(fù)擔(dān)，使信號采集與處理可以單獨進行，同時還減少了通信傳輸?shù)男畔⒘浚瑴p少了出現(xiàn)錯誤的可能性；3、本發(fā)明的泵車臂架傳感器信號采集控制器通過CANBUS接口芯片擴展了一路隔離型CANBUS通訊接口，可以直接通過CAN總線與外部進行信息交換；4、本發(fā)明的泵車臂架傳感器信號采集控制器采用多路選擇器和AD轉(zhuǎn)換器擴展了8路16位的電流電壓型模擬采集通道，即可直接連接電壓型傳感器，又可通過轉(zhuǎn)換電阻連接電流型傳感器；5、本發(fā)明的泵車臂架傳感器信號采集控制器通過RS422接口芯片和光電隔離擴展了2路RS422絕對編碼器輸入通道、2路計數(shù)方向設(shè)置通道以及2路零位標(biāo)定控制通道，即可以采集2路絕對編碼器信號，又可以對編碼器參數(shù)進行設(shè)定；6、本發(fā)明的泵車臂架傳感器信號采集控制器設(shè)計有LCD顯示接口，在必要時可以加裝LCD顯示器以便對傳感器狀態(tài)進行現(xiàn)場監(jiān)測。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理方框示意圖；圖2是本發(fā)明的具體實施例電路示意圖。
圖例說明1、CPLD總線譯碼器 2、微處理器3、CAN總線接口 4、模擬信號采集通道5、絕對編碼器信號采集通道
具體實施例方式
以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明。
如圖1所示的本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，它采用嵌入式單片微處理器2、大規(guī)模CPLD總線譯碼器1、高精度AD轉(zhuǎn)換器、RS422接口和CAN總線接口3技術(shù)，提供了一種基于CAN總線通訊的傳感器信號采集控制器。如圖1所示，本發(fā)明包括微處理器2、CPLD總線譯碼器1、CAN總線接口3，微處理器2與CPLD總線譯碼器1以及CAN總線接口3相連，并通過模擬信號采集通道4接收模擬信號；CPLD總線譯碼器1與CAN總線接口3相連，并通過絕對編碼器信號采集通道5接收數(shù)字信號；該CAN總線接口3包括與微處理器2和CPLD總線譯碼器1相連的CAN控制器，CAN控制器通過光電隔離器與CAN驅(qū)動器相連。模擬信號采集通道4則包括與微處理器2和CPLD總線譯碼器1相連的AD轉(zhuǎn)換器和與CPLD總線譯碼器1相連的多路選擇器以及與該多路選擇器相連的前置處理器和功率放大器。絕對編碼器信號采集通道5包括RS422接口和光電隔離器，并通過光電隔離器與CPLD總線譯碼器1相連。微處理器2還連接有一監(jiān)視器。
其中，微處理器2和CPLD總線譯碼器1構(gòu)成本發(fā)明的核心，負(fù)責(zé)整個控制器的電路控制和信號處理功能，其工作情況則由專用外部“看門狗”監(jiān)視器監(jiān)視；CAN控制器、CAN驅(qū)動器以及光電隔離器組成的CAN總線接口3部分負(fù)責(zé)控制器與外界的通信；RS422接口和光電隔離器構(gòu)成的絕對編碼器信號采集通道5用來采集絕對編碼器反饋信號并對編碼器進行參數(shù)標(biāo)定；由AD轉(zhuǎn)換器、功率放大器、多路選擇器和前置處理器構(gòu)成的模擬信號采集通道4用來采集電流或電壓型模擬反饋信號。
工作原理(1)模擬信號采集本發(fā)明控制器可以同時采集8路模擬輸入量，這些模擬輸入量即可以是電壓型輸入量又可以是電流型輸入量，電流信號可以通過在前置處理器中增加采樣電阻的方式轉(zhuǎn)換成電壓信號再進行采集，采樣電阻的大小可根據(jù)要求進行選取，例如對于4-20Ma的模擬電流信號，可以選用500Ω的采樣電阻，這樣經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換后的實際范圍為2-10V，能夠滿足AD轉(zhuǎn)換器的需要。對于8路模擬輸入信號，可由8選1多路選擇器每次選出一路模擬信號進行輸入。為保證轉(zhuǎn)換的精度和增大模擬輸入量的范圍，AD轉(zhuǎn)換前還使用運算放大器對輸入信號進行放大和濾波，AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果則由微處理器2直接讀出。模擬量采集時，首先由微處理器2向AD轉(zhuǎn)換器發(fā)送開始轉(zhuǎn)換命令啟動AD轉(zhuǎn)換，然后微處理器2通過查詢AD轉(zhuǎn)換狀態(tài)字的方式等待本次轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)束后讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果，轉(zhuǎn)換速率可由微處理器2控制。(2)數(shù)字信號采集本發(fā)明控制器可以同時采集2路絕對光電編碼器傳感器反饋的數(shù)字信號，并根據(jù)需要對光電編碼器傳感器進行控制。絕對編碼器一般提供有標(biāo)準(zhǔn)RS422接口，可選用專門的RS422接口芯片對2路編碼器信息進行采集，每個絕對編碼器還有一個零位設(shè)置接口和一個計數(shù)方向選擇接口，編碼器的計數(shù)零位可以通過向零位接口發(fā)送清零信號人為設(shè)定，而計數(shù)方向則可以通過方向選擇接口進行控制。數(shù)字量采集時，微處理器2首先向編碼器發(fā)送串行時鐘信號，然后接收編碼器移出的串行數(shù)據(jù)，再根據(jù)移出的數(shù)據(jù)位數(shù)判斷本次數(shù)據(jù)是否移出完畢，如果沒有全部移出則繼續(xù)接收，若全部移出則根據(jù)移出的順序把串行數(shù)據(jù)重新組合到一起，得到編碼器的最終采樣結(jié)果。(3)數(shù)字信號處理本發(fā)明控制器中的微處理器2可以對采集到的模擬信號和數(shù)字信號進行必要的處理，得到控制系統(tǒng)需要的信號量然后再把該信號量進行發(fā)送，供主控制器使用。這樣既可以保證信號的完整性，又減輕了主控制器的負(fù)擔(dān)，使信號采集與處理可以單獨進行，同時還減少了通信傳輸?shù)男畔⒘浚瑴p少了出現(xiàn)錯誤的可能性。(4)CAN總線通信本發(fā)明控制器通過CAN總線接口3與外部交換信息，CAN總線接口3通信由CAN控制器和CAN驅(qū)動器完成。CAN控制器直接受微處理器2的控制進行信息的接收和發(fā)送，CAN驅(qū)動器則提供對總線的差動接收和發(fā)送功能。為增強CAN總線節(jié)點的抗干擾能力和實現(xiàn)總線上各節(jié)點之間的電氣隔離，CAN控制器和CAN驅(qū)動器之間采用光耦進行隔離。由于采用CAN總線接口3作為通信工具，快速靈活，穩(wěn)定性強，能夠很好地適應(yīng)現(xiàn)場復(fù)雜的工作環(huán)境，便于遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸。
圖2為實施本發(fā)明的具體電路圖。其中，EPM7128為CPLD總線譯碼器1，通過其內(nèi)部的編程實現(xiàn)各種譯碼功能；W78E58為單片微處理器2，負(fù)責(zé)整個電路的控制及完成各種信息的處理功能MAX813為外部看門狗監(jiān)視器，用來監(jiān)視微處理器2的工作狀態(tài)；INOUT和LCD_PORT為外部LCD顯示器接口，在必要時可加裝LCD顯示器對電路狀態(tài)進行監(jiān)測；SJA1000為CAN控制器，受微處理器2的控制進行信息的接收和發(fā)送；6N137為光電隔離器，可以增強CAN總線節(jié)點的抗干擾能力和實現(xiàn)總線上各節(jié)點之間的電氣隔離；PCA82C250為CAN驅(qū)動器，提供對總線的差動接收和發(fā)送功能；帶多個電阻的CON16為前置處理器，可以把輸入的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號再進行AD轉(zhuǎn)換；ADG508為多路選擇器，可以從輸入的多路模擬信號中選出一路進行輸入；AD622為信號運算放大器，可以對輸入信號進行放大和濾波；AD976為AD轉(zhuǎn)換器，完成AD轉(zhuǎn)換功能；MC1403為基準(zhǔn)電壓源，為AD轉(zhuǎn)換器提供基準(zhǔn)電壓；MAX488為專用RS422接口芯片，用來實現(xiàn)絕對編碼器的信息采集功能；PC827為光電隔離器，用來實現(xiàn)編碼器計數(shù)方向及零位標(biāo)定控制信號的隔離。ASD1OH為寬電壓(9-36V)隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器，提供裝置各種需要的工作電壓；B0505為+5V隔離電壓源，為CAN總線通信提供隔離電壓；JTAG為CPLD的編程接口；CON16為絕對編碼器的輸入接口電路；其余為電阻電容及二極管顯示電路，完成相應(yīng)的輔助功能。
權(quán)利要求
1.一種泵車臂架傳感器信號采集控制器，它包括微處理器(2)、CPLD總線譯碼器(1)、CAN總線接口(3)，其特征在于所述微處理器(2)與CPLD總線譯碼器(1)以及CAN總線接口(3)相連，并通過模擬信號采集通道(4)接收模擬信號；所述CPLD總線譯碼器(1)與CAN總線接口(3)相連，并通過絕對編碼器信號采集通道(5)接收數(shù)字信號；該CAN總線接口(3)包括與微處理器(2)和CPLD總線譯碼器(1)相連的CAN控制器，CAN控制器通過光電隔離器與CAN驅(qū)動器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泵車臂架傳感器信號采集控制器，其特征在于所述模擬信號采集通道(4)則包括與微處理器(2)和CPLD總線譯碼器(1)相連的AD轉(zhuǎn)換器和與CPLD總線譯碼器(1)相連的多路選擇器以及與該多路選擇器相連的前置處理器和功率放大器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泵車臂架傳感器信號采集控制器，其特征在于所述絕對編碼器信號采集通道(5)包括RS422接口和光電隔離器，并通過光電隔離器與CPLD總線譯碼器(1)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的泵車臂架傳感器信號采集控制器，其特征在于所述微處理器(2)還連接有一監(jiān)視器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種泵車臂架傳感器信號采集控制器，它包括微處理器、CPLD總線譯碼器、CAN總線接口，微處理器與CPLD總線譯碼器以及CAN總線接口相連，并通過模擬信號采集通道接收模擬信號；CAN總線接口包括與微處理器和CPLD總線譯碼器相連的CAN控制器，CAN控制器通過光電隔離器與CAN驅(qū)動器相連；模擬信號采集通道包括與微處理器和CPLD總線譯碼器相連的AD轉(zhuǎn)換器和與CPLD總線譯碼器相連的多路選擇器以及與該多路選擇器相連的前置處理器和功率放大器；CPLD總線譯碼器通過絕對編碼器信號采集通道接收數(shù)字信號，該絕對編碼器信號采集通道包括RS422接口和光電隔離器。本發(fā)明基于CAN總線接口且具有多種信息采集方式，并能夠解決臂架智能控制系統(tǒng)中信息分布并行處理的問題。
文檔編號G08C19/00GK1645433SQ20051003117
公開日2005年7月27日 申請日期2005年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月19日
發(fā)明者龍剛強, 周華平 申請人:三一重工股份有限公司