CN103901802A - 脉冲方波产生方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动化控制技术领域，提供一种脉冲方波产生方法及装置。该方法包括：数控系统通过其RS232接口输出脉冲方波控制信号；根据所述脉冲方波控制信号产生脉冲方波信号。本发明通过数控系统的RS232接口输出脉冲方波控制信号，用以控制脉冲方波的频率及占空比，由于RS232为串行接口，因此数控系统与外部电路可实现串行数据通讯，减少了数据线，同时省去现有并行数据通讯方式下所需的I/O扩展模块，降低了成本。

Description

脉冲方波产生方法及装置

技术领域

本发明涉及工业自动化控制领域，尤其涉及一种脉冲方波产生方法及装置。

背景技术

目前，激光切割机、激光焊接机等激光加工机械，通常采用数控系统提供激光器所需的脉冲方波。如图1所示，其具体过程是：在数控系统100的PLC（ProgrammableLogicController可编程逻辑控制器）101中编写程序，通过PCI（PeripheralComponentInterconnect外设部件互连标准）接口102控制其I/O扩展模块110的地址字节，通过脉冲方波输出模块120产生脉冲方波提供给激光器130，PLC程序使用1位+2字节地址控制，实时改变脉冲方波输出频率和占空比，从而实现对激光器的控制。

数控系统100与其I/O扩展模块110之间采用并行数据通讯，且该数据通过PCI总线传送，因此需要50条数据线连接；I/O扩展模块110与脉冲方波输出模块120之间也采用并行数据通讯，传输1位+2字节数据，需要17根数据线连接，因此整个系统需要67条数据线，连线复杂。而且，该I/O扩展模块110价格较高，因此采用该种方式获得脉冲方波的成本也相对较高。

同时，由于并行数据的相互干扰，在以较高速度进行数据传输时容易导致数据出错，为保证数据的准确性，数据传输需保持在较低的速度，因此并未体现出并行数据传输在速度方面的优越性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够更简单、更低成本向激光器提供脉冲方波的方法及装置。

为解决该问题，本发明提供一种脉冲方波产生方法，包括：

数控系统通过其RS232接口输出脉冲方波控制信号；

根据所述脉冲方波控制信号产生脉冲方波信号。

进一步地，所述根据脉冲方波控制信号产生脉冲方波信号的步骤包括：

将所述脉冲方波控制信号由EIA电平转换为TTL电平；

根据所述经电平转换的脉冲方波控制信号，产生脉冲方波信号。

进一步地，所述根据脉冲方波控制信号产生脉冲方波信号的步骤还包括：

对所述脉冲方波信号进行功率放大。

进一步地，根据所述经电平转换的脉冲方波控制信号，产生脉冲方波信号的步骤包括：

根据控制信号数值与占空比及频率的对应关系，映射出脉冲方波的占空比及频率；

计算该占空比及频率所对应的高、低电平翻转时间；

按照所述高、低电平翻转时间对时钟信号计数，控制高低电平的翻转。

本发明同时提供一种脉冲方波产生装置，包括用于生成脉冲方波控制信号的数控系统，该装置还包括：

RS232脉冲方波输出模块，与数控系统RS232接口连接，用于根据该接口输出的脉冲方波控制信号产生脉冲方波信号。

进一步地，所述RS232脉冲方波输出模块包括：

RS232通讯电路，用于接收所述脉冲方波控制信号，并将其由EIA电平转换为TTL电平；

以及单片机控制电路，用于根据经电平转换后的脉冲方波控制信号产生脉冲方波信号。

进一步地，所述RS232脉冲方波输出模块还包括：

脉冲方波输出电路，用于对脉冲方波信号进行功率放大。

进一步地，所述单片机控制电路包括：

单片机控制器，用于根据控制信号数值计算脉冲方波高、低电平翻转时间，并按照所述高、低电平翻转时间对时钟信号计数，控制高低电平的翻转；

以及晶体振荡器，用于向单片机控制器提供时钟信号。

与现有技术相比，本发明通过数控系统的RS232接口输出脉冲方波控制信号，用以控制脉冲方波的频率及占空比，由于RS232为串行接口，因此数控系统与外部电路可实现串行数据通讯，减少了数据线，同时省去现有并行数据通讯方式下所需的I/O扩展模块，降低了成本。

附图说明

图1为现有脉冲方波产生装置的结构示意图；

图2为本发明脉冲方波产生装置的结构示意图；

图3为本发明RS232脉冲方波输出模块的结构示意图；

图4为本发明RS232通讯电路原理图；

图5为本发明单片机控制电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例，对本发明进行详细说明。

如图2所示，本发明的脉冲方波产生装置包括数控系统100及RS232脉冲方波输出模块140，数控系统100通过其自带的RS232通讯接口103输出脉冲方波控制信号，RS232脉冲方波输出模块140根据该脉冲方波控制信号产生脉冲方波信号，提供给激光器130。如图3所示，RS232脉冲方波输出模块140包括RS232通讯电路141、单片机控制电路142、脉冲方波输出电路143以及供电电源电路144。

数控系统100的PLC101可提供RS232通讯自定义输出6字节和自定义输入8字节数据。本实施例中，编写PLC程序自定义输出2字节数据作为脉冲方波控制信号，其中第一个字节的高7位用于控制占空比，第一个字节的低一位和第二个字节用于控制频率。改变PLC输出，即可实现对脉冲方波输出频率和占空比的实时控制。

由于RS232通讯接口103传输数据采用的是EIA电平，而单片机控制电路142所采用的是TTL电平，因此要实现RS232通讯接口103与单片机控制电路142之间的通讯，需要实现TTL←→EIA的双向电平转换。如图4所示，RS232通讯电路141设置一用于实现TTL←→EIA的双向电平转换的芯片U1，型号为MAX232/S016，该芯片的R1IN、T1OUT连接至数控系统100的RS232通讯接口103，R1OUT、T1IN连接至单片机控制电路142。R1IN接收数控系统100输出的脉冲方波控制信号，经芯片U1转换为TTL电平后，由R1OUT输出至单片机控制电路142；T1IN接收单片机控制电路142的TTL电平信号，经芯片U1转换为EIA电平信号，由T1OUT输出至数控系统100。RS232通讯电路141还设置有：用于保护芯片U1不被瞬间脉冲损坏的电压限幅保护二极管D1、D2；滤波电容C1、C2、C3、C4、C5、C6；用于驱动电流加强的上接电阻R1、R2；以及RS232通讯接口插头J1。

单片机控制电路142包括晶体振荡器Y1及单片机控制器U2，如图5所示。单片机控制器U2的型号为STC12C5410，其RXD、TXD分别与RS232通讯电路141的R1OUT及T1IN连接。RXD接收经电平转换后的脉冲方波控制信号，单片机控制器U2根据该信号数值与占空比及频率的对应关系，映射出脉冲方波的占空比及频率；计算该占空比及频率所对应的高、低电平翻转时间；根据计算所得的高、低电平翻转时间对时钟信号计数，控制高、低电平的翻转，生成符合要求的脉冲方波信号PWM。晶体振荡器Y1向单片机控制器提供计数所需的时钟信号。单片机控制电路142还包括滤波电容C7、C8、C9、C10、C11；负载电阻R3及限流电阻R4。

脉冲方波控制信号数值与占空比及频率的对应关系如下：

用于控制占空比的7位数据，对应数值0-127，对应占空比0%-100%，大于100的数值按100处理。

用于控制频率9位数据，对应数值0-511，映射为频率：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、15、20、30、40、50、60………5000Hz，其具体的映射情况如下表所示：

9位数据m	0-10	11	12	13-511
					频率f	0-10	12	15	(m-11)*10

为了保证激光器能够正常工作，上述对应关系还需满足以下条件：

当频率=4K-5KHz时，占空比有效范围是10%-90%；

当频率=3K-4KHz时，占空比有效范围是8%-92%；

当频率=2K-3KHz时，占空比有效范围是6%-94%；

当频率=1K-2KHz时，占空比有效范围是4%-96%；

当频率=500-1KHz时，占空比有效范围是2%-98%；

当频率=0-500Hz时，占空比有效范围是0%-100%。

脉冲方波输出电路143接收单片机控制电路142输出的PWM信号，经电流放大三极管放大后提供给激光器130。

供电电源电路接收+24V电源，经降压后输出+5V电压，作为RS232通讯电路141、单片机控制电路142、脉冲方波输出电路143的工作电源。

本发明的脉冲方波产生装置由数控系统100通过RS232通讯接口103实现数据通讯，由于该接口为串行接口，由此实现数控系统100与RS232脉冲方波输出模块140的串行数据通讯。两者之间实现串行数据通讯仅需要3条数据线，分别用于数据输入、输出及接地，较现有采用并行数据通讯的方式减少了64条数据线，接线简单；同时，串行数据通讯方式下省去了原数控系统I/O扩展模块110，降低了成本。串行数据通讯由于需要一位一位地传送数据，因此其速度较慢，但是正如背景技术中所描述的，现有的并行数据通讯方式下，为了保证数据的准确性，其数据传输速度会被降低，在保证数据准确性的前提下，脉冲方波输出的频率和占空比最快响应时间为10ms，而实践证明，串行数据通讯方式下，脉冲方波输出的频率和占空比最快响应时间也为10ms，因此，串行数据通讯方式并未对数据传输速度造成影响。

Claims (8)

1.一种脉冲方波产生方法，其特征在于，包括：

数控系统通过其RS232接口输出脉冲方波控制信号；

根据所述脉冲方波控制信号产生脉冲方波信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据脉冲方波控制信号产生脉冲方波信号的步骤包括：

将所述脉冲方波控制信号由EIA电平转换为TTL电平；

根据所述经电平转换的脉冲方波控制信号，产生脉冲方波信号。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据脉冲方波控制信号产生脉冲方波信号的步骤还包括：

对所述脉冲方波信号进行功率放大。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，根据所述经电平转换的脉冲方波控制信号，产生脉冲方波信号的步骤包括：

根据控制信号数值与占空比及频率的对应关系，映射出脉冲方波的占空比及频率；

计算该占空比及频率所对应的高、低电平翻转时间；

按照所述高、低电平翻转时间对时钟信号计数，控制高低电平的翻转。

5.一种脉冲方波产生装置，包括用于生成脉冲方波控制信号的数控系统，其特征在于，该装置还包括：

RS232脉冲方波输出模块，与数控系统RS232接口连接，用于根据该接口输出的脉冲方波控制信号产生脉冲方波信号。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述RS232脉冲方波输出模块包括：

RS232通讯电路，用于接收所述脉冲方波控制信号，并将其由EIA电平转换为TTL电平；

以及单片机控制电路，用于根据经电平转换后的脉冲方波控制信号产生脉冲方波信号。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述RS232脉冲方波输出模块还包括：

脉冲方波输出电路，用于对脉冲方波信号进行功率放大。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述单片机控制电路包括：

单片机控制器，用于根据控制信号数值计算脉冲方波高、低电平翻转时间，并按照所述高、低电平翻转时间对时钟信号计数，控制高低电平的翻转；

以及晶体振荡器，用于向单片机控制器提供时钟信号。

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