CN106533870B - 一种运动控制系统信号传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种运动控制信号传输方法，运动控制卡先将运动控制信号传输至驱动器转接板，然后驱动器转接板将信号转化为驱动器脉冲信号。传输通道采用一路普通的RS485半双工传输介质加上一根开漏信号线；有脉冲信号发生时，运动控制卡发送包含各轴脉冲信号的数据字节至串口传输线；这个数据字节的每一位对应于一个驱动器的脉冲信号；若各轴都正确接收数据信号，则开漏信号线不被接地，各驱动器会提取对应于本驱动器的位信息执行脉冲指令；否则，信号线被接地，主机会重新发送数据字节，以保证高速安全数据传输。本发明的运动控制信号传输方法，克服了传统的并行接口需要线束多，接线复杂的问题，也克服了总线的复杂度高的问题，同时又保持高速率的信号传输。

Description

一种运动控制系统信号传输方法

技术领域

本发明涉及运动控制系统信号传输方法，特别是指一种多轴运动控制信号传输的方法。

背景技术

数控机床或者机器人运动控制系统信号一般采用并行或者串口总线的方式传播。采用并行方式一个运动轴至少需要4个输出IO口， 1个IO口接电源或接电源正极，1个IO口输出脉冲，一个IO口输出方向信号，一个IO口输出使能信号。可以达到1-10Mbps的速率。但是对于多轴系统，如32轴，控制板需要引出128个端口，对于这些信号端口的隔离和电磁兼容保护将成为很复杂的问题。同时也导致系统的可靠性变差，因为接线端口越多，接线的复杂性和出错失效的概率就越大。如果采用串口总线的方式传播，如要控制4轴，每轴的输出在1Mbps速率，按最简单的8位串口通信，通信需要的波特率在40Mbps以上，直接使用字节单元串口总线传输是难以实现的。

使用串口总线传输方式成功的案例是EtherCAT通信总线。中国专利201610049895.7公开了一种应用EtherCAT总线通信技术的模块化关节驱动器，涉及运用EtherCAT传输运动控制信号的方法。但是这种通信总线的成本较高，在中低端场合，其优势没有发挥的空间，所以这种通信总线不适用于中低端场合。

发明内容

为克服上述运动控制信号传输方法的不足，本发明的目的在于提出一种适用于中低端场合的运动控制信号传输方法，以克服传统的并行接口需要线束多，接线复杂的问题，以及总线的复杂度高的问题，同时保持高速率的信号传输。

基于上述目的，本发明提供一种运动控制信号传输方法，包括：

运动控制卡将运动控制信号传输至驱动器转接板；

所述驱动器转接板将所述运动控制信号转化为驱动器脉冲信号，

其特征在于：所述运动控制卡将所述运动控制信号传输至所述驱动器转接板的传输通道是由一路RS485半双工传输介质和开漏信号线构成，RS485串口设定为带奇偶校验功能，且信号传输的过程遵循如下通讯协议：

1)RS485有两种通信状态，一种是直接输出运动控制信号，一种是指令通信状态，系统默认直接输出运动控制信号；

2)RS485通讯中有一个保留字节,输出所述保留字节意味着通信状态切换为指令通信状态，所述保留字节可以约定为其它数字；

3)在指令通信状态下，OP端被运动控制卡设置为接地状态，即输出端拉低；

4)所述驱动器转接板有独立的编号，每个转接板的编号都不一样，这个编号可以用户设定；

5)在直接输出运动控制信号状态，运动控制卡OP端被设置为高阻状态，转接板通过RS485串口通道接收字节信号，若发现串口奇偶校验错误，则立刻拉低转接板的OP端，并保持一定时长，然后又将OP端设置为高阻状态，运动控制卡检测到OP端低电平，则会在OP端被重新设定为高阻状态之后，重新发送数据；若转接板端无串口奇偶校验错误，则检测OP端，若OP端为低电平，说明有端口接收发生错误了，则放弃当前接收字节；若OP端为高电平，则从接收字节中提取转接板驱动器编号的比特位值，若此比特位为1，则在驱动器端口输出一个脉冲信号。

在本发明的一些实施例中，在指令通信状态下，通过RS485半双工通信，可以设定各轴运动方向，读取、设定各轴计数器，错误检测和系统复位。

本发明提供的运动控制信号传输方法，包括：运动控制卡将运动控制信号传输至驱动器转接板；所述驱动器转接板将所述运动控制信号转化为驱动器脉冲信号，所述运动控制卡将所述运动控制信号传输至所述驱动器转接板的传输通道是由一路RS485半双工传输介质和开漏信号线构成，且信号传输的过程遵循新的通讯协议。适用于中低端场合的运动控制信号传输方法，克服了传统的并行接口需要线束多，接线复杂的问题，以及总线的复杂度高的问题，同时保持高速率的信号传输。

附图说明

图1为驱动器接入转接板示意图；

图2为本发明的一个实施例的运动控制卡和驱动转接板的连接方式示意图；

图3为本发明的一个实施例的信号传输接口示意图；

图4为本发明的一个实施例的数据字节与各轴对应示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明提供一种运动控制信号传输方法，包括：

运动控制卡将运动控制信号传输至驱动器转接板；

所述驱动器转接板将所述运动控制信号转化为驱动器脉冲信号，

所述运动控制卡将所述运动控制信号传输至所述驱动器转接板的传输通道是由一路RS485半双工传输介质和开漏信号线构成，且信号传输的过程遵循如下通讯协议：

1)RS485有两种通信状态，一种是直接输出运动控制信号，一种是指令通信状态，系统默认直接输出运动控制信号；

2)RS485通讯中有一个保留字节,输出所述保留字节意味着通信状态切换为指令通信状态，所述保留字节可以约定为其它数字；

3)在指令通信状态下，OP端被运动控制卡设置为接地状态，即输出端拉低；

4)所述驱动器转接板有独立的编号，每个转接板的编号都不一样，这个编号可以用户设定；

5)在直接输出运动控制信号状态，运动控制卡OP端被设置为高阻状态，转接板通过RS485串口通道接收字节信号，若发现串口奇偶校验错误，则立刻拉低转接板的OP端，并保持一定时长，然后又将OP端设置为高阻状态，运动控制卡检测到OP端低电平，则会在OP端被重新设定为高阻状态之后，重新发送数据；若转接板端无串口奇偶校验错误，则检测OP端，若OP端为低电平，说明有端口接收发生错误了，则放弃当前接收字节；若OP端为高电平，则从接收字节中提取转接板驱动器编号的比特位值，若此比特位为1，则在驱动器端口输出一个脉冲信号。

本发明提出的运动控制信号传输方法，适用于中低端场合的运动控制信号传输方法，克服了传统的并行接口需要线束多，接线复杂的问题，以及EtherCAT总线的复杂度高的问题，同时保持高速率的信号传输。

作为本发明的另一个实施例，在指令通信状态下，通过RS485 半双工通信，可以设定各轴运动方向，读取、设定各轴计数器，错误检测和系统复位。

为了使本发明的技术方案更容易被理解，以下结合附图与具体实施例对本发明的技术方案进行说明。

如图1所示，为驱动器接入转接板示意图；图2为本发明的一个实施例的运动控制卡和驱动转接板的连接方式示意图。图3为本发明的一个实施例的信号传输接口示意图；图4为本发明的一个实施例的数据字节与各轴对应示意图。

从图2中可以看出，本实施例的传输线缆为6芯双绞线，只使用其中5芯，此5芯接线端子如图3所示，图中V+，V-分别为电源正、负端，A、B为RS485半双工端口，OP为开漏信号线端口。驱动器接入转接板(图1)带2组这样的端子，2组端子导线直通，即标号一样的段子有导线连通，因此2组端子等效，功能完全相同，可以互换。设有2组端子是为了便于将驱动器串接，如图2。

运动控制卡的运动控制信号输出端口由一路RS485半双工端口加上一根开漏信号口构成，驱动器接入转接板端口为同样结构。在本实施例中，运动控制卡为4-8轴输出，最大为8轴，此实施例中为4 轴输出(图2)。

OP为开漏信号线端口接上拉电阻，当OP端被设为高阻状态时， OP端为高电平。

驱动器接入转接板接收RS485和OP线信号，并做出判断是否正确接收数据，如正确接收数据则提取其中的信息并产生驱动器脉冲信号。优选的，驱动器接入转接板由带串口的单片机实现；驱动器接入转接板也可以由带串口IP核的CPLD或者FPGA实现，实现的功能与单片机实现的功能相同；

驱动器接入转接板可以作为一个功能模块直接包含在驱动器之中。

约定运动控制卡和驱动器接入转接板之间信号传输的串口设定为带奇偶校验功能，并遵循以下的通信协议规范：

1)RS485有两种通信状态，一种是直接输出运动控制信号，一种是指令通信状态，系统默认直接输出运动控制信号；

2)RS485保留字节为0x00,正常情况下输出0x00意味着通信状态切换为指令通信状态，这个保留字节可以约定为0-255之间的其它数字，如0xFF；

3)在指令通信状态下OP端被运动控制卡设置为接地状态，即输出端拉低；

4)各驱动器接入转接板有独立的编号，每个转接板编号不一样，这个编号可以用户设定；

5)指令通信状态下，通过RS485半双工通信，可以设定各轴运动方向，读取、设定各轴计数器，错误检测，系统复位；

6)在直接输出运动控制信号状态，运动控制卡OP端被设置为高阻状态，转接板通过RS485串口通道接收字节信号，若发现串口奇偶校验错误，则立刻拉低转接板的OP端，并保持一定(可设定，如4us)时长，然后又将OP端设置为高阻状态，运动控制卡检测到 OP端低电平，则会重新发送数据。若无串口奇偶校验错误，转接板则检测OP端，若OP端为低电平，说明有端口接收发生错误了，则放弃当前接收字节。若OP端为高电平，则从接收字节中提取本轴对应的比特位(例如本轴编号为3，则提取接收字节的第3位)，若此比特位为1，则在驱动器端口输出一个脉冲信息；

7)一个串口数据字节提供八个轴的脉冲信息，每一位对应于一个驱动器(见图4)。

遵循上述通讯协议，运动控制信号传输的实例如下。

如果控制卡按先后顺序正确传输一下字节0b0000 0001,0b0000,0011,0b00000001,0b0000 0011则第一轴输出4个脉冲，第二轴输出2个脉冲，其它轴不输出脉冲。

通信协议5)指令通信状态下，通过RS485半双工通信，可以设定各轴运动方向，读取、设定各驱动器脉冲计数器，错误检测，系统复位的实施例如下：

例如，约定一个数据帧为4字节，第一字节为保留字节0x00；第二字节为转接板编号；第三个字节为指令字节，指令可以为读取、设定计数器、错误检测；第四个字节为校验字节，为前面三字节的校验和，用于检查数据帧的正确性。如0x00-0x01-0xFF-0xCC为读取第2个驱动器的脉冲计数器值，转接板收到此数据并校验正确性之后，将驱动器的脉冲计数值发送回运动控制卡。发送的数据帧为8字节，第1字节为保留字节0x00；第2字节为转接板编号；第3-6字节为脉冲计数器值，第7-8字节为校验字节，为前面6字节的校验和，用于检查数据帧的正确性。

需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本发明难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台的 (即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态 RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。

本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种运动控制信号传输方法，包括：

运动控制卡将运动控制信号传输至驱动器转接板；

所述驱动器转接板将所述运动控制信号转化为驱动器脉冲信号，

其特征在于：所述运动控制卡将所述运动控制信号传输至所述驱动器转接板的传输通道是由一路RS485半双工传输介质和开漏信号线构成，RS485串口设定为带奇偶校验功能，且信号传输的过程遵循如下通讯协议：

1)RS485有两种通信状态，一种是直接输出运动控制信号，一种是指令通信状态，系统默认直接输出运动控制信号；

2)RS485通讯中有一个保留字节,输出所述保留字节意味着通信状态切换为指令通信状态，所述保留字节约定为0-255之间的任意数字；

3)在指令通信状态下，OP端被运动控制卡设置为接地状态，即输出端拉低；

4)所述驱动器转接板有独立的编号，每个驱动器转接板的编号都不一样，这个编号用户设定；

5)在直接输出运动控制信号状态，运动控制卡OP端被设置为高阻状态，驱动器转接板通过RS485串口通道接收字节信号，若发现串口奇偶校验错误，则立刻拉低驱动器转接板的OP端，并保持一定时长，然后又将OP端设置为高阻状态，运动控制卡检测到OP端低电平，则会在OP端被重新设定为高阻状态之后，重新发送数据；若驱动器转接板端无串口奇偶校验错误，则检测OP端，若OP端为低电平，说明有端口接收发生错误了，则放弃当前接收字节；若OP端为高电平，则从接收字节中提取驱动器转接板编号的比特位值，若此比特位为1，则在驱动器转接板端口输出一个脉冲信号。

2.根据权利要求1所述的运动控制信号传输方法，其特征在于，在指令通信状态下，通过RS485半双工通信，设定各轴运动方向，读取、设定各轴计数器，错误检测和系统复位。