CN107908139A - 一种基于无线网的同步定型机 - Google Patents

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俞雅莹
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Abstract

本发明公开了一种基于无线网的同步定型机,包含设置在定型机上的由多个用于信号采集的传感器节点构成的传感器网络，以及与传感器节点通过CAN总线连接的信号处理及监控终端，所述传感器节点包含转速传感器阵列、多路复用开关、模数转换器、整流滤波模块、微控制器模块、数据传输模块、数据存储模块、接口模块和电源模块，本发明结构简单、易于实现、测量精度高；本发明采用DSP+FPGA的嵌入式同步控制器，具有结构灵活，通用性强的特点，适用于模块化设计，可大大减少系统的外围器件，降低成本；本发明电源模块采用温差发电给传感器节点供电，大大节约了电能，节省了人力。

Description

一种基于无线网的同步定型机
技术领域
本发明属于同步控制领域，尤其涉及一种基于无线网的同步定型机。
背景技术
在印染机械设备生产加工过程中，各个传动单元分别由独立的电机驱动。为了保证整机各单元同步协调工作，提高产品质量，需要设计相应的同步控制器。多单元同步传动是印染机械设备同步控制的关键，但由于交流电机严重的非线性，系统的动态特性和相应的参数受外界扰动因素的影响，增加了实际同步控制的难度，降低了实际的控制精度。传统的控制方案设计如带转换式松紧架的同步系统可靠性差，控制精度不高，难以获得满意的控制效果。
例如申请号为“201210587448.9”的一种串行同步控制系统，包括位置测量系统、位置测量机箱、运动控制系统、运动控制机箱及串行同步控制总线，位置测量系统包括同步数据传输总线、位置测量卡、同步总线控制卡及第一数据通信卡，集成安装在位置测量机箱内，运动控制系统包括运动数据传输总线、运动控制卡、运动总线控制卡及第二数据通信卡，安装在运动控制机箱内，位置测量系统通过串行同步控制总线与运动传输系统相连。本发明通过将位置测量系统和运动控制系统分别集成在两个各自独立的机箱内，并利用串行同步控制总线实现物理分离，增加了工件台掩膜台的位置测量轴和运动驱动轴的数量，同时利用串行同步控制总线也实现了位置测量系统和运动控制系统的同步伺服控制。
又如申请号为“201280013751.6”的同步控制系统，端子的传送处理装置具备：传送接口部，保持所收发的数据包，并且在接收到用于同步控制的包时，取得用于同步控制计算的接收定时；定时生成部，生成一定的内部定时；收发处理部，对特定的副端子进行同步请求督促包的发送，并在从接收到同步请求督促包的副端子接收了同步请求包时，发送同步应答包；以及同步控制部，根据接收到数据包的时刻和在所接收的数据包中附加的时刻信息，计算同步误差，来进行同步状况的判断，并且根据同步状况来调节修正量，向上述定时生成部发送内部定时修正的指令。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种基于无线网的同步定型机。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种基于无线网的同步定型机，包含设置在定型机上的由多个用于信号采集的传感器节点构成的传感器网络，以及与传感器节点通过CAN总线连接的信号处理及监控终端，所述传感器节点包含转速传感器阵列、多路复用开关、模数转换器、整流滤波模块、微控制器模块、数据传输模块、数据存储模块、接口模块和电源模块，所述转速传感器阵列依次经过多路复用开关、模数转换器、整流滤波模块连接微控制器模块，所述数据传输模块、数据存储模块、接口模块和电源模块分别与微控制器模块连接；所述电源模块包含依次连接的温差电能收集器、电源能量管理电路，所述电源能量管理电路包含MPPT模块、电能输出接口、升压电路和能量缓冲器，所述能量缓冲器包含储能电容、比较器和稳压器；所述MPPT模块的输出端连接电能输出接口的输入端、所述电能输出接口的输出端连接升压电路的输入端，所述升压电路的输出端连接稳压器的输入端，所述比较器和储能电容的输入端连接在升压电路和稳压器之间。
作为本发明一种基于无线网的同步定型机的进一步优选方案，所述升压电路包含变换器、电感、稳压管、第一电解电容、第二电解电容、第一电阻和第二电阻，第一电解电容的正极分别连接电感的一端和电太阳能光板的输出端，电感的另一端连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端分别连接稳压管的正极和变换器的输入端，稳压管的负极分别连接第二电解电容的正极、变换器的输出端和开关的常闭端，开关的活动端与第二电阻串联后与充电电路连接，第一电解电容的负极、第二电解电容的负极、变换器的接地端与地连接。
作为本发明一种基于无线网的同步定型机的进一步优选方案，所述数据传输模块包含单片机以及与其连接的无线发射器。
作为本发明一种基于无线网的同步定型机的进一步优选方案，所述信号处理及监控终端包含处理器模块以及与其连接的数据接收模块、显示模块和接口模块。
作为本发明一种基于无线网的同步定型机的进一步优选方案，所述转速传感器采用BES58-P0CA0P系列光电旋转编码器。
作为本发明一种基于无线网的同步定型机的进一步优选方案，所述模数转换器的芯片型号为TMS320LF240。
作为本发明一种基于无线网的同步定型机的进一步优选方案，所述显示模块采用G35LCD屏。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本发明结构简单、易于实现、测量精度高；本发明采用DSP+FPGA的嵌入式同步控制器，具有结构灵活，通用性强的特点，适用于模块化设计，可大大减少系统的外围器件，降低成本；
2、本发明电源模块采用温差发电给传感器节点供电，大大节约了电能，节省了人力。
附图说明
图1是本发明的系统结构图；
图2是本发明的电源模块结构原理图；
图3是本发明的电源模块升压电路电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
一种基于无线网的同步定型机，包含设置在定型机上的由多个用于信号采集的传感器节点构成的传感器网络，以及与传感器节点通过CAN总线连接的信号处理及监控终端，如图1所示，所述传感器节点包含转速传感器阵列、多路复用开关、模数转换器、整流滤波模块、微控制器模块、数据传输模块、数据存储模块、接口模块和电源模块，所述转速传感器阵列依次经过多路复用开关、模数转换器、整流滤波模块连接微控制器模块，所述数据传输模块、数据存储模块、接口模块和电源模块分别与微控制器模块连接；
如图2所示，所述电源模块包含依次连接的温差电能收集器、电源能量管理电路，所述电源能量管理电路包含MPPT模块、电能输出接口、升压电路和能量缓冲器，所述能量缓冲器包含储能电容、比较器和稳压器；所述MPPT模块的输出端连接电能输出接口的输入端、所述电能输出接口的输出端连接升压电路的输入端，所述升压电路的输出端连接稳压器的输入端，所述比较器和储能电容的输入端连接在升压电路和稳压器之间。
如图3所示，所述升压电路包含变换器、电感、稳压管、第一电解电容、第二电解电容、第一电阻和第二电阻，第一电解电容的正极分别连接电感的一端和电太阳能光板的输出端，电感的另一端连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端分别连接稳压管的正极和变换器的输入端，稳压管的负极分别连接第二电解电容的正极、变换器的输出端和开关的常闭端，开关的活动端与第二电阻串联后与充电电路连接，第一电解电容的负极、第二电解电容的负极、变换器的接地端与地连接。
所述数据传输模块包含单片机以及与其连接的无线发射器。
所述信号处理及监控终端包含处理器模块以及与其连接的数据接收模块、显示模块和接口模块。
所述转速传感器采用BES58-P0CA0P系列光电旋转编码器。
所述模数转换器的芯片型号为TMS320LF240。
显示模块采用G35LCD屏。
其中，所述微控制器模块和处理器模块的芯片型号为EPFl0Kl0LC84，所述转速传感器采用BES58-P0CA0P系列光电旋转编码器，所述模数转换电路的芯片型号为TMS320LF240，所述显示模块采用G35LCD屏。
本发明基于DSP+FPGA的嵌入式同步控制器，具有结构灵活，通用性强的特点，适用于模块化设计，可大大减少系统的外围器件，降低成本。DSP作为运算控制的核心，主要完成电机启停，控制算法的实现和各类接口处理等；FAPG作为数据采集模块的核心，负责数据采集和键盘接口电路的实现。便于使印染设备各单元同步协调工作。
嵌入式控制器的硬件结构：DSP为系统的核心单元，它对采集的各种参数进行运算、分析和显示，并可通过通信模块与本地带485接口的仪表通信。选用TI公司的TMS320LF2407A型DSP芯片，它采用高性能静态CMOS技术，供电电压降为3.3 V，功耗小，具有30 MIPS的执行速度，使得指令周期缩短到33ns，提高了控制器的实时控制能力；片内有高达32 KB的FLASH程序存储器。16位TMS320LF2407A型DSP芯片具有采样速度快，浮点处理速度高，稳定性好等特点。DSP的特殊结构和优良性能满足了系统的需要。
FPGA采用Altera公司的FLEX系列芯片EPFl0Kl0LC84，具有高密度，低成本，低功率等特点，可支持多电压I/O接口，是在PAL，GAL，EPLD等可编程逻辑器件的基础上发展起来的，非常适于时序、组合等逻辑电路的应用场合。FPGA作为一个外部协处理器使用，通过总线与DSP处理器连接，主要实现的功能是脉冲计数、键盘扫描等。FPGA最大的特点是它的内部逻辑在线的可重构性。当应用需求发生变化时，对FPGA重新进行编程，即可改变其逻辑行为，大大提高了系统的开放性和可重构性。FPGA的高速性和灵活性也保证了系统的实时性，并且简化了系统的外围电路，降低了成本。
显示模块采用G35LCD屏，通过总线与DSP的连接，通过配置相关寄存器，编写调用相关应用程序接口函数即可显示待测参数、运行状态及其他辅助信息。通信模块由RS 485接口电路组成，可以用它将控制器和变频器连接在一起。通过通信实现由控制器设定和修改变频器的参数，以监视其工作状态。为了便于实现现场调试、数据输入和命令传送等控制功能，该系统设计了一个4×4的矩阵键盘。采用FPGA来完成键盘接口电路，可节省I/O资源，减轻处理器负担，提高系统的整体性能。数据采集模块用2个旋转编码器把电机转速转换为数字脉冲，由FPGA记录脉冲值，DSP通过中断读取数值。经运算处理后，经通信模块输出控制量U(k)到各从动机的变频器，通过变频器调节从动机的转速，使其不断跟随主动机转速的变化而实现同步。以上设计提高了系统的灵活性和通用性，降低了开发成本，可作为一个独立模块与嵌入式系统连接。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (7)

1.一种基于无线网的同步定型机，其特征在于：包含设置在定型机上的由多个用于信号采集的传感器节点构成的传感器网络，以及与传感器节点通过CAN总线连接的信号处理及监控终端，所述传感器节点包含转速传感器阵列、多路复用开关、模数转换器、整流滤波模块、微控制器模块、数据传输模块、数据存储模块、接口模块和电源模块，所述转速传感器阵列依次经过多路复用开关、模数转换器、整流滤波模块连接微控制器模块，所述数据传输模块、数据存储模块、接口模块和电源模块分别与微控制器模块连接；所述电源模块包含依次连接的温差电能收集器、电源能量管理电路，所述电源能量管理电路包含MPPT模块、电能输出接口、升压电路和能量缓冲器，所述能量缓冲器包含储能电容、比较器和稳压器；所述MPPT模块的输出端连接电能输出接口的输入端、所述电能输出接口的输出端连接升压电路的输入端，所述升压电路的输出端连接稳压器的输入端，所述比较器和储能电容的输入端连接在升压电路和稳压器之间。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线网的同步定型机，其特征在于：所述升压电路包含变换器、电感、稳压管、第一电解电容、第二电解电容、第一电阻和第二电阻，第一电解电容的正极分别连接电感的一端和电太阳能光板的输出端，电感的另一端连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端分别连接稳压管的正极和变换器的输入端，稳压管的负极分别连接第二电解电容的正极、变换器的输出端和开关的常闭端，开关的活动端与第二电阻串联后与充电电路连接，第一电解电容的负极、第二电解电容的负极、变换器的接地端与地连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于无线网的同步定型机，其特征在于：所述数据传输模块包含单片机以及与其连接的无线发射器。
4.根据权利要求1所述的一种基于无线网的同步定型机，其特征在于：所述信号处理及监控终端包含处理器模块以及与其连接的数据接收模块、显示模块和接口模块。
5.根据权利要求1所述的一种基于无线网的同步定型机，其特征在于：所述转速传感器采用BES58-P0CA0P系列光电旋转编码器。
6.根据权利要求1所述的一种基于无线网的同步定型机，其特征在于：所述模数转换器的芯片型号为TMS320LF240。
7.根据权利要求4所述的一种基于无线网的同步定型机，其特征在于：所述显示模块采用G35LCD屏。
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