CN107943737A - 一种基于PXI Express总线的通用电机控制接口卡 - Google Patents

一种基于PXI Express总线的通用电机控制接口卡 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于PXI Express总线的通用电机控制接口卡，包括FPGA模块，所述FPGA模块前端与ADC模块、旋变采集模块、差分数字量输入模块、差分数字量输出模块、LVDS接口模块连接，后端与PXIExpress接口模块、PXI接口模块和CPCI接口模块双向连接。本发明的有益效果是：（1）基于PXI Express总线，提高了数据传输速率，最高可达2.5Gb/s，有效提高电机控制品质。（2）采用FPGA模块进行数据处理，提高了电机传感信号的处理能力。（3）使用的PXI Express总线，兼容PXI、PCI Express等传统总线，可有效与各种总线设备复用。

Description

一种基于PXI Express总线的通用电机控制接口卡
技术领域
本发明涉及电机控制领域，具体是一种基于PXI Express总线的通用电机控制接口卡。
背景技术
电机控制广泛应用于自动化、汽车、国防等行业，在工业控制中占有重要的作用。其中电机控制接口卡用于实现电机传感信号与控制信号的传输管理与处理，是电机控制系统的关键部分。目前在工业控制领域，PXI Express总线因具有最高可达2.5Gb/s的串行互联速率，以及与PCI Express等总线兼容性良好等特点，在数据传输与通信得到广泛应用，基于PXI Express总线的工业控制设备也在该领域得到了广泛应用。而目前业界的电机控制接口卡大多基于传统的PXI、PCI Express总线，无法有效与工业广泛应用的PXI Express总线设备进行集成，且传输速率较低，在高实时性控制的场景下制约了采集数据处理能力以及电机控制品质的提高。此外，目前电机控制接口卡支持的电机类型与传感器类型有限，造成了使用条件的限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于PXI Express总线的通用电机控制接口卡以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于PXI Express总线的通用电机控制接口卡，包括FPGA模块，所述FPGA模块前端与ADC模块、旋变采集模块、差分数字量输入模块、差分数字量输出模块、LVDS接口模块连接，后端与PXIExpress接口模块、PXI接口模块和CPCI接口模块双向连接。
作为本发明进一步的方案：所述FPGA模块还连接FLASH。
作为本发明进一步的方案：所述FPGA模块选用XC6SLX75T-2FG676I型FPGA。
作为本发明进一步的方案：所述ADC模块选用AD7985BCPZ芯片。
作为本发明进一步的方案：所述旋变采集模块选用AD2S1210ASTZ芯片。
作为本发明进一步的方案：所述差分数字量输入模块选用MAX3045CSE芯片。
作为本发明进一步的方案：所述差分数字量输出模块选用MAX3095CSE芯片。
作为本发明进一步的方案：所述FLASH的型号为S29GL128。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）基于PXI Express总线，提高了数据传输速率，最高可达2.5Gb/s，有效提高电机控制品质。
（2）采用FPGA模块进行数据处理，提高了电机传感信号的处理能力。
（3）使用的PXI Express总线，兼容PXI、PCI Express等传统总线，可有效与各种总线设备复用。
（4）集成了ADC模块、旋变采集模块、差分数字量输入（DI）模块、差分数字量输出（DO）模块，支持直流无刷电机与永磁同步电机等类型的电机，以及包括旋转变压器、Hall传感器、光电编码器在内的多种电机传感器，大大扩展了通用性。
附图说明
图1为本发明一种基于PXI Express总线的通用电机控制接口卡的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例中，一种基于PXI Express总线的通用电机控制接口卡，包括电源模块、FPGA模块、ADC模块、旋变采集模块、差分数字量输入（DI）模块、差分数字量输出（DO）模块、LVDS接口模块、PXI Express接口模块。其中，所述的FPGA模块用于实现整个接口卡的接口管理以及部分采集信号的前置处理，所述的PXI Express接口模块与FPGA模块连接，对外实现总线连接，所述的ADC模块、旋变采集模块、差分数字量输入（DI）模块、差分数字量输出（DO）模块分别与FPGA模块连接，实现电机的电流信号的采集与转换、旋转变压器信号的采集并解调、使用Hall传感器与光电编码器信号的采集，以及电机PWM信号的输出。
本发明的工作原理是：电源模块，用于对接口卡进行供电与电源管理，稳定提供板上各元器件正常工作所需的电压。
FPGA模块，包括高性能FPGA芯片与FLASH芯片，用于实现整个接口卡的接口管理以及部分采集信号的前置处理。其中，高性能FPGA芯片选用XC6SLX75T-2FG676I型FPGA。FPGA模块前端与ADC模块、旋变采集模块、差分数字量输入（DI）模块、差分数字量输出（DO）模块、LVDS接口模块连接，后端与PXIExpress接口模块双向连接。接口管理方面，实现电机端的传感信号、控制信号与控制器端信号的映射关系管理，通过上述模块对电机传感信号进行采集，包括Hall解调信号、旋变解调信号、LVDT解调信号、电机电流信号，并按照与控制器设定的接口关系，将上述信号通过PXIExpress接口模块传输给控制器；通过PXIExpress接口模块接收的控制器发出的PWM控制信号，并按照接口对应关系传输至差分数字量输出（DO）模块。信号前置处理方面，实现对部分采集信号的滤波处理。
ADC模块（8通道），用于采集并转换电机电流信号，主要芯片为AD7985BCPZ。通过LVDS接口对电机电流进行采集，并对其进行AD转换，转换后的数字信号输出至FPGA模块。
旋变采集模块（2通道），用于采集并解调旋转变压器信号，主要芯片为AD2S1210ASTZ。通过LVDS接口对旋转变压器输出的模拟量信号进行采集，并对其进行解调，将解调后的数字信号传送至FPGA模块。
差分数字量输入（DI）模块（8通道），主要芯片为MAX3045CSE，用于采集Hall传感器、光电编码器的输出信号，并将其传输至FPGA模块。
差分数字量输出（DO）模块（16通道）主要芯片为MAX3095CSE，用于接收FPGA模块输出的PWM信号并输出至LVDS接口。
LVDS接口模块，用于实现与电机驱动器、电机传感器的信号连接，采用低压差分信号传输的形式实现。LVDS接口模块与ADC模块、旋变采集模块、差分数字量输入（DI）模块、差分数字量输出（DO）模块连接，实现各信号的传输。
PXI Express接口模块，用于实现与控制器的信号连接，与FPGA模块双向连接，实现FGPA处理后的传感器采集信号向控制器进行传输，以及控制器输出的控制信号向FPGA的传输。

Claims (8)

1.一种基于PXI Express总线的通用电机控制接口卡，包括FPGA模块，其特征在于，所述FPGA模块前端与ADC模块、旋变采集模块、差分数字量输入模块、差分数字量输出模块、LVDS接口模块连接，后端与PXIExpress接口模块、PXI接口模块和CPCI接口模块双向连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于PXI Express总线的通用电机控制接口卡，其特征在于，所述FPGA模块还连接FLASH。
3.根据权利要求1所述的一种基于PXI Express总线的通用电机控制接口卡，其特征在于，所述FPGA模块选用XC6SLX75T-2FG676I型FPGA。
4.根据权利要求3所述的一种基于PXI Express总线的通用电机控制接口卡，其特征在于，所述ADC模块选用AD7985BCPZ芯片。
5.根据权利要求1所述的一种基于PXI Express总线的通用电机控制接口卡，其特征在于，所述旋变采集模块选用AD2S1210ASTZ芯片。
6.根据权利要求1所述的一种基于PXI Express总线的通用电机控制接口卡，其特征在于，所述差分数字量输入模块选用MAX3045CSE芯片。
7.根据权利要求1所述的一种基于PXI Express总线的通用电机控制接口卡，其特征在于，所述差分数字量输出模块选用MAX3095CSE芯片。
8.根据权利要求1所述的一种基于PXI Express总线的通用电机控制接口卡，其特征在于，所述FLASH的型号为S29GL128。
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