CN108021042A - 展示物动态悬吊装置大规模阵列的控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种展示物动态悬吊装置大规模阵列的控制装置，包括用于控制展示物运动的若干展示物动态悬吊装置、用于控制若干展示物动态悬吊装置动作的控制系统以及发送控制指令至控制系统的上位机，所述控制系统与若干展示物动态悬吊装置之间采用CAN总线协议进行通讯。所述控制系统包括主控通讯控制器、至少一个通讯控制器及连接主控通讯控制器与该至少一个通讯控制器的CAN总线，所述主控通讯控制器接收上位机发出的控制指令后，发出同步信号，并经CAN总线传送至各通讯控制器，各通讯控制器同时也接收上位机发出的控制指令，并经CAN总线将所接收到的同步信号和控制指令一并传送至所述展示物动态悬吊装置，以控制所述展示物动态悬吊装置动作。
Description
技术领域
本发明涉及展览展示领域，尤其涉及一种控制方式灵活、可靠，系统易搭建、易操作、易维护的展示物动态悬吊装置大规模阵列的控制装置。当一组展示物动态悬吊装置按一定形式阵列排布在一起，共同按照程序或指令相互协调运动时，该阵列化的装置群称为展示物动态悬吊装置阵列也称作浮球矩阵或者小球矩阵。
背景技术
浮球矩阵由于其气势恢宏、色彩绚烂的展示效果，已经开始逐步推广应用于展示展览。计算机控制电机正反转带动展示物上下垂直运动，可实现文字、直线、曲线、平面、曲面及3D图形等各种动静态造型。所以浮球矩阵由成百上千的电机组成，需采取相应措施对这大量的电机进行有效控制，实现造型效果。
多电机同步控制问题在工业生产中的许多场合已成为一个突出的难题。在多台电机驱动系统中，采用传统的机械长轴虽然能够准确地保持电机同步，但其缺点日益显著，如：各电机的工作状态相互影响，彼此之间存在严重的耦合作用，通过链、齿轮、轴等多级链接机构后含有积累误差，使用范围也受到限制，某些场合已不能满足现代控制的需要。采用电的方式控制多电机的同步是一种有效的解决手段，人们对这方面已作出了大量的研究。
目前，大多数的浮球矩阵都采用中央控制方式，如要实现成百上千的展示物联动效果，则需要庞大的电控柜支撑，导线众多、系统复杂，还需配备专业技术人员进行操作，并且布线方式、线材质量和施工质量均会影响系统稳定性，20轴联动时同步误差已达毫秒级。系统调整和后期维护也需由专业电气工程师来进行。因此，中央控制式浮球矩阵的稳定性不够高，可移植性受到限制，安装运行及维护成本高，不利于实现多领域、大范围推广。
有鉴于此，有必要提供一种控制方式灵活、可靠，系统易搭建、易操作、易维护的展示物动态悬吊装置大规模阵列的控制装置，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种控制方式灵活、可靠，系统易搭建、易操作、易维护的展示物动态悬吊装置大规模阵列的控制装置。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种展示物动态悬吊装置大规模阵列的控制装置，其包括用于控制展示物运动的若干展示物动态悬吊装置、用于控制若干所述展示物动态悬吊装置动作的控制系统以及发送控制指令至控制系统的上位机，所述控制系统与若干展示物动态悬吊装置之间采用CAN总线协议进行通讯，所述控制系统包括主控通讯控制器、至少一个通讯控制器及连接主控通讯控制器与该至少一个通讯控制器的CAN总线，所述主控通讯控制器接收上位机发出的控制指令后，发出同步信号，并经CAN总线传送至各通讯控制器，各通讯控制器同时也接收上位机发出的控制指令，并经CAN总线将所接收到的同步信号和控制指令一并传送至所述展示物动态悬吊装置，以控制所述展示物动态悬吊装置动作。
作为本发明的进一步改进，所述上位机将控制指令通过以太网上传至所述控制系统，且以太网与所述控制系统之间采用TCP/IP协议。
作为本发明的进一步改进，所述通讯控制器集成有以太网接口、网关模块和同步器，且所述通讯控制器与以太网之间采用TCP/IP协议。
作为本发明的进一步改进，所述通讯控制器通过所述以太网接口接收上位机发出的控制指令，所述网关模块将控制指令编译为CAN报文后发出，以由CAN总线控制所述展示物动态悬吊装置动作。
作为本发明的进一步改进，每一所述展示物动态悬吊装置均设有标识码，所述网关模块根据标识码将控制指令发送至对应的展示物动态悬吊装置。
作为本发明的进一步改进，所述主控通讯控制器与至少一个通讯控制器之间以菊花链路式连接。
作为本发明的进一步改进，若干所述展示物动态悬吊装置在CAN总线上以菊花链路式挂接。
作为本发明的进一步改进，所述展示物动态悬吊装置包括一体化步进伺服模组、与一体化步进伺服模组相连的排线机构以及遮罩在所述一体化步进伺服模组与所述排线机构外侧的外壳，所述排线机构包括缆索及连接于缆索终端的展示物。
作为本发明的进一步改进，所述一体化步进伺服模组包括顺序排列的控制驱动器、编码器及步进电机，且所述步进电机靠近排线机构一侧设置。
作为本发明的进一步改进，所述展示物动态悬吊装置有五根连接导线，分别为正、负电源线和两根信号线及一根屏蔽线，该五根连接导线置于同一根电缆内，且一端与所述一体化步进伺服模组相连、另一端伸出外壳与电源和CAN总线相连。
本发明的有益效果是：本发明的展示物动态悬吊装置大规模阵列的控制装置通过设置有主控通讯控制器、至少一个通讯控制器及连接主控通讯控制器与该至少一个通讯控制器的CAN总线，从而主控通讯控制器在接收上位机发出的控制指令后，发出同步信号并经CAN总线传送至各通讯控制器，同时各通讯控制器在接收上位机发出的控制指令后，将所接收到的同步信号和控制指令经CAN总线一并传送至各展示物动态悬吊装置，进而不仅能实现展示物的运动同步性，还能对展示物进行运动控制。
附图说明
图1是本发明展示物动态悬吊装置大规模阵列的控制装置的结构框图。
图2是图1中展示物动态悬吊装置的结构示意图。
图3是图1中展示物动态悬吊装置的同步控制接线方式示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
如图1至图3所示，为本发明较佳实施例的展示物动态悬吊装置大规模阵列的控制装置。所述展示物动态悬吊装置大规模阵列的控制装置包括：用于控制展示物22运动的若干展示物动态悬吊装置10、用于控制若干所述展示物动态悬吊装置10动作的控制系统20以及发送控制指令至控制系统20的上位机30。本实施例中，所述控制系统20与若干展示物动态悬吊装置10之间采用CAN总线协议进行通讯。
一般来讲，CAN总线只需要一对双绞线（两根信号线）即可组成网络，其网络结构形式类似家电网络：一根两线的电源线上并联挂接多个灯泡。每个展示物动态悬吊装置10类似一个灯泡。CAN总线具备很多优越功能：可实现系统数据的实时传输；能够很好的解决控制系统20集成化控制时的通信竞争问题；通信协议简单、实施方便；CAN数据帧为短帧结构，不会占用总线时间过长，保证了通信的抗干扰性。
如图2所示，所述展示物动态悬吊装置10包括一体化步进伺服模组1、与一体化步进伺服模组1相连的排线机构2以及遮罩在所述一体化步进伺服模组1与排线机构2外侧的外壳3。所述一体化步进伺服模组1包括顺序排列的步进电机11、编码器12及控制驱动器13，且所述步进电机11靠近排线机构2一侧设置。所述展示物动态悬吊装置10有五根连接导线，分别为正、负电源线和两根信号线及一根屏蔽线，该五根连接导线置于同一根电缆4内，且一端与所述一体化步进伺服模组1相连、另一端伸出外壳3与电源和CAN总线相连。
所述控制驱动器13的控制方式为能够设置运动的位置P、速度V和时间T的PVT同步控制方式。PVT同步控制方式为： 控制驱动器13通过CAN总线接收一系列的PVT点，每一个PVT点都由位置P、速度V、时间T组成，控制驱动器13在这些点之间插补，以得到所需的运动轨迹。由于PVT模式已属于现有技术，故于此不再详细描述。
通过为展示物动态悬吊装置10设定一系列PVT点，使得步进电机11能够在同一时刻T，以各自的目标速度V，通过或到达各自的目标点P，使用时，通过连续或间断的输入P/V/T点，即可实现连续的PVT运动。对于多轴联动控制方式，使用PVT同步控制方式，可以实现真正实时、复杂和精确的轨迹规划；若配合同步器，则60台以上的展示物动态悬吊装置10的同步误差小于4us，且不会累积。
所述排线机构2包括缆索21及连接于缆索21终端的展示物22。所述编码器12可以为绝对值式编码器，也可以为增量式编码器，以精确地控制缆索21打开的长度，从而定位展示物22的水平高度。
所述外壳3遮罩在所述排线机构2的外侧，且所述外壳3的底部开设有通孔31，所述缆索21自通孔31中穿出，从而在带动展示物22上下运动时，该通孔31不仅能够限制缆索21发生位移，保证了展示物22上下运动时的稳定性，而且能够避免缆索21发生缠绕。
如图1与图3所示，所述控制系统20包括主控通讯控制器5、至少一个通讯控制器6及连接主控通讯控制器5与该至少一个通讯控制器6的CAN总线。所述上位机30将控制指令通过以太网传输，并经路由器40上传至所述控制系统20，且以太网与所述控制系统20之间采用TCP/IP协议。具体来讲，以太网与主控通讯控制器5之间、以太网与通讯控制器6之间均采用TCP/IP协议进行通讯，这是因为TCP/IP协议可大大提高通讯速率，缓解了所述控制系统20采用CAN总线传送波特率的局限问题。
所述主控通讯控制器5与所述通讯控制器6之间采用CAN总线进行通讯，并以菊花链路式连接。这里的CAN总线编号为CAN0，是整个控制系统20的主通讯线路，传输同步信号。所述主控通讯控制器5接收上位机30发出的控制指令后，发出同步信号，并经CAN0传送至下接的各通讯控制器6。
所述通讯控制器6搭载高性能ARM处理器，适合各类智能终端的配置要求。每个所述通讯控制器6下可挂接100个展示物动态悬吊装置10，n个所述通讯控制器6即可控制100*n个展示物动态悬吊装置10的运动，实现千轴甚至更多轴联动。n个所述通讯控制器6就有n条CAN总线，可对其编号为：CAN1，CAN2，CAN3，……，CANn。
各通讯控制器6同时也接收上位机30发出的控制指令，并经CAN总线（CAN1~CANn）将同步信号和控制指令一并传送至所述展示物动态悬吊装置10，以控制所述展示物动态悬吊装置10动作，实现了对所有展示物动态悬吊装置10的同步控制。
所述主控通讯控制器5与所述通讯控制器6均集成有以太网接口、网关模块和同步器。首先，所述主控通讯控制器5与所述通讯控制器6均通过所述以太网接口接收上位机30发出的控制指令；然后，所述主控通讯控制器5的同步器根据接收到的控制指令发出同步信号；所述通讯控制器6的同步器接收由所述主控通讯控制器5发出的同步信号，同时，所述通讯控制器6的网关模块将通过以太网接口接收到的控制指令编译为CAN报文后发出；最后由CAN总线（CAN1~CANn）将所接收到的控制指令和同步信号一并发送至所述展示物动态悬吊装置10，以控制所述展示物动态悬吊装置10同步运动。
所述网关模块与CAN总线型控制驱动器13配合使用，可以使用基于RS232简单直观的指令来控制基于CAN总线的一体化步进伺服模组1，免去了直接使用CAN协议时面临的一系列困难。
所述展示物动态悬吊装置10在CAN总线（CAN1~CANn）上以菊花链路式挂接，可以利用有限的CAN总线连接多台展示物动态悬吊装置10，共享同一服务，而且不存在总线竞争和阻塞等问题。每一所述展示物动态悬吊装置10均设有标识码，所述网关模块根据标识码将控制指令发送至对应的展示物动态悬吊装置10。所述展示物动态悬吊装置10通过所述电缆4中的两根信号线（CAN总线）连接所述通讯控制器6，该电缆4同时给展示物动态悬吊装置10提供电源，正、负电源线分别接到对应的电源端子。
所述上位机30可以是PC、平板或手机，其与控制系统20之间的通讯可选用有线、无线或蓝牙等多种方式实现。浮球矩阵的动态效果实现也十分简单，只需将3D动画文件导入到手机、平板等手持智能终端设备上，转换成程序代码，用户只需在手持智能终端设备上简单点击几下，即能发送控制指令，使浮球矩阵按照设置好的动画模式运动。
本发明的展示物动态悬吊装置大规模阵列的控制装置的具体控制方法为：上位机30发出控制指令，通过以太网传输，并经路由器40传输至控制系统20的主控通讯控制器5和通讯控制器6，主控通讯控制器5在接收控制指令后发出同步信号，并经CAN0传送至下接的各通讯控制器6，各通讯控制器6同时也接收上位机30发出的控制指令，并经网关模块编译为CAN报文后由CAN总线（CAN1~CANn）发出，各通讯控制器6将同步信号和运控信号（即控制指令编译后的信号）一并传送至其下挂接的展示物动态悬吊装置10，继而所有展示物22按照上位机30发出的指令进行动作，实现三维动态效果。
综上所述，本发明的展示物动态悬吊装置大规模阵列的控制装置通过设置有主控通讯控制器5、至少一个通讯控制器6及连接主控通讯控制器5与该至少一个通讯控制器6的CAN总线，从而主控通讯控制器5在接收上位机30发出的控制指令后，可发出同步信号并经CAN0传送至各通讯控制器6，同时各通讯控制器6也接收上位机30发出的控制指令，并将所接收到的同步信号和控制指令经CAN1~CANn一并传送至各展示物动态悬吊装置10，进而不仅能实现展示物22的运动同步性，还能对展示物22进行运动控制。
另外，本发明将一体化步进伺服模组1和排线机构2置于一个外壳3中，形成一个控制模块，使得浮球矩阵易搭建、易维护；通过设置有控制系统20，用户可通过智能终端直接控制展示物22运动，操作简单，且用户不必了解和处理纷繁复杂的CAN总线运作方式，就能够轻松自如地充分享用CAN总线的高速、长距离、高抗干扰、网络功能、连线简洁等优越性能，实现灵活、可靠的模块化分布式同步控制；采用TCP/IP协议实现用户控制指令和控制系统20之间的通讯，可有效补足CAN总线通讯速率不够高的局限。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种展示物动态悬吊装置大规模阵列的控制装置，包括用于控制展示物运动的若干展示物动态悬吊装置、用于控制若干所述展示物动态悬吊装置动作的控制系统以及发送控制指令至控制系统的上位机，所述控制系统与若干展示物动态悬吊装置之间采用CAN总线协议进行通讯，其特征在于：所述控制系统包括主控通讯控制器、至少一个通讯控制器及连接主控通讯控制器与该至少一个通讯控制器的CAN总线，所述主控通讯控制器接收上位机发出的控制指令后，发出同步信号，并经CAN总线传送至各通讯控制器，各通讯控制器同时也接收上位机发出的控制指令，并经CAN总线将所接收到的同步信号和控制指令一并传送至所述展示物动态悬吊装置，以控制所述展示物动态悬吊装置动作。
2.根据权利要求1所述的展示物动态悬吊装置大规模阵列的控制装置，其特征在于：所述上位机将控制指令通过以太网上传至所述控制系统，且以太网与所述控制系统之间采用TCP/IP协议。
3.根据权利要求2所述的展示物动态悬吊装置大规模阵列的控制装置，其特征在于：所述通讯控制器集成有以太网接口、网关模块和同步器，且所述通讯控制器与以太网之间采用TCP/IP协议。
4.根据权利要求3所述的展示物动态悬吊装置大规模阵列的控制装置，其特征在于：所述通讯控制器通过所述以太网接口接收上位机发出的控制指令，所述网关模块将控制指令编译为CAN报文后发出，以由CAN总线控制所述展示物动态悬吊装置动作。
5.根据权利要求4所述的展示物动态悬吊装置大规模阵列的控制装置，其特征在于：每一所述展示物动态悬吊装置均设有标识码，所述网关模块根据标识码将控制指令发送至对应的展示物动态悬吊装置。
6.根据权利要求1所述的展示物动态悬吊装置大规模阵列的控制装置，其特征在于：所述主控通讯控制器与至少一个通讯控制器之间以菊花链路式连接。
7.根据权利要求1所述的展示物动态悬吊装置大规模阵列的控制装置，其特征在于：若干所述展示物动态悬吊装置在CAN总线上以菊花链路式挂接。
8.根据权利要求1所述的展示物动态悬吊装置大规模阵列的控制装置，其特征在于：所述展示物动态悬吊装置包括一体化步进伺服模组、与所述一体化步进伺服模组相连的排线机构以及遮罩在所述一体化步进伺服模组与所述排线机构外侧的外壳，所述排线机构包括缆索及连接于缆索终端的展示物。
9.根据权利要求8所述的展示物动态悬吊装置大规模阵列的控制装置，其特征在于：所述一体化步进伺服模组包括顺序排列的控制驱动器、编码器及步进电机，且所述步进电机靠近排线机构一侧设置。
10.根据权利要求8所述的展示物动态悬吊装置大规模阵列的控制装置，其特征在于：所述展示物动态悬吊装置有五根连接导线，分别为正、负电源线和两根信号线及一根屏蔽线，该五根连接导线置于同一根电缆内，且一端与所述一体化步进伺服模组相连、另一端伸出外壳与电源和CAN总线相连。
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