CN115665062A - 一种激光打标卡和振镜之间的单线通讯方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光打标卡和振镜之间的单线通讯方法，用于激光打标卡与振镜之间的高速、可靠通讯，包括将振镜X和Y两个通道的指令合并后以连续数据帧的方式发送，所述的连续数据帧包含两个子帧，即子帧X和子帧Y，子帧X和Y各包含25个数据；采用单线编码方式将时钟线和数据线合并，采用单芯线发送两个通道的连续数据帧。本发明采用一根线缆传输数据，避免了线间干扰，采用最少的线芯实现高速通讯，同时采用这种编码方法可以让传输线保持在接近零的平均直流电位，可以降低传输过程中的能耗，降低电磁干扰，让数据传输的可靠性更高。

Description

一种激光打标卡和振镜之间的单线通讯方法

技术领域

本发明涉及通信领域，具体为一种激光打标卡和振镜之间的单线通讯方法。

背景技术

激光加工中为了实现复杂图案的加工，通常在控制端采用打标卡进行加工图形的轨迹分解和优化，生成轨迹点集发送给振镜，驱动振镜中两个电机带动反射镜运动从而实现光束的控制。

目前市面上广泛采用XY2-100协议进行打标卡和振镜之间的通讯，该协议是SPI协议的拓展，在SPI协议基础上增加了一路数据，同时将SPI的单端信号改为差分信号。如图1所示，XY2-100协议采用四路信号传输两通道数据，包括时钟信号Clock、同步信号SYNC、振镜X信号Channel X、振镜Y信号Channel Y。振镜X和Y信号中包括20bit数据，其中C2、C1、C0为操作位，用于控制振镜使能、去使能、模式切换等操作，通常保留不用；D15-D0为位置指令，最后一位P为奇偶校验位。该协议每10微秒发送20bits数据，即位置指令刷新周期为100kHz。

除地线外，最少需要用四芯线缆进行通讯，为了避免线芯之间的电磁干扰，工程中采用差分信号进行传输，如图2所示，用4对差分信号分别传送Clock、SYNC、Channel X和Channel Y，线缆末端通常采用DB型接插件。多股线相互之间的电磁干扰，导致传输过程中很容易出现误码，信号传输带宽有明显的瓶颈，因此通讯可靠性难以提升。与此同时，由于使用4对屏蔽双绞线，导致线缆较粗，柔顺度也较差，导致使用时线缆容易损坏，另外与线缆配套的DB型接插件体积大，插拔不方便。其次，协议中较高的时钟频率导致了线缆不可过长(通常低于5米)，否则末端信号畸变严重，线缆的长度限制让振镜的远距离控制变得非常困难。

发明内容

为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种激光打标卡和振镜之间的单线通讯方法，首先将X和Y两个通道数据合并成一条连续的数据帧，再将时钟信号和数据信号融合在一起编码，实现一根线传输数据，避免了线间干扰。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种激光打标卡和振镜之间的单线通讯方法，将振镜X和Y两个通道的指令合并后，以一条连续数据帧的方式发送，所述的连续数据帧由两个子帧构成，两个子帧分别为与X通道和Y通道对应的X子帧和Y子帧，每个所述子帧均包含25个数据；采用单线编码方式将时钟线和数据线合并，采用单芯线发送所述的连续数据帧。

本发明采用这种连续数据帧的发送方式可以将振镜X和Y两个通道的数据合并发送，避免了X和Y之间的串扰，在不牺牲传输速率的基础上提升了信号质量。

进一步来说，X子帧和Y子帧各包含25个数据位；

每个子帧的第1到第3位不发送实质数据，这三位所占用的六个时钟周期持续维持高电平，用于触发接收端开始接收数据；振镜接收端将超过4个时钟周期电平不反转约定为准备接收数据的触发信号(根据单线编码规则，每两个时钟周期都必须反转一次电平，连续四个时钟周期不反转电平是“违规”的操作，此处将“违规”作为一种触发信号)，在第5和第6个时钟周期内做好接收准备，在第7个周期开始接收数据；

第4位和第5位为振镜通道选择位，用于指示后续位置指令数据赋给振镜X电机或Y电机；

第6到第8位为操作位，用于进行上使能、去使能、模式转换、回原点等操作；

第9到第24位为位置指令数据，用于向振镜接收端发送16bit位置指令，振镜端将根据该段数据运动到相应的位置；

第25位为奇偶校验位，用于保证数据的有效性。

进一步来说，采用单线编码方式将时钟线和数据线合并，将时钟线和数据线合并，具体包括使用一个两倍于传输码率的时钟频率作为基准，将本来一位数据拆分为两部分，即用两个时钟周期传送一位数据；

当数据为1时，使用两个时钟周期进行编码，传输时在第二个时钟周期反转一次电位，即让高变为低或者让低变为高；当数据为0时，同样使用两个时钟周期进行编码，传输时两个时钟周期电位相同，但每次传输一个数据位后，下一个时钟周期改变一次电位，即每个传输数据的起始电位都跟前一位不同，从而接收端能够区分每个数据位。

采用这种方法后数据线和时钟线合二为一，避免了相互干扰，提升了信号质量。

进一步来说，所述单芯线包括光纤、同轴电缆或双绞线。同轴电缆可实现短距离的单线通讯，光纤可实现长距离的单线通信，满足多种通信需求。

本发明采用这种方法采用最少的线芯实现高速、高抗扰的通讯，使用单芯线替代传统的4对屏蔽双绞线和DB接头，不仅使得线缆更细、更轻柔，线缆接头也更轻便、易插拔，同时也显著提升了通讯的可靠性，并降低传输过程中的能耗，实现了降本增效。

附图说明

图1为现有技术中XY2-100振镜通讯协议时序图；

图2为现有技术中XY2-100振镜通讯电气图；

图3为本发明中所述的数据帧的构成图；

图4为本发明中所述的单线编码方法的原理时序图；

图5为本发明实施例1中采用同轴电缆通信的电路图；

图6为本发明实施例2中采用同轴电缆通信的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例

本发明的一种激光打标卡和振镜之间的单线通讯方法，将振镜X和Y两个通道的指令合并后以一条连续数据帧的方式发送。参见附图如图3所示，每10微秒发送一个连续数据帧，每个连续数据帧由两个子帧构成，两个子帧为X子帧X和Y子帧，分别与镜X和Y两个通道对应。X子帧X和Y子帧各包含25个数据位。

每个子帧的第1到第3位不发送实质数据，这三位所占用的六个时钟周期持续维持高电平，用于触发接收端开始接收数据，第4位和第5位为振镜通道选择位，用于指示后续位置指令数据赋给振镜X电机或Y电机；第6到第8位为操作位，用于进行上使能、去使能、模式转换、回原点等操作；第9到第24位为位置指令数据，用于向振镜发送16bit位置指令，振镜端将根据该段数据运动到相应的位置；第25位为奇偶校验位，用于保证数据的有效性。

经过上述编码后，本来XY两路信号合并为一路，避免了两个通道间的相互干扰，但这样仍然不够，仍然存在时钟线和数据线的相互干扰，因为如果采用如图2所示的时钟线和数据线分开的结构，线间干扰容易导致接收端误码，因此本发明采用单线编码的方法将时钟线和数据线合并，实现一跟线缆传输数据，避免了线间干扰。

单线编码的方法具体包括使用一个两倍于传输码率的时钟频率作为基准，将本来一位数据拆分为两部分，即用两个时钟周期传送一位数据；当数据为1时，使用两个时钟周期进行编码，传输时在第二个时钟周期反转一次电位，即让高变为低或者让低变为高；当数据为0时，同样使用两个时钟周期进行编码，传输时两个时钟周期电位相同，但每次传输一个数据位后，下一个时钟周期改变一次电位，即每个传输数据的起始电位都跟前一位不同，从而接收端能够区分每个数据位。

为了详细解释权利要求书中所述的单线编码方法，采用图3所示的一个实例详细解释编码原理，假如采用单线编码方式发送数据“100110”，假如初始电平为低，发送第一位“1”需要在两个时钟周期内反转一次电位，即由高变低；发送第二位“0”不需要反转电位，但为了能让接收端区分，需要与前一位用不同的电位，所以电位整体为高；第三位“0”不需要反转电位，但整体电位与前一位不同，电位整体为低；以此类推，第四位“1”的电位是由高变低，第五位“1”的电位是由高变低，第六位“0”的电位整体为高。

为了实现单线通讯，本发明采用了两种方法分别实现短距离和长距离的通讯，单芯线采用同轴电缆可实现短距离的单线通讯，单芯线采用光纤可实现长距离的单线通信，满足多种通信需求。单线芯可根据实际传输距离的大小选择。

如图5所示，在短距离(例如低于5米)时，采用同轴电缆进行信号传输，采用同轴电缆通讯时，发送端将经过单线编码方式编码的信号作为电路的输入信号，该信号经过由R2和C1构成的高通滤波电路和R1上拉电阻处理后，由电压跟随器将信号传送到同轴电缆中；接收端将信号经过端接电路R3处理后，通过两个滤波电容C2和C3输入到解码芯片DAC中，从而实现了信号传输。

如图6所示，在远距离(例如10-100米)时，发送端将经过单线编码方式编码的信号作为电路的输入信号，该信号经过由R6和C4构成的高通滤波电路和R4上拉电阻处理后，由电压跟随器驱动发光二极管LD，同时采用R6对LD进行限流，LD接光纤将信号发送到远端；接收端采用光电池PD捕捉光强变化，光信号转变为微弱的电流信号，该电流信号经过由C5、R7、Amp2构成的I-V变换电路转化为电压信号，进而通过C6和C7接入解码芯片DAC中，实现信号的远距离传输。

以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种激光打标卡和振镜之间的单线通讯方法，其特征在于：包括如下步骤，

将振镜X和Y两个通道的指令合并后，以一条连续数据帧的方式发送，所述的连续数据帧由两个子帧构成，每个所述子帧均包含25个数据；

采用单线编码方式将时钟线和数据线合并，采用单芯线发送所述的连续数据帧。

2.根据权利要求1所述的激光打标卡和振镜之间的单线通讯方法，其特征在于：两个所述子帧包括与振镜X和Y两个通道对应的X子帧和Y子帧。

3.根据权利要求1所述的激光打标卡和振镜之间的单线通讯方法，其特征在于：每个所述子帧的25个数据的编码方法如下，

每个所述子帧的第1到第3位不发送实质数据，第1到第3位所占用的六个时钟周期持续维持高电平，用于触发接收端开始接收数据，振镜接收端将超过4个时钟周期电平不反转约定为准备接收数据的触发信号，在第5和第6个时钟周期内做好接收准备，在第7个周期开始接收数据；

每个所述子帧的第6到第8位为操作位，用于进行上使能、去使能、模式转换、回原点的操作；

每个所述子帧的第9到第24位为位置指令数据，用于向振镜发送16bit位置指令，振镜接收端将根据第9到第24位的数据运动到相应的位置；

每个子帧的第25位为奇偶校验位，用于保证数据的有效性。

4.根据权利要求1所述的激光打标卡和振镜之间的单线通讯方法，其特征在于：所述采用单线编码方式将时钟线和数据线合并包括

使用一个两倍于传输码率的时钟频率作为基准，将本来一位数据拆分为两部分，即用两个时钟周期传送一位数据；

当传输的数据为1时，使用两个时钟周期进行编码，传输时在第二个时钟周期反转一次电位；

当传输的数据为0时，使用两个时钟周期进行编码，传输时两个时钟周期电位相同，但每次传输一个数据位后，下一个时钟周期改变一次电位，每个传输数据的起始电位都跟前一位不同。

5.根据权利要求1-4任一所述的激光打标卡和振镜之间的单线通讯方法，其特征在于：所述单芯线包括光纤、同轴电缆或双绞线。

Images