CN206594476U - 基于rs485总线的多节点两轴控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于RS485总线的多节点两轴控制器，所述基于RS485总线的多节点两轴控制器包括至少一RS485总线以及至少一两轴控制器，各所述两轴控制器被并联连接于所述RS485总线，以形成基于RS485总线的所述多节点两轴控制器进行多节点通信。所述基于RS485总线的多节点两轴控制器扩展性强、接线方便、维护性好、实时性高，当被连接于至少一电机时，能够提高所述电机运动的精度。

Description

基于RS485总线的多节点两轴控制器

技术领域

本实用新型涉及多轴控制领域，尤其涉及一种基于RS485总线的多节点两轴控制器。

背景技术

目前轴运动控制器的控制方式一般采用现场总线，以太网和基于PC机的运动控制卡方式。

目前现场总线一般以RS232串口为主，RS232串口主要针对一对一的通讯，当自动化设备需要多轴控制的时候，势必需要扩展RS232串口，但一般PC或者嵌入式系统的串口数量有限，使用多串口的设备需要进行定制，通用性差。

商用以太网不具备实时性，在负载很重时网络的传输效率很低，当出现信号冲突时，会有20-30ms的延时，这一速度在实时性较高的自动化设备中是不能接受的。

基于板卡的控制方式由控制卡和PC机组成，控制卡插入PC机的PCI/PCI-E卡槽中，通过连接线接到端子台，再由端子台接到各个执行器。这种连接方式需要连接大量的IO线，员工接线时容易出错。并且控制卡的运用需要由PC机支持，当自动化设备无法用PC机的时候，这种控制方式就不能满足需求。

更进一步，上述的三种方式都是一对一控制方式，不支持多节点控制。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于RS485总线的多节点两轴控制器，所述多节点两轴控制器为一主多从架构，通过多个两轴控制器并联连接于一条RS485总线上，从而控制多轴，主机选择余地大，实现多节点控制。

本实用新型的另一目的在于提供一种基于RS485总线的多节点两轴控制器，所述RS485总线采用差分发送和接受方式，具有一定的抗共模干扰能力，因此通信传输距离远。

本实用新型的另一目的在于提供一种基于RS485总线的多节点两轴控制器，以所述两轴控制器为最小单位，当需要进行多轴控制的时候，只需将各所述两轴控制器并联到所述RS485总线上，从而提高了扩展性。

本实用新型的另一目的在于提供一种基于RS485总线的多节点两轴控制器，所述多节点两轴控制器的所述两轴控制器包括至少一核心单元ARM模块，所述核心单元ARM模块满足通信和数据处理的实时性要求。

本实用新型的另一目的在于提供一种基于RS485总线的多节点两轴控制器，所述多节点两轴控制器采用S型曲线控制电机加减速，让电机平滑启动和停止，防止电机丢步，提高了电机运动的精度。

本实用新型的另一目的在于提供一种基于RS485总线的多节点两轴控制器，采用两轴模块化布线，防止生产人员出现接线错误。

本实用新型的另一目的在于提供一种基于RS485总线的多节点两轴控制器，所述多节点两轴控制器的维护性好，当各所述两轴控制器中有两轴控制器出现问题时，只需将出现问题的两轴控制器进行更换，能够降低维护成本。

为了实现上述至少一个目的，本实用新型提供了一种基于RS485总线的多节点两轴控制器，包括：

至少一RS485总线以及至少一两轴控制器，各所述两轴控制器被并联连接于所述RS485总线，以形成基于RS485总线的所述多节点两轴控制器进行多节点通信。

在一实施例中，所述两轴控制器包括至少一核心单元ARM模块以及至少一RS485收发器，所述核心单元ARM模块接收以及发送RS485数据，各所述RS485收发器中有至少一RS485收发器被连接于所述核心单元ARM模块以及所述RS485总线，用于和至少一上位机多节点通信。

在一实施例中，所述两轴控制器还包括至少一二轴控制模块、一通用输入模块以及一通用输出模块，所述核心单元ARM模块驱动所述通用输入模块以及所述通用输出模块进行运算功能，所述二轴控制模块被连接于所述核心单元ARM模块，所述二轴控制模块向所述核心单元ARM模块反馈信号。

在一实施例中，所述通用输入模块通过一光耦隔离模块被连接于所述核心单元ARM模块，所述输出模块通过另一光耦隔离模块被连接于所述核心单元ARM模块。

在一实施例中，所述两轴控制器的所述二轴控制模块被连接于至少一电机，所述核心单元ARM模块控制所述电机进行S型加减速运动，所述二轴控制模块输出所述电机驱动器所需的脉冲、方向信号，并向所述核心单元ARM模块反馈所述电机的报警信号、原点信号以及限位信号。

在一实施例中，所述电机为伺服电机或者步进电机。

在一实施例中，所述核心单元ARM模块设置有纳秒级的电机驱动电路输出脉冲。

在一实施例中，所述两轴控制器还包括至少一地址拨码模块，所述地址拨码模块被连接于所述核心单元ARM模块，所述地址拨码模块用于所述两轴控制器的物理地址的选择。

在一实施例中，所述RS485总线采用差分发送和接受方式传输信号。

在一实施例中，所述两轴控制器的各所述RS485收发器中还设置有至少一第一RS485收发器以及至少一第二RS485收发器，其中所述第一RS485收发器被连接于所述核心单元ARM模块以及所述RS485总线，用于和至少一上位机多节点通信，所述第二RS485收发器被连接于所述核心单元ARM模块以及至少一LCD显示模块，所述核心单元ARM模块通过所述第二RS485收发器传递信号至所述LCD显示模块显示信息。

在一实施例中，所述核心单元ARM模块为Cortex-M3内核的ARM处理器。

附图说明

图1是根据本实用新型的一个优选实施例的一种基于RS485总线的多节点两轴控制器的一两轴控制器的模块示意图。

图2是根据本实用新型的上述优选实施例的一种基于RS485总线的多节点两轴控制器的各所述两轴控制器通过一RS485总线并联连接形成的所述多节点两轴控制器的模块示意图。

图3是根据本实用新型的上述优选实施例的一种基于RS485总线的多节点两轴控制器的控制流程图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本实用新型的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本实用新型的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本实用新型的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

参照附图中图1至图3所示，基于本实用新型的一优选实施例的一基于RS485总线的多节点两轴控制器被阐释。RS485为一种总线通讯接口。其中所述多节点两轴控制器包括一RS485总线82以及至少一两轴控制器100，多个所述两轴控制器被并联于所述RS485总线82，以形成所述多节点两轴控制器进行多节点通信。所述RS485总线82采用差分发送和接受方式，具有一定的抗共模干扰能力，因此通信距离可以达到上千米。

如图1所示，所述两轴控制器100包括一核心单元ARM模块10、一二轴控制模块41、一RS485收发器31、一通用输入模块62、一通用输出模块52以及一地址拨码模块71。所述两轴控制器100被连接于至少一电机81，优选地，在本实用新型的这个实施例中，所述电机81被实施为伺服电机或者步进电机。所述两轴控制器100的所述核心单元ARM模块10主要用于接收以及发送RS485数据，控制所述电机81实现S型加减速运动，驱动所述通用输入模块62以及所述通用输出模块52即输入输出模块等进行运算功能。值得一提的是，所述核心单元ARM模块10在本实用新型的这个优选实施例中采用是Cortex-M3内核的ARM处理器，最高主频能达72M，通信最高波特率能达4Mbit/s，能够满足通信和数据处理的实时性要求。

具体地，所述二轴控制模块41被连接于所述核心单元ARM模块10以及所述电机81，所述二轴控制模块41用于输出所述电机81的驱动器所需的脉冲、方向信号，并向所述核心单元ARM模块10反馈所述电机81的报警信号以及原点，限位信号等。

所述RS485收发器31被连接于所述核心单元ARM模块10，且被连接于所述RS485总线82，用于和上位机通信。本实用新型中的上位机的定义是和下位机相对。上位机是指可以直接发出操控命令的计算机，一般是主机(hostcomputer/master computer/uppercomputer)，主机连接的屏幕上显示各种信号变化(液压，水位，温度等)。下位机是直接控制设备获取设备状况的计算机，一般是单片机(single chip microcomputer/slavecomputer/lower computer)等，下位机在本实用新型的中为所述两轴控制器100。上位机发出的命令首先给下位机，下位机再根据此命令解析成相应时序信号直接控制相应设备。下位机不时读取设备状态数据(一般为模拟量)，转换成数字信号反馈给上位机。也就是说，在本实用新型中，多个所述两轴控制器100被并联连接于所述RS485总线82，所述RS485总线82被连接于上位机，上位机发出的命令通过所述RS485总线传输给各所述两轴控制器100，各所述两轴控制器100再根据此命令解析成相应时序信号直接控制相应设备例如本实用新型的这个优选实施例中的所述电机81。各所述两轴控制器100不时读取设备例如本实用新型的这个优选实施例中的所述电机81的状态数据(一般为模拟量)，转换成数字信号反馈给上位机。

所述地址拨码模块71被连接于所述核心单元ARM模块10，用于所述两轴控制器100的物理地址的选择。

所述通用输入模块62通过一光耦隔离模块61被连接于所述核心单元ARM模块10，所述输出模块52通过另一光耦隔离模块51被连接于所述核心单元ARM模块10。所述通用输入模块62和所述输出模块52用于连接其他自动化设备并输入和输出一些传感器信号，从而所述两轴控制器100能够通过通用输入模块62和所述输出模块52与其他自动化设备进行信号交流以通讯。

所述光耦隔离模块51和61中的光耦隔离电路使被隔离的两部分电路之间没有电的直接连接，主要是防止因有电的连接而引起的干扰，特别是低压的控制电路与外部高压电路之间。

值得一提的是，所述两轴控制器100还包括另一RS485收发器21，所述RS485收发器21被连接于所述核心单元ARM模块10以及一LCD显示模块83，所述RS485收发器21被连接于所述LCD显示模块83，以输出一些所需显示的内容。换句话说，所述两轴控制器100的各所述RS485收发器中设置有至少一第一RS485收发器以及至少一第二RS485收发器，所述第一RS485收发器在本实用新型中被实施为所述RS485收发器31，所述第二RS485收发器被实施为所述RS485收发器21。

值得一提的是，所述两轴控制器100采用纳秒级的电机驱动电路来输出脉冲，满足所述电机81高速运行的要求。而且，所述两轴控制器100采用S型曲线控制所述电机81加减速，让所述电机81平滑启动和停止，防止所述电机81丢步，提高了所述电机81运动的精度。

如图2所示的基于本实用新型的多节点两轴控制器，至少两个所述两轴控制器100被并联连接于所述RS485总线82。从而形成一主多从架构。各所述两轴控制器100各自分别连接有需要控制的所述电机81以及所述LCD显示模块83。也就是说，本实用新型的多节点两轴控制器通过各所述两轴控制器100并联连接于所述RS485总线82，所述RS485总线82支持一主多从架构，在一条RS485总线上，并联多个所述两轴控制器100，从而达到控制多轴的目的。这样，上位机只需要一个RS485接口，因此主机选择余地大，可以根据控制要求选择PC机或者嵌入式系统。也就是说，本实用新型的基于RS485总线的多节点两轴控制器扩展性强，当需要多轴控制的时候，只需将多个所述两轴控制器100并联到所述RS485总线82上。由于本实用新型的基于RS485总线的多节点两轴控制器以所述两轴控制器100为最小单位，通过所述RS485总线82多节点并联连接，使所述多节点两轴控制器的拓展性强。

值得一提的是，本实用新型的基于RS485总线的多节点两轴控制器接线方便，采用两轴模块化布线，防止生产人员出现接线错误。

值得一提的是，所述多节点两轴控制器的维护性好，当各所述两轴控制器100中有两轴控制器出现问题时，只需将出现问题的两轴控制器进行更换，能够降低维护成本。

如图3所示为所述两轴控制器100的控制流程图，揭露了所述两轴控制器100的控制实现方法，所述控制实现方法包括如下步骤：

一、系统通电，控制程序进行初始化操作；

二、所述两轴控制器100等待接受串口数据；

三、所述两轴控制器100将接受到的数据进行CRC校验，若CRC正确，进行步骤四，若CRC校验错误，发送CRC校验错误指令，回到步骤二；

四、解析接受到的串行数据，提取有效字节，驱动所述电机81运动和控制输出口输出；

五、等待所述电机81运动完成，若有输入信号进行，根据输入信号控制电机的运动状态，若运动完成，进行步骤六；若没有运动完成，等待所述电机81运动完成。

六、判断是否需要向上位机反馈数据和向所述LCD显示模块83发送数据，若需要，则向上位机反馈数据和向所述LCD显示模块83发送数据，发送完成后进行步骤七；若不需要，进行步骤七；以及

七、回到步骤二，并依次执行步骤三至步骤六。

CRC校验是数据通信领域中最常用的一种查错校验码，其特征是信息字段和校验字段的长度可以任意选定。也被称为循环冗余检查，是一种数据传输检错功能，对数据进行多项式计算，并将得到的结果附在帧的后面，接收设备也执行类似的算法，以保证数据传输的正确性和完整性。

因此，本实用新型的基于RS485总线的所述多节点两轴控制器，采用总线式和多节点的控制方法，提高了通信的准确率，增加了信号的传输距离，并对所述电机81采用S型加减速的控制方法，提高了多轴控制的精度。

根据本实用新型的另一方面，还揭露了一种基于RS485总线的多节点两轴控制器的控制方法，包括如下步骤：

1、将多个所述两轴控制器100并联到一条RS485总线82上，从而形成RS485总线多节点通信；

2、上位机通过所述RS485总线82发送一帧串行数据，其中一帧串行数据包括起始字节，有效字节，CRC32校验字节和结束字节；

3、每个所述两轴控制器100中的所述核心单元ARM模块10接收并解析所述串行数据；

4、每个所述两轴控制器100中的所述核心单元ARM模块10根据解析完成的串行数据，分别驱动所述二轴控制模块41以及所述通用输出模块52，从而驱动所述电机81运动和其他输出控制；

5、在所述电机81运动过程中，一外接于各所述两轴控制器100的自动化设备的一些输入信号通过所述通用输入模块52反馈给所述核心单元ARM模块10，所述核心单元ARM模块10处理后决定所述电机81的运行状态(如停止等)和所述通用输出模块52的状态，并将需要反馈的数据通过所述RS485串行总线82反馈给上位机；

6、所述核心单元ARM模块10还通过另一RS485收发器21模块将所需显示的信息发送给所述LCD显示模块83；以及

7、重复步骤2至步骤6，直到自动化设备停止运行。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本实用新型的实施例只作为举例而并不限制本实用新型。本实用新型的目的已经完整并有效地实现。本实用新型的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本实用新型的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (11)

1.一种基于RS485总线的多节点两轴控制器，其特征在于，包括：至少一RS485总线以及至少一两轴控制器，各所述两轴控制器被并联连接于所述RS485总线，以形成基于RS485总线的所述多节点两轴控制器进行多节点通信。

2.如权利要求1所述的基于RS485总线的多节点两轴控制器，其中所述两轴控制器包括至少一核心单元ARM模块以及至少一RS485收发器，所述核心单元ARM模块接收以及发送RS485数据，各所述RS485收发器中有至少一RS485收发器被连接于所述核心单元ARM模块以及所述RS485总线，用于和至少一上位机多节点通信。

3.如权利要求2所述的基于RS485总线的多节点两轴控制器，其中所述两轴控制器还包括至少一二轴控制模块、一通用输入模块以及一通用输出模块，所述核心单元ARM模块驱动所述通用输入模块以及所述通用输出模块进行运算功能，所述二轴控制模块被连接于所述核心单元ARM模块，所述二轴控制模块向所述核心单元ARM模块反馈信号。

4.如权利要求3所述的基于RS485总线的多节点两轴控制器，其中所述通用输入模块通过一光耦隔离模块被连接于所述核心单元ARM模块，所述输出模块通过另一光耦隔离模块被连接于所述核心单元ARM模块。

5.如权利要求3所述的基于RS485总线的多节点两轴控制器，其中所述两轴控制器的所述二轴控制模块被连接于至少一电机，所述核心单元ARM模块控制所述电机进行S型加减速运动，所述二轴控制模块输出所述电机驱动器所需的脉冲、方向信号，并向所述核心单元ARM模块反馈所述电机的报警信号、原点信号以及限位信号。

6.如权利要求5所述的基于RS485总线的多节点两轴控制器，其中所述电机为伺服电机或者步进电机。

7.如权利要求5所述的基于RS485总线的多节点两轴控制器，其中所述核心单元ARM模块设置有纳秒级的电机驱动电路输出脉冲。

8.如权利要求2-7中任一所述的基于RS485总线的多节点两轴控制器，其中所述两轴控制器还包括至少一地址拨码模块，所述地址拨码模块被连接于所述核心单元ARM模块，所述地址拨码模块用于所述两轴控制器的物理地址的选择。

9.如权利要求1-7中任一所述的基于RS485总线的多节点两轴控制器，其中所述RS485总线采用差分发送和接受方式传输信号。

10.如权利要求2-7中任一所述的基于RS485总线的多节点两轴控制器，其中所述两轴控制器的各所述RS485收发器中还设置有至少一第一RS485收发器以及至少一第二RS485收发器，其中所述第一RS485收发器被连接于所述核心单元ARM模块以及所述RS485总线，用于和至少一上位机多节点通信，所述第二RS485收发器被连接于所述核心单元ARM模块以及至少一LCD显示模块，所述核心单元ARM模块通过所述第二RS485收发器传递信号至所述LCD显示模块显示信息。

11.如权利要求2-7中任一所述的基于RS485总线的多节点两轴控制器，其中所述核心单元ARM模块为Cortex-M3内核的ARM处理器。