CN2729769Y

CN2729769Y - 多功能can总线智能控制器

Info

Publication number: CN2729769Y
Application number: CNU2004200286087U
Authority: CN
Inventors: 张德民
Original assignee: TIANJIN COLLEGE OF SCIENCE AND ENGINEERING
Current assignee: TIANJIN COLLEGE OF SCIENCE AND ENGINEERING
Priority date: 2004-03-25
Filing date: 2004-03-25
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2014-03-25

Abstract

本实用新型涉及一种多轴伺服电机的联网控制器。该控制器使用高性能8位微控制器80C592作为核心器件，集成了伺服电机接口模块、串行通讯接口模块、CAN总线通讯接口模块、数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块和脉宽调制输出模块，及扩展非易失存储模块。具有可编程性，可以根据实际要求设计软件程序，程序容量大，运算速度快。该控制器可满足大多数CAN总线控制场合的需要，具有很强的通用性。可以与现有的各种伺服电机驱动器连接，实现单轴伺服电机的控制。可以实现多轴伺服电机的联网，组成CAN总线控制网络。本控制器同时带有串行通信接口和CAN总线通信接口，可以充当串行通信与CAN总线之间的网络转换器，利用这一功能可以实现不同网络之间的通信。

Description

多功能CAN总线智能控制器

【技术领域】：本实用新型涉及一种计算机自动控制系统中的附件，即电数字数据处理(G06F)中的用于将所要处理的数据转变成为计算机能够处理的形式的输入装置；用于将数据从处理机传送到输出设备的输出装置，特别是带有现场总线CANBUS接口的多轴伺服电机联网控制装置。

【背景技术】：在现有技术中，要实现多轴伺服电机的联网控制，通常每根伺服电机轴需要在伺服控制器之外单独增加一块CAN总线接口板才能实现联网功能。

这样的多轴伺服电机CAN联网方式存在如下缺陷：1功能单一。2适应面窄。3智能化水平低。

【发明内容】：本实用新型的目的是解决上述存在的问题，提供一种既可以与现有的各种伺服电机驱动器连接，实现单轴伺服电机的控制，又可以实现多轴伺服电机的联网，组成CAN总线控制网络，还可以充当串行通信与CAN总线之间的网络转换器，利用这一功能实现不同网络之间的通信。

本实用新型提供的多功能CAN总线智能控制器，主要包括微控制器、CAN总线通讯接口模块，微控制器模块通过连接总线分别单独并行连接有伺服电机接口模块、串行通讯接口模块、CAN总线通讯接口模块、数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块和脉宽调制输出模块，以及扩展非易失存储模块。

其中微控制器模块包括一个8位微控制器，该微控制器通过地址总线、控制总线连接地址锁存器，并通过该地址锁存器控制程序存储器和数据存储器，程序存储器和数据存储器同时通过数据线与微控制器双向连接，微控制器通过I/O接口和连接总线连接其他外围接口。

本实用新型的优点和积极效果：1、多功能：(1)具有全功能的CAN总线通讯接口；(2)具有多路数字量输入接口，可用于输入各种接近开关、行程开关、按钮等信号，或者接收其它控制装置(如PLC控制器)发出的控制信号；(3)具有多路数字量输出接口，用于控制各种继电器、电磁阀、指示灯等，或者向其它控制装置(如PLC控制器)输出控制信号；(4)具有多路差分信号输出接口，用于控制伺服电机的位置和转速；(5)具有多路差分信号输入接口，用于接收伺服电机的位置编码器信号；(6)具有多路标准的模拟量信号输入接口；(7)具有多路标准的PWM信号输出接口；(8)具有全双工的串行通讯接口，实现与其它串行接口设备(如计算机)的联网控制；(9)具有非易失数据保存功能，使得控制器长期保存运行数据而不丢失；(10)具有可编程的监视定时器功能，防止控制器程序在受到干扰时跑飞。2、通用性强：本控制器具有的功能可满足大多数CAN总线控制场合的需要，具有很强的通用性。3、智能化高：本控制器使用高性能的8位微控制器80C592作为核心器件，在80C592的内部集成了CAN总线控制器和串行通讯控制器，具有可编程性，可以根据实际要求设计软件程序，程序容量大，运算速度快。

【附图说明】：

图1、多功能CAN总线智能控制器原理方框图；

图2、是图1中微控制器模块的原理方框图；

图3、微控制器模块参考电路原理连接图；

图4、数字量输入模块参考电路原理连接图；

图5、数字量输出模块参考电路原理连接图；

图6、伺服电机接口模块参考电路原理连接图；

图7、串行通讯接口模块参考电路原理连接图；

图8、CAN总线通讯接口模块参考电路原理连接图；

图9、装置的形状/对外接口位置/运行指示的示意图。

【具体实施方式】：

实施例1：

如图1所示，本实用新型提供的多功能CAN总线智能控制器，主要包括微控制器模块1、CAN总线通讯接口模块8，微控制器模块1通过连接总线分别单独并行连接有伺服电机接口模块6、串行通讯接口模块7、CAN总线通讯接口模块8、数字量输入模块2、数字量输出模块3、模拟量输入模块4和脉宽调制输出模块5，以及扩展非易失存储模块9。

其中：

1、微控制器模块1(见图2)包括一个8位微控制器11，该微控制器通过地址总线、控制总线连接地址锁存器12，并通过该地址锁存器控制程序存储器13和数据存储器14，程序存储器13和数据存储器14同时通过数据线与微控制器11双向连接，微控制器11通过I/O接口和连接总线连接其他外围接口2-9。

其具体连接电路参见图3(供参考)，其主要功能是执行用户控制程序，保存参数设置和运行数据。其组成包括：微控制器U1——8位MCU，型号80C592；地址锁存器U2——采用74LS器件，型号74LS573；程序存储器U3——采用EEPROM器件，型号28C256；数据存储器U4——采用SDRAM器件，型号62C256，以上选型供参考。

2、数字量输入模块2具体连接电路参见图4，功能：用以采集各种数字量信号，如工作台行程开关以及操作面板上的按扭开关等信号。本设计中采用光电耦合器作为电平转换接口。当有高电平信号输入时，信号通过限流电阻R2产生约10mA的电流使光耦导通，此时80C592的P5端口电平变为低，否则其电平为高，据此判断有无信号输入，在信号的输入端设计了LED指示灯电路，表明输入信号的状态。组成：光电隔离器件，型号：TPL521。

3、数字量输出模块3具体连接电路参见图5，功能：本控制器的输出信号中包含一部分数字量，通常是各种继电器、电磁阀、指示灯等。本设计中采用达林顿驱动电路ULN2803，简化了继电器电路的连接。本系统中80C592的P4端口用作8路开关量输出，通过ULN2803驱动8路继电器。在80C592的输出端口使用阻值10K欧的电阻作为上拉电阻，可以提高输出信号的稳定性，防止干扰，同时设计了LED指示灯电路，表明输出状态。模块组成：达林顿驱动器件，型号：ULN2803。

4、模拟量输入模块4——功能：利用80C592中含有的10位ADC转换器对标准的模拟量信号0-5V进行采样、转换，并且以数字量信号保存在内部寄存器ADCL和ADCH中，该模块可直接与外部输入信号连接。

5、脉宽调制输出模块5——功能：利用80C592的脉宽调制控制器PWMCON，，通过编程脉冲的占空比，输出脉宽调制序列，可用于控制两路固态继电器的驱动，同样，该模块可直接与外部输出信号连接。

6、伺服电机接口模块6，具体连接电路参见图6，——功能：主要用于本控制器与伺服驱动器之间的信号传输。在控制伺服电机时，本控制器通过发送差分脉冲信号来控制伺服电机轴的转速PULS和方向SIGN。同时，控制器接收伺服驱动器发送来的编码器信号OA、OB、OC，可以判断伺服电机轴的相位和实际转速。本设计中，采用MC3486作为差分传输的接收器，采用MC3487作为差分传输的发送器，在差分信号的输入端使用220欧的电阻作信号匹配，可以提高信号传输的稳定性。组成：差分信号发送器：MC3487；差分信号接受器：MC3486。

7、串行通讯接口模块7，具体连接电路参见图7，——功能：RS232电平信号的转换电路，80C592串行接口信号TXD、RXD是TTL电平，计算机等外部串行设备的接口信号电平是RS232，它使用的是双极性反逻辑信号，逻辑信号1用-3V到-15V之间的电压表示，逻辑信号0用+3V到+15V之间的电压表示。为达到电压信号转换的墓地，电路中使用电容C4、C5、C6、C7完成正负RS232电平的生成。模块组成：RS232电平信号转换器件：型号MAX232。

8、CAN总线通讯接口模块8，具体连接电路参见图8，

功能：CAN总线接口主要完成CAN控制器与CAN网络之间的电气连接。CAN信号使用差分电压传送，两条信号线被称为“CAN_H”和“CAN_L”，静态时均是2.5V左右，此时状态表示为逻辑“1”，叫做“稳性”。用CAN_H比CAN_L高表示逻辑“0”，称为“显性”，此时，通常电压值为CAN_H＝3.5V和CAN_L＝1.5V。CAN总线接口驱动器主要完成上述信号转换，它需要一个外部参考电压，即电源VCC值的一半2.5V。

当CAN传输速率比较高时(＞10KBPS)，数字信号会在总线的两个端站处发生信号反射，造成信号的反复叠加，引起传输错误，所以设计了终端吸收电阻，连接在“CAN_H”和“CAN_L”之间，当开关JP1闭合时，可以消除信号反射。

当CAN传输速率非常高时(＞100KBPS)，数字信号变化的斜率对传输的准确性的影响很大，所以设计了斜率控制电阻，在高速传输时，开关JP2闭合，可以提高信号变化的斜率，当开关JP2断开时，用于低速传输。本模块使用82C250电路作为CAN总线驱动器。

9、扩展非易失存储模块9，——功能：非易失存储模块可以在断电的情况下，保存模块内存储的数据不丢失。本设计使用了I²C串行接口的非易失存储器，它仅仅需要两个信号SCL、SDA就可以完成对存储器的读写，我们使用80C592的端口P1.2、P13通过软件模拟方式实现I²C总线的功能。模块组成：非易失存储器件，型号：AT24C64。

图9为本装置的形状/对外接口位置/运行指示的示意图，供实施时参考。

Claims

1、一种多功能CAN总线智能控制器，主要包括微控制器、CAN总线通讯接口模块，其特征是微控制器模块通过连接总线分别单独并行连接有伺服电机接口模块、串行通讯接口模块、CAN总线通讯接口模块、数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块和脉宽调制输出模块。

2、根据权利要求1所述的多功能CAN总线智能控制器，其特征是微控制器模块包括一个微控制器，该微控制器通过地址总线、控制总线连接地址锁存器，并通过该地址锁存器控制程序存储器和数据存储器，程序存储器和数据存储器同时通过数据线与微控制器双向连接，微控制器通过I/O接口和连接总线连接其他外围接口。

3、根据权利要求1或2所述的多功能CAN总线智能控制器，其特征是微控制器模块通过连接总线同时连接有扩展非易失存储模块。