泵车臂架传感器信号采集控制器 【技术领域】
本发明主要涉及一种信号采集装置，特指一种泵车臂架传感器信号采集控制器。
背景技术
臂架是混凝土泵车布料的主要机构，目前其主要是采用单自由度的手动控制方式进行控制的，在这种控制方式下，操作者要把臂架末端出料口移动到需要的位置，需要进行臂架各个自由度的逐步和反复调整，其操作难度较大同时操作效率低下，不能满足快速布料的需要。因此采用以臂架末端出料口为操作目标的机器人化智能控制方式具有现实的必要性，在这种控制方式下，臂架各个自由度在臂架智能控制器控制下同时智能联动，使臂架末端出料口迅速到达目标位置。实现这种机器人化的控制模式不仅需要实时检测臂架系统各自由度的转角信号，同时也要实时检测操作者给定的遥控信号，由于臂架机构的复杂性和特殊性，也考虑到传感器安装的方便，通常需要采用不同类型的传感器(如绝对光电编码器传感器、电流型模拟传感器、电压型模拟传感器等)进行间接测量(如测量单自由度油缸长度折算该自由度转角)得到这些信号，再进行标定和预处理才能得到需要的位置和操作信息。这些信号的采集、预处理和标定等工作可以由臂架智能控制器完成，但是势必增加该控制器的负担，影响整个臂架运动规划的效率和各个自由度闭环伺服控制地效果。因此有必要单独设计一个控制器完成这些传感器信号和操作信号的采集、标定和预处理任务，并以简单快捷的方式将处理后的信息传递给臂架智能控制器，以达到系统任务分布并行处理。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，设计一种基于CAN总线接口的、具有多种信息采集方式并能够解决臂架智能控制系统中信息分布并行处理、达到系统任务分布并行处理的效果的泵车臂架传感器信号采集控制器。
为了解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为：一种泵车臂架传感器信号采集控制器，它包括微处理器、CPLD总线译码器、CAN总线接口，其特征在于：所述微处理器与CPLD总线译码器以及CAN总线接口相连，并通过模拟信号采集通道接收模拟信号；所述CPLD总线译码器与CAN总线接口相连，并通过绝对编码器信号采集通道接收数字信号；该CAN总线接口包括与微处理器和CPLD总线译码器相连的CAN控制器，CAN控制器通过光电隔离器与CAN驱动器相连。
所述模拟信号采集通道则包括与微处理器和CPLD总线译码器相连的AD转换器和与CPLD总线译码器相连的多路选择器以及与该多路选择器相连的前置处理器和功率放大器。
所述绝对编码器信号采集通道包括RS422接口和光电隔离器，并通过光电隔离器与CPLD总线译码器相连。
所述微处理器还连接有一监视器。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明的泵车臂架传感器信号采集控制器基于CAN总线接口设计，具有多种信息采集方式并能够解决臂架智能控制系统中信息分布并行处理、达到系统任务分布并行处理的效果，从而能够满足混凝土泵车臂架机器人化控制的需要。由于采用CAN总线作为通信工具，快速灵活，稳定性强，能够很好地适应现场复杂的工作环境，便于远距离数据传输；
2、本发明控制器中的微处理器可以对采集到的模拟信号和数字信号进行必要的处理，得到控制系统需要的信号量然后再把该信号量进行发送，供主控制器使用。这样既可以保证信号的完整性，又减轻了主控制器的负担，使信号采集与处理可以单独进行，同时还减少了通信传输的信息量，减少了出现错误的可能性；
3、本发明的泵车臂架传感器信号采集控制器通过CANBUS接口芯片扩展了一路隔离型CANBUS通讯接口，可以直接通过CAN总线与外部进行信息交换；
4、本发明的泵车臂架传感器信号采集控制器采用多路选择器和AD转换器扩展了8路16位的电流电压型模拟采集通道，即可直接连接电压型传感器，又可通过转换电阻连接电流型传感器；
5、本发明的泵车臂架传感器信号采集控制器通过RS422接口芯片和光电隔离扩展了2路RS422绝对编码器输入通道、2路计数方向设置通道以及2路零位标定控制通道，即可以采集2路绝对编码器信号，又可以对编码器参数进行设定；
6、本发明的泵车臂架传感器信号采集控制器设计有LCD显示接口，在必要时可以加装LCD显示器以便对传感器状态进行现场监测。
【附图说明】
图1是本发明的结构原理方框示意图；
图2是本发明的具体实施例电路示意图。
图例说明
1、CPLD总线译码器 2、微处理器
3、CAN总线接口 4、模拟信号采集通道
5、绝对编码器信号采集通道
【具体实施方式】
以下将结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示的本发明的基本结构，它采用嵌入式单片微处理器2、大规模CPLD总线译码器1、高精度AD转换器、RS422接口和CAN总线接口3技术，提供了一种基于CAN总线通讯的传感器信号采集控制器。如图1所示，本发明包括微处理器2、CPLD总线译码器1、CAN总线接口3，微处理器2与CPLD总线译码器1以及CAN总线接口3相连，并通过模拟信号采集通道4接收模拟信号；CPLD总线译码器1与CAN总线接口3相连，并通过绝对编码器信号采集通道5接收数字信号；该CAN总线接口3包括与微处理器2和CPLD总线译码器1相连的CAN控制器，CAN控制器通过光电隔离器与CAN驱动器相连。模拟信号采集通道4则包括与微处理器2和CPLD总线译码器1相连的AD转换器和与CPLD总线译码器1相连的多路选择器以及与该多路选择器相连的前置处理器和功率放大器。绝对编码器信号采集通道5包括RS422接口和光电隔离器，并通过光电隔离器与CPLD总线译码器1相连。微处理器2还连接有一监视器。
其中，微处理器2和CPLD总线译码器1构成本发明的核心，负责整个控制器的电路控制和信号处理功能，其工作情况则由专用外部“看门狗”监视器监视；CAN控制器、CAN驱动器以及光电隔离器组成的CAN总线接口3部分负责控制器与外界的通信；RS422接口和光电隔离器构成的绝对编码器信号采集通道5用来采集绝对编码器反馈信号并对编码器进行参数标定；由AD转换器、功率放大器、多路选择器和前置处理器构成的模拟信号采集通道4用来采集电流或电压型模拟反馈信号。
工作原理：(1)模拟信号采集：本发明控制器可以同时采集8路模拟输入量，这些模拟输入量即可以是电压型输入量又可以是电流型输入量，电流信号可以通过在前置处理器中增加采样电阻的方式转换成电压信号再进行采集，采样电阻的大小可根据要求进行选取，例如对于4-20Ma的模拟电流信号，可以选用500Ω的采样电阻，这样经过电压转换后的实际范围为2-10V，能够满足AD转换器的需要。对于8路模拟输入信号，可由8选1多路选择器每次选出一路模拟信号进行输入。为保证转换的精度和增大模拟输入量的范围，AD转换前还使用运算放大器对输入信号进行放大和滤波，AD转换的结果则由微处理器2直接读出。模拟量采集时，首先由微处理器2向AD转换器发送开始转换命令启动AD转换，然后微处理器2通过查询AD转换状态字的方式等待本次转换结束，结束后读出转换结果，转换速率可由微处理器2控制。(2)数字信号采集：本发明控制器可以同时采集2路绝对光电编码器传感器反馈的数字信号，并根据需要对光电编码器传感器进行控制。绝对编码器一般提供有标准RS422接口，可选用专门的RS422接口芯片对2路编码器信息进行采集，每个绝对编码器还有一个零位设置接口和一个计数方向选择接口，编码器的计数零位可以通过向零位接口发送清零信号人为设定，而计数方向则可以通过方向选择接口进行控制。数字量采集时，微处理器2首先向编码器发送串行时钟信号，然后接收编码器移出的串行数据，再根据移出的数据位数判断本次数据是否移出完毕，如果没有全部移出则继续接收，若全部移出则根据移出的顺序把串行数据重新组合到一起，得到编码器的最终采样结果。(3)数字信号处理：本发明控制器中的微处理器2可以对采集到的模拟信号和数字信号进行必要的处理，得到控制系统需要的信号量然后再把该信号量进行发送，供主控制器使用。这样既可以保证信号的完整性，又减轻了主控制器的负担，使信号采集与处理可以单独进行，同时还减少了通信传输的信息量，减少了出现错误的可能性。(4)CAN总线通信：本发明控制器通过CAN总线接口3与外部交换信息，CAN总线接口3通信由CAN控制器和CAN驱动器完成。CAN控制器直接受微处理器2的控制进行信息的接收和发送，CAN驱动器则提供对总线的差动接收和发送功能。为增强CAN总线节点的抗干扰能力和实现总线上各节点之间的电气隔离，CAN控制器和CAN驱动器之间采用光耦进行隔离。由于采用CAN总线接口3作为通信工具，快速灵活，稳定性强，能够很好地适应现场复杂的工作环境，便于远距离数据传输。
图2为实施本发明的具体电路图。其中，EPM7128为CPLD总线译码器1，通过其内部的编程实现各种译码功能；W78E58为单片微处理器2，负责整个电路的控制及完成各种信息的处理功能：MAX813为外部看门狗监视器，用来监视微处理器2的工作状态；INOUT和LCD_PORT为外部LCD显示器接口，在必要时可加装LCD显示器对电路状态进行监测；SJA1000为CAN控制器，受微处理器2的控制进行信息的接收和发送；6N137为光电隔离器，可以增强CAN总线节点的抗干扰能力和实现总线上各节点之间的电气隔离；PCA82C250为CAN驱动器，提供对总线的差动接收和发送功能；带多个电阻的CON16为前置处理器，可以把输入的电流信号转换成电压信号再进行AD转换；ADG508为多路选择器，可以从输入的多路模拟信号中选出一路进行输入；AD622为信号运算放大器，可以对输入信号进行放大和滤波；AD976为AD转换器，完成AD转换功能；MC1403为基准电压源，为AD转换器提供基准电压；MAX488为专用RS422接口芯片，用来实现绝对编码器的信息采集功能；PC827为光电隔离器，用来实现编码器计数方向及零位标定控制信号的隔离。ASD1OH为宽电压(9-36V)隔离DC/DC转换器，提供装置各种需要的工作电压；B0505为+5V隔离电压源，为CAN总线通信提供隔离电压；JTAG为CPLD的编程接口；CON16为绝对编码器的输入接口电路；其余为电阻电容及二极管显示电路，完成相应的辅助功能。