一种现场总线位置控制装置.pdf

本发明公开一种现场总线位置控制装置。该装置以单片机为核心，包括与之相连的串口控制器、数据存储器、程序存储器、逻辑I/O译码器、数据总线驱动器，还包括串行总线转换器、第一～二串行D/A转换器、第一～二码盘信号处理器、第一～二差分接收器、光电隔离输出器、控制信号转换器、现场总线通讯控制器。本发明能完成通用的位置控制操作，减少了布线的复杂程度，具有抗干扰能力强，实用、可靠、通用和便于扩展的特点。

1.  一种现场总线位置控制装置，其特征在于包括：
单片机(D1)，所述单片机(D1)通过数据、地址总线、控制信号与数据存储器(D4)、程序存储器(D5)、第一串口控制器(D2)、第二串口控制器(D3)、逻辑I/O译码器(D6)、数据总线驱动器、控制信号转换器(D17)相连；
数据存储器(D4)，所述数据存储器(D4)通过数据、地址总线、控制信号与单片机(D1)相连，并通过数据总线与数据总线驱动器相连；
程序存储器(D5)，所述程序存储器通过数据、地址总线、控制信号与单片机(D1)相连，并通过数据总线与数据总线驱动器相连；
第一串口控制器(D2)，所述第一串口控制器(D2)直接与单片机(D1)的串行接口相连；
第二串口控制器(D3)，所述第二串口控制器(D3)直接与单片机(D1)的串行接口相连；
逻辑I/O译码器(D6)，所述逻辑I/O译码器(D6)通过控制信号、地址线直接与单片机(D1)相连，所译出的逻辑控制信号与数据总线驱动器，码盘信号采样器(D12～D13)，串行转换器(D9)相连；
串行总线转换器(D9)，所述串行总线转换器一端与数据总线驱动器相连，另一端与串行D/A转换器(D10～D11)相连；
第一～二串行D/A转换器(D10～D11)，所述DA转换器与串行总线转换器(D9)相连；
第一～二码盘信号处理器(D12～D13)，所述码盘信号处理器一端与数据总线驱动器和逻辑I/O译码器(D6)相连，另一端与差分接收器(D15、D16)、光电隔离输出器(D14)相连；
光电隔离输出器(D14)，所述光电隔离输出器与第一～二码盘信号处理器(D12～D13)相连；
第一～二差分接收器(D15～D16)，所述差分接收器分别与第一～二码盘信号处理器(D12～D13)相连；
控制信号转换器(D17)，所述控制信号转换器(D17)一端通过控制信号、数据、地址总线与单片机(D1)相连，另一端与现场总线控制器(D18)相连；
现场总线控制器(D18)，所述现场总线控制器(D18)与控制信号转换器(D17)相连。

2.  按权利要求1所述现场总线位置控制装置，其特征在于：所述数据总线驱动器由第一～二总线驱动器(D7～D8)组成，第一～二总线驱动器(D7～D8)通过数据总线分别与单片机(D1)，数据存储器(D4)，程序存储器(D5)，第一～二串行DA转换器(D9)，第一、二码盘信号采样器(D12～D13)以及逻辑I/O译码器(D6)相连。

一种现场总线位置控制装置
技术领域
本发明涉及工业机器人位置控制装置，具体地说为一种在机器人系统和机器人生产线上使用的，用于控制机器人各个关节运动使整个机器人系统完成指定动作的功能单元-现场总线位置控制装置。
背景技术
在现有的机器人系统中，普遍采用并行总线结构。这种结构使得机器人控制柜布线相对复杂，不易于扩展和在机器人生产线上应用。在一些有特殊要求的场合需要重新设计电控部分，此外复杂的并行总线布线使系统容易受到外界干扰。
发明内容
为了克服上述不足，本发明的目的是提供一种现场总线位置控制装置，它采用串行总线新结构，具有原有结构的全部功能，并具有布线简单，易于扩展，抗干扰能力强等特点，易于扩展和在机器人生产线上应用。
为了实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括：
单片机，所述单片机通过数据、地址总线、控制信号与数据存储器、程序存储器、第一串口控制器、第二串口控制器、逻辑I/O译码器、数据总线驱动器、控制信号转换器相连；
数据存储器，所述数据存储器通过数据、地址总线、控制信号与单片机相连，并通过数据总线与数据总线驱动器相连；
程序存储器，所述程序存储器通过数据、地址总线、控制信号与单片机相连，并通过数据总线与数据总线驱动器相连；
第一串口控制器，所述第一串口控制器直接与单片机的串行接口相连；
第二串口控制器，所述第二串口控制器直接与单片机的串行接口相连；
逻辑I/O译码器，所述逻辑I/O译码器通过控制信号、地址线直接与单片机相连，所译出的逻辑控制信号与数据总线驱动器，码盘信号采样器，串行转换器相连；
串行总线转换器，所述串行总线转换器一端与数据总线驱动器相连，另一端与串行D/A转换器相连；
第一～二串行D/A转换器，所述DA转换器与串行总线转换器相连；
第一～二码盘信号处理器，所述码盘信号处理器一端与数据总线驱动器和逻辑I/O译码器相连，另一端与差分接收器、光电隔离输出器相连；
光电隔离输出器，所述光电隔离输出器与第一～二码盘信号处理器相连；
第一～二差分接收器，所述差分接收器分别与第一～二码盘信号处理器和相连；
控制信号转换器，所述控制信号转换器一端通过控制信号、数据、地址总线与单片机相连，另一端与现场总线控制器相连；
现场总线控制器，所述现场总线控制器与控制信号转换器相连。
本发明具有如下有益效果：
1.本发明通过串行的布线方式，简化了原来并行布线的复杂度，可作为机器人各个关节的位置控制或其他设备位置控制，特别是可适用于一些有特殊要求的场合的电控部分设计结构。
2.本发明采用串行布线，减少了布线数量，即减少了线间干扰，增强了系统的抗干扰能力。
3.由于本发明采用现场总线连接方式，在现场总线所允许节点数量的范围内可以实现方便配置，进行相应的软件调整，又不需要重新进行电器硬件的重新设置，减少了开发周期。
附图说明
图1为现场总线位置控制装置总体结构图。
图2为现场总线位置控制装置CPU系统电路原理图。
图3为现场总线位置控制装置总线驱动和地址译码原理图。
图4为现场总线位置控制装置模拟量控制原理图。
图5为现场总线位置控制装置码盘接受电路原理图。
图6为现场总线位置控制装置现场总线通讯电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1～6所示，本发明包括：由单片机D1、第一串口控制器D2(采用RS232)、第二串口控制器D3(采用RS485)、数据存储器D4、程序存储器D5、逻辑I/O译码器D6、数据总线驱动器、串行总线转换器D9、第一～二串行D/A转换器D10和D11、第一～二码盘信号处理器D12和D13、第一～二差分接收器D15和D16、光电隔离输出器D14、控制信号转换器D17、现场总线控制器D18，具体如下：
单片机D1，所述单片机D1通过数据、地址总线、控制信号与数据存储器D4、程序存储器D5、第一串口控制器D2、第二串口控制器D3、逻辑I/O译码器D6、数据总线驱动器中第一、二总线驱动器D7、D8、控制信号转换器D17相连。
数据存储器D4，所述数据存储器D4通过数据、地址总线、控制信号与单片机D1相连，并通过数据总线与第一～二总线驱动器D7～D8相连。
程序存储器D5，所述程序存储器D5通过数据、地址总线、控制信号与单片机D1相连，并通过数据总线与第一～二总线驱动器D7～D8相连。
第一串口控制器D2，所述第一串口控制器D2直接与单片机D1的串行接口相连；
第二串口控制器D3，所述第二串口控制器D3直接与单片机D1的串行接口相连；
逻辑I/O译码器D6，所述逻辑I/O译码器D6通过控制信号、地址线直接与单片机D1相连，所译出的逻辑控制信号与第一～二总线驱动器D7～D8，码盘信号采样器D12～D13，及串行总线转换器D9相连。
数据总线驱动器，所述数据总线驱动器由第一～二总线驱动器D7～D8组成，第一～二总线驱动器D7～D8通过数据总线与单片机D1，数据存储器D4，程序存储器D5，串行总线转换器D9，码盘信号采样器D12和D13，以及逻辑I/O译码器D6相连。
串行总线转换器D9，所述串行总线转换器D9一端与总线驱动器D7～D8相连，另一端与串行D/A转换器D10～D11相连；
第一串行D/A转换器D10和第二串行D/A转换器D11，所述串行D/A转换器D10～D11与串行总线转换器D9相连；
第一码盘信号处理器D12和第二码盘信号处理器D13，所述码盘信号处理器一端与数据总线驱动器D7、D8和逻辑I/O译码器D6相连，另一端与差分接收器D15和D16、光电隔离输出器D14相连；
光电隔离输出器D14，所述光电隔离输出器与第一码盘信号处理器D12和第二码盘信号处理器D13相连；
第一～二差分接收器D15和D16，所述差分接收器分别与第一码盘信号处理器D12和第二码盘信号处理器D13相连；
控制信号转换器D17，所述控制信号转换器D17一端通过控制信号、数据、地址总线与单片机D1相连，另一端与现场总线控制器D18相连；
现场总线控制器D18，所述现场总线控制器D18与控制信号转换器D17相连。
本发明具体工作过程及原理为：
单片机D1与程序存储器D5、数据存储器D4组成嵌入式计算机基本系统，执行应用程序，通过现场总线控制器D18及控制信号转换器D17完成与现场总线上其他计算机系统的数据交换，也可根据需要通过第一或二串口控制器D2或D3实现通讯；逻辑I/O译码器D6主要完成对外围设备的地址分配和译码；串行总线转换器D9主要完成并行数据到串行数据的格式转换；第一和二串行D/A转换器D10和D11完成从数字量信号到模拟量信号的转换，并通过模拟量信号去控制电机转速；第一和二差分接收器D15和D16用于接收电机码盘差分信号，第一和二码盘信号处理器D12和D13主要完成码盘信号采样和计数，通过程序计算出电机的位置和速度，并通过一定的控制算法控制电机运动。
本实施例所述单片机D1可以采用AT9140800，数据存储器D4可以采用61LV25616，程序存储器D5可以采用49BV160、第一串口控制器D2可以采用MAX232、第二串口控制器D3可以采用MAX485、逻辑I/O译码器D6可以采用EPM7032、控制信号转换器D17可以采用EPM7032、第一～二总线驱动器D7～D8可以采用74HC245，现场总线控制器D18可以采用SJ1000T，第一～二码盘采样器D12～D13和串行总线转换器D9可以采用EPM7064，第一～二差分接收器D15～D16可以采用MC3486，第一～二串行D/A转换器D10～D11可以采用MAX539，光电隔离输出器D14可以采用TLP280。
第一～二码盘信号处理器D12～D13接收处理码盘正交方波信号；串行总线转换器D9实现并行到串行、串行到并行的数据转换亦或作为控制信号转换器，实现CPU与现场总线控制器地址总线与数据总线的分时操作。
本发明能完成通用的位置控制操作，减少了布线的复杂程度，具有抗干扰能力强，实用、可靠、通用和便于扩展的特点。