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  • 产品名称:基于LPC2132芯片实现智能运动控制卡的软硬件设计

    产品类别:刹车步进电机

    产品简介:本文策画了粉末主动化堆栈,其主意是为了完成众种粉末状物料的存储以及主动输送。区别于凡是星散物料的主动化堆栈,粉体物料的存取历程不是以货格为单元举行操作,而是以必然

产品说明

  本文策画了粉末主动化堆栈,其主意是为了完成众种粉末状物料的存储以及主动输送。区别于凡是星散物料的主动化堆栈,粉体物料的存取历程不是以货格为单元举行操作,而是以必然数主意储罐来存储物料,每次取货操作只取一个储罐中指定量的物料;存货历程现采用人工将空罐用装满物料的罐替换的式样。正在这种任务形式下,将只必要AGV而省略堆垛体例,然则粉末的输出体例将务必具有计量的效用,同时,储罐的改换历程也条件大略迅速。

  本文中,操纵一套2自正在度的下料机构来完成粉末的计量,操纵丝杆晋升机构来完成储罐的起落以轻易加料操作。节制体例采用基于现场总线的散布式节制体例,以智能节点为节制单位来完成所需举动。本文策画了一种基于ARM微解决器的两轴运动节制卡,集成了通信、运动节制以及步进电机驱动等效用,可能行动智能节点采纳主节制体例指令,直接驱动步进电机运转并搜聚和解决某些历程变量。与现有步进电机节制体例比拟,本运动节制卡具有机合紧凑,线道大略,集成度高,操纵轻易等特色。

  运动节制卡中操纵一块LPC2132芯片行动CPU来达成体例的通信、指令解析、节制机合以及插补等效用。CPU爆发两道独立的脉冲信号,每个轴的细分及驱动由一片Allegro公司的单片步进电机专用驱动芯片A3977来达成。

  正在浩瀚微解决器产物中,ARM解决器以极低的本钱和功耗供应了较高功能,是纷乱嵌入式使用的理念平台。目前的32位、64位嵌入式微解决器中,ARM是使用最为通常的一个系列。

  LPC2132是PHILIPS公司基于ARM7TDMI内核推出的工业级MCU。它具有16KB片内SRAM,64KB FLASH,可能容纳更大范畴的代码;2个32位按时器/计数器以及一个PWM单位;众达47个通用I/O口;2个16C550工业法式的UART;通过片内PLL可能完成最大为60MHz的CPU操作频率。ARM解决器较小的封装,极低的功耗和庞大的效用使其迥殊适合于小型体例。

  脉冲分拨以及功率驱动操作也可能由相应的芯片完成,本运动节制卡采用了集成这两种效用的驱动芯片A3977。A3977是Allegro公司坐蓐的单片正弦细分二相步进电机驱动专用芯片,它采用脉宽调制式斩波驱动式样,可能驱动二相步进电机,且电道大略,任务牢靠。该芯片输出电流可达2.5A,具有整步、半步、1/4细分、1/8细分运转式样可供选取,餍足凡是功率条件下的驱动需求。

  正在一主众从机合下,每块运动节制卡行动从站通过RS485总线工业法式的UART,每一齐包蕴16字节的吸取和发送FIFO,个中吸取器的FIFO触发点可能设为1,4,8,14字节。正在该主动化堆栈的节制体例中,探求允诺原则的每条指令长度而将触发点设为8字节。上位机指令通过光耦与CPU完成电分开。

  LPC2132救援JTAG(Joint Test Action Group)允诺。该允诺紧要用于芯片内部测试以及对体例举行仿真、调试,通过JTAG接口,可对芯片内部的一切部件举行拜候,于是是开荒和调试历程的一种轻易高效的方式。卡上保存一个20针的JTAG接口用于调试和烧写步调[3]。

  体例的输出量紧要席卷脉冲的输出以及合联节制电平,输入席卷对码盘、亲热开合等信号的数字的读取以及个别位子传感器中模仿信号的采样。LPC2132的管脚大家具有一个以上的效用,操纵某一效用前务必对管脚连合举行筑设。除去调试接口所占用的个别,所余IO口能餍足输入输出的确效用的条件。

  运动节制个别的本能正在于爆发精确的脉冲序列和节制信号,脉冲分拨以及功率驱动的效用可能由独立的驱动器来完成。常用驱动芯片功能斗劲如外1所示:

  AGV上的晋升机构电机额定电流为2A,这里采用单片细分及功率驱动芯片A3977。每片A3977驱动一个步进电机运转,卡上设两片驱动芯片来分辩对应两道输出脉冲。驱动芯片输入信号席卷大家端,使能节制,细分创立,宗旨创立和脉冲输入等,正在细分创立确定的境况下,起码必要CPU供应3个I/O口。CPU与驱动芯片间的连合通过光耦完成电分开。

  运动节制卡的软件体例紧要运转以下三个职司:职司一为插补运算;职司二为吸取并缓存指令;职司三为提取并推行指令。按职司的紧要性和及时性条件,将插补运算设为最高优先级,正在1ms中止中获得推行,其它职司正在布景步调中获得推行。软件体例的的确机合如图2所示:

  为了担保体例正在启动或休歇时不爆发膺惩、失步、超程或振荡,务必对送到步进电机的进给脉冲频率举行加减速节制。立体堆栈中某些运动形势负载较大,为担保其优秀的动态功能,采用S弧线型无膺惩型加减速解决。

  S弧线加减速基础道理即是正在加减速时,使加快率的导数Jerk为常数,通过对Jerk值的调动最大限定的减小对机器体例形成的膺惩。用户创立加快率参数时只需探求两个参数,一个是总的加快率年华(TA),一个是S弧线加快年华(TS)。体例遵循用户创立的值对加快率弧线举行分类,开始务必担保TA》0。假设TS=0,则弧线为直线型加减速;假设TS != 0,且TA》TS,则弧线为S弧线与直线搀和型加减速;假设TS != 0,且TA《TS,则弧线形成了S弧线加减速。经营历程必要对速率、加快率等参数举行圆整,从而给出每个阶段必要的插补周期数。插补运算历程中心量可能操纵浮点数显示,最终结果再取其整数个别。

  正在吸取到运动起初指令后,正在布景步调中的指令推行个别即举行对该历程的基础经营,席卷:打算起落速各个阶段所必要的插补周期数,Jerk值。插补历程正在1ms中止中达成。正在本运动节制卡中,操纵般配输出的式样来爆发脉冲:按时器TC或PWM的值和斗劲般配节制值MCR相当的时刻发作按时器般配,般配后惹起相应输出口电平翻转。正在每一插补周期起初时,即创立好般配节制值并启动按时器,即可担保输出频率坚固的波形。脉冲寻常爆发后则起初举行插补运算,打算下一周期的脉冲频率,并盘问一次UART模块合联标识位形态以判决是否有节制指令。实测得每个插补周期中的经营及盘问运算量可能正在300us内达成,正在1ms内达成以上职司可能担保时序不发作纷乱。

  中止内检测到UART模块吸取缓存满标识时,即知照布景步调对指令举行吸取,缓存以及后续解决。或者的指令类型席卷:对参数举行点窜、盘问等参数解决类型;插补运算的起初,运动起初,急停等运动节制类型。485主站与节点之间界说8位的ASCII字符行动一条指令,席卷肇端位,所在位,效用代码位,4位数据段以及休歇位。

  一切节点正在检测到指令音信时,即从中搜求肇端位“:”字符,当检测到肇端字符时,则对下一位(所在位)举行判决来确定该指令是否发送给本卡,随后将适应本机所在的指令收入部队做进一步解决。本运动节制卡中采用了平常指令部队与优先指令部队两个环形部队的式样。凡是境况下,指令进入平常指令部队终局等待推行,格外指令,如急停等,将进入优先的部队以担保即刻获得解决。

  指令从主开发发往从开发时,效用代码位将告之从开发必要推行哪些作为,数据位则包蕴了要推行效用的任何附加音信。运动节制卡必要推行的效用席卷读取输入的开合形态,参数点窜,发出运动节制指令,作出回应等。对个中每一种效用,正在卡上都编程并与某一效用代码独一对应。效用代码位选用一个ASCII字符,可用的代码有255种,可能餍足操纵条件。

  正在本文策画的粉末物料主动化堆栈中,原料置于寡少的储罐中,每个储罐底部连合下料机构,下料机构靠两个挽回的叶轮来达成效用。正在必要某种原料时,AGV挪动到相应储罐下方,下料机构任务,配合AGV上的称量安装达成对一种原料的无误计量操作。AGV挪动时必要随时读取位子传感器音信,担保定位切实。为了改换储罐轻易,就寝储罐的料架由丝杆来驱动,可能自正在起落。为了完成密封、主动洗涤等附庸效用,料架上附带两品种型的机器手,个中一种操作密封盖正在不必要下料时封锁下料机构的下端出口,另一种带领洗涤水管,辅助达成料罐的洗涤任务。机器手运转时条件无误定位于指定料罐的下方,并条件能对管道上的阀门举行节制。该体例的的确机合参考图3。

  该粉末物料立体堆栈行动某化工产物柔性坐蓐线所示的散布式节制体例,并将节制体例分级以删除主机的职司量。RS485主站行动二级主站达成该立体堆栈分体例的节制。所述的运动节制卡行动RS485节点达成某一效用模块的管束。485主站的指令以播送的式样向一切手下节点发出,被吸取并所在识别后正在节点获得解决。立体堆栈中每一效用模块,操纵单块运动节制卡可能达成节制需求。

  最大略的操作式样为输出脉冲驱动电机运动,如下料操作。这种任务式样下,主机通过指令设定行程,速率等运动参数,启动指定节点的插补历程,插补历程启动今后将不依赖后续指令而运转至设定行程。正在爆发脉冲的历程中,主机或者向节点周期性发出盘问指令以确定节点目下运动形态,为后续解决供应按照。

  较为纷乱的运动式样席卷料架的晋升以及机器手的操作。此两类运动的边界受到机器束缚,必要读取限位开合信号以及码盘反应信号以检测运动形态,机器手的操作中包蕴阀门等IO量的节制,位子传感器输入信号为模仿量必要搜聚及转换。该体例的运转中,丝杆转速最高为1.5r/s,采用256线的码盘行动转动反应时,爆发脉冲频率为384Hz;机器手任务正在更低的转速边界内。本节制卡中,将限位开合、码盘等信号视为I/O量,举行按时采样来读取音信;模仿信号被同时采样并正在片上即获得转换。体例爆发的1ms按时中止同时也行动采样周期。遵循香农定理,1000Hz的采样频率足以餍足目下转速区域内的采样条件。

  主动化堆栈中料罐,下料机构,晋升机构等构成众个相对独立的下料单位,遵从经营这些下料单位不或者同时任务。操纵继电器切换,一块节制卡即可达成体例中一切同类机构的节制条件。

  单个节点对效用的完成中,达成了参数点窜及运动节制,数字及模仿信号的采样和解决等效用,与主机之间采用数字通讯,具有智能化的特色。正在散布式节制体例中,该运动节制卡还具有明晰的特色使其适合行动智能节点操纵:采用同一的软件硬件接口形势,大略的对所在举行编辑后即可彼此替代;模仿信号正在节点即获得解决,主机与节点之间采用数字通讯;差异节点之间全体独立,单个节点的谬误不会影响体例其它个别的运转。该体例基础适应基于现场总线的节制体例的怒放型、星散性、数字通讯的特色,是一种较低本钱的完成式样,同时,体例以步进电机为紧要节制对象,节点上补充了功率驱动效用,并正在软件开荒上优先探求了运动节制效用的完成。

  本文先容了一种基于ARM微解决器和步进电机专用驱动芯片A3977H的两轴运动节制卡。正在粉末物料主动化堆栈的节制体例中,采用基于现场总线的散布式节制体例中,将其行动智能节点操纵,通过RS485总线达成与中间节制体例的通讯,并遵循吸取的指令达成插补历程,脉冲序列的爆发,运动形态的盘问等操作。爆发的脉冲序列通过驱动芯片最终驱动步进电机运动。同时,利MCU上的其它资源,可能达成众种辅助信号的搜聚与解决历程。本运动节制卡机合紧凑,操纵轻易,正在该主动化堆栈的节制体例中阐明了紧要的效用。

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