专利名称：自动导引车位置控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及自动导引车功能单元，具体地说是一种在自动导引车控制系统上使用的，对输入信号进行采集并控制自动导引车精细运动，使其完成指定动作的位置控制装置。
背景技术：
在现有的自动导引车控制系统中，通常采用的是基于ISA总线体系结构和运动控制芯片设计的位置控制装置。采用ISA总线结构，所有位置控制装置必须插在工控机机箱内的扩展槽上。这样，不仅布线复杂，无法做到真正的分布式控制，而且并行总线布线使位置控制装置容易受到外界干扰。采用运动控制芯片设计，不仅无法做到真正的自主控制，而且遇到运动控制芯片失控时更是束手无策。
实用新型内容为了克服上述不足，本实用新型的目的是提供一种通讯可靠、控制精确、处理及时、自主应对故障的自动导引车位置控制装置。它采用CAN总线新结构和DSP数字信号处理器，在原有功能的基础上，扩展增加更多的功能，使新型位置控制装置布线简单，易于扩展，抗干扰能力强。
本实用新型技术方案如下所述基于CAN总路线和DSP数字信号处理器结构，由DSP数字信号处理器、程序存储器、数据存储器、数据总线驱动器、CAN总线驱动器、差分输入转换器、基准电压电路、DA数模输出电路、AD模数输入电路、I/O输入电路、I/O输出电路、电源转换电路组成，带有端口JTAG和上拉阻排的DSP数字信号处理器通过输入输出端与程序存储器、数据存储器、数据总线驱动器、差分输入转换器、基准电压电路、DA数模输出电路、AD模数输入电路、I/O输入电路、I/O输出电路中的锁存器连接；数据总线驱动器通过输入输出端与CAN总线驱动器相连，所述差分输入转换器输入端接至外部码盘信号的输入，所述基准电压电路提供2.5V、+10V基准电压给DSP数字信号处理器、DA数模输出电路；第一～三电源转换模块提供+5V、±15V、3.3V电压给其它器件；所述基准电压电路包括基准电源、第一同相运算放大器、第二同相运算放大器，其中基准电源的输出端分别与第一同相运算放大器、第二同相运算放大器的同相输入端连接；所述DA数模输出电路包括DA数模转换器、入输出端与DSP数字信号处理器相连，其基准端与基准电压电路中第一同相运算放大器的输出端连接，输出端经反相运算放大器与差分运算放大器相连；差分运算放大器的输入端与基准电压电路中第二同相运算放大器的输出端连接，并通过输出端REFIN+、REFIN-接至外部伺服驱动器控制信号的输出；所述AD模数输入电路以跟随运算放大器为核心，其输出端与DSP数字信号处理器输入端连接；所述I/O输入电路包括光电耦合器、第一二极管，光电耦合器输出端与DSP数字信号处理器输入端连接，其输入端分别接外部IO信号低输入端DOWN或经第一二极管、第一电阻接至外部IO信号高输入端；所述I/O输出电路包括锁存器、继电器、第一～二二极管，其中锁存器的输入端与DSP数字信号处理器的输出端连接，输出端与继电器输入端正极相连，第一～二二极管并联于继电器的正负输入端，继电器输出端接至外部；所述电源转换电路包括第一～三电源转换模块、二极管，其中第一电源转换模块输入端外接24V，其输出端接至数据总线驱动器、CAN总线驱动器、第三电源转换模块的输入；第二电源转换模块输入端外接24V，其输出端接至第一同相运算放大器、第二同相运算放大器、反相运算放大器、差分运算放大器、跟随运算放大器；第三电源转换模块输入端接第一电源转换模块输出端，其输出端接至DSP数字信号处理器、程序存储器、数据存储器、数据总线驱动器、差分输入转换器、锁存器。
本实用新型具有如下优点1.本实用新型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.本实用新型采用串行布线，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。
由于本实用新型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。
1.本实用新型采用CAN总线无差错传输的通讯方式，抗干扰能力强，增强了通讯的可靠性；2.CAN总线属于串行通讯，布线简单、易于扩展，做到真正的分布式控制；3.本实用新型采用DSP自主控制，控制精确、处理及时，避免运动控制芯片的失控；4.自主控制能够应对各种复杂状况，减轻上位计算机的工作量。
图1基于CAN总线和DSP处理器的位置控制装置电路原理图。
具体实施方式
图1为本实用新型电路原理图。
以下结合附图对本实用新型的结构及工作原理作进一步详细说明。
如图1所示，本实用新型基于CAN总路线和DSP数字信号处理器结构，由DSP数字信号处理器U1、程序存储器U2、数据存储器U3、数据总线驱动器U4、CAN总线驱动器U5、差分输入转换器U11、基准电压电路、DA数模输出电路、AD模数输入电路、I/O输入电路、I/O输出电路、电源转换电路组成，带有端口JTAG和上拉阻排的DSP数字信号处理器U1通过输入输出端与程序存储器U2、数据存储器U3、数据总线驱动器U4、差分输入转换器U11、基准电压电路中的基准电源U6、DA数模输出电路中的DA数模转换器U7、AD模数输入电路中的跟随运算放大器U8、I/O输入电路中的光电耦合器U9、I/O输出电路中的锁存器U10连接；数据总线驱动器U4通过输入输出端与CAN总线驱动器U5相连，所述基准电源U6经第一同相运算放大器REF1、第二同相运算放大器REF2转换出2.5V、+10V基准电压供给DSP数字信号处理器U1、DA数模输出电路。第一～三电源转换模块DC1～DC3提供+5V、±15V、3.3V电压给其它器件。具体为所述DSP数字信号处理器U1通过输入输出端D_TRST、D_TMS、D_TDO、D_TDI、D_TCK、D_EMU0、D_EMU1与端口JTAG的相应管脚连接；通过阻排JRINT将输入输出端PDPINTA、PDPINTB、ENA144、BOOT、READY、BIO上拉到3.3V。
DSP数字信号处理器U1通过数据总线D0-D15、地址总线A0-A15、控制端RD、WE、PS与程序存储器U2的相应管脚相连；通过SPI总线的输入输出端SPISOMI、SPICLK、SPISIMO，输入输出端TPS_RS、TCLKINA与数据存储器U3的相应管脚相连；通过CAN总线的输入输出端CANRX、CANTX与数据总线驱动器U4的相应管脚相连；通过输入端CAP1-CAP3与差分输入转换器U11的相应管脚相连。
DSP数字信号处理器U1的基准端2.5V与基准电压电路中第一同相运算放大器REF1的输出端2.5V连接；通过SPI总线的输入输出端SPISTE、SPICLK、SPISIMO与DA数模转换器U7的相应管脚相连；其输入端ADCIN00与AD模数输入电路中跟随运算放大器U8的输出端ADCIN00连接；其输入端TCLKINB与I/O输入电路中光电耦合器U9的输出端TCLKINB连接；其输出端PWM1-PWM8与I/O输出锁存器U10的输入端PWM1-PWM8连接。
所述程序存储器U2通过数据总线D0-D15、地址总线A0-A15、控制端RD、WE、PS与DSP数字信号处理器U1的相应管脚相连。
所述数据存储器U3通过SPI总线的输入输出端SPISOMI、SPICLK、SPISIMO，输入输出端TPS_RS、TCLKINA与DSP数字信号处理器U1的相应管脚相连。
所述数据总线驱动器U4通过CAN总线的输入输出端CANRX、CANTX与DSP数字信号处理器U1的相应管脚相连，通过输入输出端C_RX、C_TX与CAN总线驱动器U5的相应管脚相连。
所述CAN总线驱动器U5通过输入输出端C_RX、C_TX与数据总线驱动器U4相连，其输出端CANH和CANL之间跨接第51电阻RU51，并输出至外部总线。
所述差分输入转换器U11通过输出端CAP1-CAP3与DSP数字信号处理器U1的输入端CAP1-CAP3连接，其输入端MC1_A、MC1_/A、MC1_B、MC1_/B、MC1_C、MC1_/C接至外部码盘信号的输入。
所述基准电压电路由基准电源U6(1.25V)、第一同相运算放大器REF1(2.5V)、第二同相运算放大器REF2(+10V)、第61～65电阻RU61～RU65组成，其中基准电源U6的输出端1.25V分别与第一同相运算放大器REF1、第二同相运算放大器REF2的同相输入端连接；第61电阻RU61并联于第一同相运算放大器REF1反相输入端与地之间；第62电阻RU62并联于第一同相运算放大器REF1反相输入端与输出端之间；第63电阻RU63串联第64电阻RU64后，并联于第二同相运算放大器REF2反相输入端与地之间；第65电阻RU65并联于第二同相运算放大器REF2反相输入端与输出端之间。
所述DA数模输出电路由DA数模转换器U7、反相运算放大器OP1、差分运算放大器OP2、第71～79电阻RU71～RU79、第71电容CU71组成，其中DA数模转换器U7通过SPI总线的输入输出端SPISTE、SPICLK、SPISIMO与DSP数字信号处理器U1的相应管脚相连，其基准端2.5V与基准电压电路中第一同相运算放大器REF1的输出端2.5V连接。第71电阻RU71串联于反相运算放大器OP1反相输入端与DA数模转换器U7输出端OUTA之间；第72电阻RU72并联于反相运算放大器OP1同相输入端与地之间；第73电阻RU73并联于反相运算放大器OP1反相输入端与输出端之间；第74电阻RU74串联第75电阻RU75后，并联于差分运算放大器OP2反相输入端与第二同相运算放大器REF2输出端之间；第76电阻RU76并联于反相运算放大器OP1输出端与差分运算放大器OP2反相输入端之间；第77电阻RU77并联于差分运算放大器OP2同相输入端与地之间；第78电阻RU78并联于差分运算放大器OP2反相输入端与输出端之间；第79电阻RU79串联第71电容CU71后，并联于差分运算放大器OP2输出端与地之间；第71电容CU71两端REFIN+、REFIN-接至外部伺服驱动器控制信号的输出。
所述AD模数输入电路由跟随运算放大器U8、第81～82电阻RU81～RU82、第81电容CU81组成，其中跟随运算放大器U8的输出端ADCIN00与DSP数字信号处理器U1输入端ADCIN00连接；第81电阻RU81、第81电容CU81并联于运算放大器U8同相输入端与地之间；第82电阻RU82并联于运算放大器U8反相输入端与输出端之间。
所述I/O输入电路由光电耦合器U9、第91～92电阻RU91～RU92、第91电容CU91、第一二极管DU91组成，其中光电耦合器U9的输出端TCLKINB与DSP数字信号处理器U1输入端TCLKINB连接；第91电阻RU91串联第一二极管DU91后，并联于光电耦合器U9输入端A1与IO信号输入端UP之间；光电耦合器U9输入端K1接IO信号输入端DOWN；第92电阻RU92并联于光电耦合器U9输出端C1与电源3.3V之间；第91电容CU91并联于光电耦合器U9输出端C1、E1之间。
所述I/O输出电路由锁存器U10、继电器K1、第101电阻RU101、第一～二二极管DU101～DU102组成，其中锁存器U10的输入端PWM1-PWM8与DSP数字信号处理器U1的输出端PWM1-PWM8连接；锁存器U10的输出端与继电器K1输入端正极相连；第101电阻RU101串联第一二极管DU101后，并联于继电器K1的正负输入端；第二二极管DU102并联于继电器K1的正负输入端；继电器K1输出端JKA、JKB接至外部。
所述电源转换电路由第一～三电源转换模块DC1～DC3、第31电阻RDC31、二极管DDC31组成，其中第一电源转换模块DC1输入端外接24V，其输出端接至数据总线驱动器U4、CAN总线驱动器U5、第三电源转换模块DC3的输入；第二电源转换模块DC2输入端外接24V，其输出端接至第一同相运算放大器REF1、第二同相运算放大器REF2、反相运算放大器OP1、差分运算放大器OP2、跟随运算放大器U8；第三电源转换模块DC3输入端接第一电源转换模块DC1输出端，其输出端接至DSP数字信号处理器U1、程序存储器U2、数据存储器U3、数据总线驱动器U4、差分输入转换器U11、锁存器U10。
本实施例所述DSP数字信号处理器U1采用TMS320LF2407A，程序存储器U2采用IS61LV6416，数据存储器U3采用X25043，数据总线驱动器U4采用4245，CAN总线驱动器U5采用TJA1040T，差分输入转换器U11采用AM26LV32，基准电源U6采用REF3012，DA数模转换器U7采用TLC5638，跟随运算放大器U8、第一同相运算放大器REF1、第二同相运算放大器REF2、反相运算放大器OP1、差分运算放大器OP2采用OP07，光电耦合器U9采用3H7，锁存器U10采用74LVC273，第一电源转换模块DC1采用24S05，第二电源转换模块DC2采用24D15，第三电源转换模块DC3采用LM1085。
本实用新型工作原理如下差分输入转换器将外部的差分码盘信号转换为数字信号提供给DSP数字信号处理器U1，AD模数输入电路将外部的模拟信号转换为数字信号提供给DSP数字信号处理器U1，I/O输入电路将外部的数字信号提供给DSP数字信号处理器U1。DSP数字信号处理器U1将输入信号通过CAN总线上传给中央计算机，计算机分析处理后通过CAN总线将命令下传到DSP数字信号处理器U1，DSP数字信号处理器U1根据命令调节DA数模输出电路输出电压的变化，调节I/O输出继电器的开关动作。
权利要求1.一种自动导引车位置控制装置，其特征在于基于CAN总路线和DSP数字信号处理器结构，由DSP数字信号处理器(U1)、程序存储器(U2)、数据存储器(U3)、数据总线驱动器(U4)、CAN总线驱动器(U5)、差分输入转换器(U11)、基准电压电路、DA数模输出电路、AD模数输入电路、I/O输入电路、I/O输出电路、电源转换电路组成，带有端口JTAG和上拉阻排的DSP数字信号处理器(U1)通过输入输出端与程序存储器(U2)、数据存储器(U3)、数据总线驱动器(U4)、差分输入转换器(U11)、基准电压电路、DA数模输出电路、AD模数输入电路、I/O输入电路、I/O输出电路中的锁存器(U10)连接；数据总线驱动器(U4)通过输入输出端与CAN总线驱动器(U5)相连，所述差分输入转换器(U11)输入端接至外部码盘信号的输入，所述基准电压电路提供2.5V、+10V基准电压给DSP数字信号处理器(U1)、DA数模输出电路；第一～三电源转换模块(DC1～DC3)提供+5V、+15V、3.3V电压给其它器件。
2.按权利要求1所述自动导引车位置控制装置，其特征在于所述基准电压电路包括基准电源(U6)、第一同相运算放大器(REF1)、第二同相运算放大器(REF2)，其中基准电源(U6)的输出端分别与第一同相运算放大器(REF1)、第二同相运算放大器(REF2)的同相输入端连接。
3.按权利要求1所述自动导引车位置控制装置，其特征在于所述DA数模输出电路包括DA数模转换器(U7)、反相运算放大器(OP1)、差分运算放大器(OP2)，其中DA数模转换器(U7)通过SPI总线的输入输出端与DSP数字信号处理器(U1)相连，其基准端与基准电压电路中第一同相运算放大器(REF1)的输出端连接，输出端经反相运算放大器(OP1)与差分运算放大器(OP2)相连；差分运算放大器(OP2)的输入端与基准电压电路中第二同相运算放大器(REF2)的输出端连接，并通过输出端REFIN+、REFIN-接至外部伺服驱动器控制信号的输出。
4.按权利要求1所述自动导引车位置控制装置，其特征在于所述AD模数输入电路以跟随运算放大器(U8)为核心，其输出端与DSP数字信号处理器(U1)输入端连接。
5.按权利要求1所述自动导引车位置控制装置，其特征在于所述I/O输入电路包括光电耦合器(U9)、第一二极管(DU91)，光电耦合器(U9)输出端与DSP数字信号处理器(U1)输入端连接，其输入端分别接外部IO信号低输入端DOWN或经第一二极管(DU91)、第一电阻(RU91)接至外部IO信号高输入端UP。
6.按权利要求1所述自动导引车位置控制装置，其特征在于所述I/O输出电路包括锁存器(U10)、继电器(K1)、第一～二二极管(DU101～DU102)，其中锁存器(U10)的输入端与DSP数字信号处理器(U1)的输出端连接，输出端与继电器(K1)输入端正极相连，第一～二二极管(DU101～DU102)并联于继电器(K1)的正负输入端，继电器(K1)输出端(JKA、JKB)接至外部。
7.按权利要求1所述自动导引车位置控制装置，其特征在于所述电源转换电路包括第一～三电源转换模块(DC1～DC3)、二极管(DDC31)，其中第一电源转换模块(DC1)输入端外接24V，其输出端接至数据总线驱动器(U4)、CAN总线驱动器(U5)、第三电源转换模块(DC3)的输入；第二电源转换模块(DC2)输入端外接24V，其输出端接至第一同相运算放大器(REF1)、第二同相运算放大器(REF2)、反相运算放大器(OP1)、差分运算放大器(OP2)、跟随运算放大器(U8)；第三电源转换模块(DC3)输入端接第一电源转换模块(DC1)输出端，其输出端接至DSP数字信号处理器(U1)、程序存储器(U2)、数据存储器(U3)、数据总线驱动器(U4)、差分输入转换器(U11)、锁存器(U10)。
专利摘要本实用新型公开一种自动导引车位置控制装置，基于CAN总路线和DSP数字信号处理器结构，其中DSP数字信号处理器通过输入输出端与程序存储器、数据存储器、数据总线驱动器、差分输入转换器、基准电压电路、DA数模输出电路、AD模数输入电路、I/O输入电路、I/O输出电路中的锁存器连接；数据总线驱动器通过输入输出端与CAN总线驱动器相连，所述差分输入转换器输入端接至外部码盘信号的输入，所述基准电压电路提供基准电压给DSP数字信号处理器、DA数模输出电路；电源转换电路提供电压给其它器件。它通讯可靠、控制精确、处理及时、自主应对故障的位置，使新型位置控制装置布线简单，易于扩展，抗干扰能力强。
文档编号G05D1/12GK2861969SQ20052009377
公开日2007年1月24日 申请日期2005年11月23日 优先权日2005年11月23日
发明者曹智荀, 王宏玉, 卞瑰石 申请人:沈阳新松机器人自动化股份有限公司