[发明专利]多轴运动控制系统开发平台

说明书

技术领域

本发明涉及运动控制系统开发平台，特别涉及一种多轴运动控制系统开发平台，用于高校教学和产品开发。

背景技术

目前，市场上的运动控制系统开发平台多采用嵌入式计算机或DSP核心，虽然功能强大、性能优异，但成本较高，多数低成本产品无法使用，高校教学等需求也无法大面积普及。

而以单片机为主的低成本芯片却普遍并不为运动控制等高端应用所接受，只用来从事一些逻辑控制。然而，对于复杂的系统，如航天飞机，仍然用单片机系统进行相关开发工作，以保证稳定性，并使其发挥出最大效能，说明低成本芯片仍然能在复杂的系统中应用。因此，应用低成本芯片开发用于高校教学、低端产品开发领域的运动控制系统开发平台不仅成本底，而且能够足用户的需要。而目前尚无此类产品在市场上出现，文献中也未见相关报道。

发明内容

本发明的目的就是为克服现有技术的不足，提供一种低成本多轴运动控制系统开发平台，利用单片机构成主控模块，通过主控模块控制其它电路模块，设计制作多轴运动控制系统，系统设有和控制面板、反馈信号、计算机、限位开关、光电开关、编码器及电机驱动器的接口，充分利用现有设备实现多轴运动控制功能，以求大幅度降低开发平台成本，适用高校教学、低端产品开发需求。 

本发明是通过这样的技术方案实现的：一种多轴运动控制系统开发平台，其特征在于：开发平台电路包括主控模块、核心算法模块、反馈采集模块、专用数字IO模块、通用数字IO模块、通讯模块、电机控制信号输出模块、电源处理模块；

     所述电源处理模块与主控模块连接，主控模块分别与通用数字IO模块、通讯模块、核心算法模块连接，核心算法模块与专用数字IO模块连接，核心算法模块与电机控制信号输出模块连接，反馈采集模块与核心算法模块连接；通用数字IO模块通过IO接口分别与控制面板、手轮、显示器连接，反馈采集模块通过增量型编码器光栅接口与增量编码器连接，电机控制信号输出模块通过电机驱动器接口与电机驱动器连接；

所述主控模块由ATmega128单片机构成，用于完成综合控制、逻辑控制、通讯功能；

所述核心算法模块由一块ATmega128单片机构成，主要用于对反馈信息、专用IO信息进行采集和运算；

所述反馈采集模块由高速光电隔离芯片及差分电路构成，再由差分电路对隔离后的信息进行差分，然后送入主控模块，减少反馈信息所受到的环境干扰；

所述通用数字IO模块采用74HC595芯片，74HC595芯片通过TLP521-4光电隔离芯片与构成主控模块的ATmega128单片机连接，实现I/O拓展，增加I/O数量；采用TLP521-4光电隔离芯片采集信息，从而保护主控模块的稳定工作；

所述专用数字I/O模块由MCU（ATmega128）、编码器、行程限制元件、回零标志电路、放大器使能电路、比较相等输出电路、方向输出电路、电机驱动器和放大器出错电路连接组成；

行程限制元件用于电机的限位、回零标志电路用于触发电机，令其转动到零点、放大器出错电路用于采集电机驱动器工作电压，当电机电流过大，触发放大器出错电路向系统传送出错信号，主控模块发出指令使电机停止转动；

放大器使能电路输入端与 ATmega128 的一个I/O端口连接，当ATmega128 的I/O端口电平有效时，触发则放大器电路使能；

比较相等输出电路分别与 ATmega128 的一个I/O端口、放大器使能电路输出端、方向输出电路连接，对从放大器出错电路采集的电平与系统设定电平进行比较，如采集的电平与系统设定电平相等，则触发此功能；

方向输出电路由比较相等输出电路控制，其输出端连接电机驱动器，电机的运动方向由ATmega128 的两个I/O端口与比较相等输出的电路的输出电平进行逻辑运算，如比较相等输出电路的输出电平为低电平时，则方向输出电路不工作，如比较相等输出电路的输出电平为高电平，则电机具体的输出方向由ATmega128的两个I/O端口控制；

放大器出错电路包括AD电压采集芯片，AD电压采集芯片采集电机驱动器的工作电压，对电机驱动器的工作电压进行监控，如果电机驱动器工作电压异常，则放大器出错电路输出低电平，如电机驱动器工作电压正常，则放大器出错电路输出高电平；

专用数字I/O模块的I/O信息优先级最高，如正向行程限制I/O被触发时，系统优先处理此信息，使电机停止运动，即使上位机再次下达正向运动指令，此电路部分仍旧不予处理，当上位机下达负向运动指令时，此电路部分将解除锁定予以处理；