[發明專利]基于DSP的橋式吊車自動控制系統硬件平臺

有效

• 申請號: 201610016151.5
• 申請日: 2016-01-12
• 公開（公告）號: CN105676728B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 方勇純;劉海亮;何博;張一淳;許鵬
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司12002
• 代理人: 侯力

1.一種基于DSP的橋式吊車自動控制系統硬件平臺，其特征在于，包括DSP控制模塊、信號發生模塊、兩塊信號隔離模塊、繼電器模塊、傳感器模塊以及無線通信模塊和電源模塊；所述傳感器模塊包括兩個點激光、一個慣性測量單元(inertial measurement unit,IMU)和三路編碼器；DSP控制模塊通過第一信號隔離模塊1連接繼電器模塊，第一信號隔離模塊1同時和傳感器模塊中的編碼器連接，DSP控制模塊同時通過無線通信模塊連接上位機和傳感器模塊中的IMU，并與傳感器模塊中的點激光和第二信號隔離模塊2直接相連，第二信號隔離模塊2同時與信號發生模塊連接；

兩個點激光中，測量大車位置的點激光稱為大車點激光，測量小車位置的點激光稱為小車點激光，兩個點激光都安裝在橋式吊車大車的一端，并搭配反光板，其中大車點激光的反光板固定在廠房一側的圍墻上，小車點激光的反光板固定在小車一側，在大車、小車所在平面建立坐標系，以大車點激光打到反光板的位置為零點，把大車運行軌跡所在直線稱為X軸，小車運行軌跡所在直線稱為Y軸，大車、小車都在第一象限運行且不會超過這個范圍，因此大車點激光到圍墻上反光板的距離為吊車X軸坐標，即大車的位置，小車點激光到小車上反光板的距離為吊車Y軸坐標，即小車的位置；IMU安裝在吊鉤上，它能夠測量吊繩的擺角信息；三路編碼器分別安裝在小車、大車和升降三個電機上，它們能夠測量三個電機的轉速信息；

所述電源模塊包括內電源和外電源兩塊直流開關電源，每塊電源均有5V、12V和24V三個端子，輸入電壓為220V，額定功率為120W；內電源用于給DSP控制模塊、信號發生模塊、兩塊信號隔離模塊、兩個點激光和無線通信模塊供電，外電源用于給繼電器模塊和兩塊信號隔離模塊供電；

由所述DSP控制模塊、信號發生模塊、兩塊信號隔離模塊和繼電器模塊組成控制電路，在控制電路中，由所述內電源供電的部分稱為控制電路內電路，由所述外電源供電的部分稱為控制電路外電路，這兩部分電路的內部信號分別共地并與彼此電源地分開，在所述兩塊信號隔離模塊內部使用光耦將兩部分電源地分開；

所述DSP控制模塊的主控芯片為DSP28335，輔助芯片為Cyclone II型號的FPGA，由內電源12V端進行供電，外部接口包括DSP28335自帶的7路脈沖寬度調制(pulse width modulation,PWM)波接口、3路串口和2路控制器局域網(controller area network,CAN)接口，DSP程序包括實現與上位機交互的通信協議程序，處理傳感器模塊數據的程序和實現控制算法的程序，FPGA程序能夠處理最多7路編碼器信號，7路限位信號，并能產生最多7路電機正反轉信號，DSP與FPGA之間采用總線時鐘方式連接；

所述信號發生模塊的主控芯片為DSP2812，由內電源5V端進行供電，用于產生需要的固定頻率的PWM控制信號；

所述兩塊信號隔離模塊，第一信號隔離模塊1由內電源5V端和外電源12V端進行供電，第二信號隔離模塊2由內電源5V端和外電源24V端進行供電；兩塊信號隔離模塊分別用于對需要的PWM控制信號、電機正反轉信號和限位信號進行差分濾波和光耦隔離，并能增強PWM信號、電機正反轉信號的驅動能力；

所述繼電器模塊分別由外電源5V端和24V端進行供電，5V端為控制信號輸入端，24V端為控制信號輸出端，DSP控制模塊產生的電機正反轉信號經過第一信號隔離模塊1后輸入繼電器模塊，用于控制24V端的常開常閉端子的接通和斷開，進而通過外電源24V電壓信號控制電機正反轉；

所述無線通信模塊為低頻無線模塊，接口是RS232，所述傳感器IMU能夠通過無線通信模塊將測量信息發送給所述DSP控制模塊，并且所述DSP控制模塊能夠利用無線通信模塊實現與上位機的實時交互，能夠接收上位機的控制命令并應答，并且將吊車的狀態信息實時反饋給上位機；

所述DSP控制模塊產生的PWM控制信號通過所述第一信號隔離模塊1后控制電機轉速，所述DSP控制模塊產生的電機正反轉信號通過所述第一信號隔離模塊1和繼電器模塊后控制電機正反轉，所述DSP控制模塊通過所述兩塊信號隔離模塊采集需要的限位信號和編碼器信號，經過DSP控制模塊外圍電路和FPGA程序的處理后存儲到相應的DSP寄存器中。

2.根據權利要求1所述的基于DSP的橋式吊車自動控制系統硬件平臺，其特征在于所述硬件平臺采用的控制信號是PWM波，能夠應用在所有使用變頻器的吊車系統中，并能使用不同的控制程序實現不同的控制效果。