[發明專利]一種基于ARM的嵌入式結構的實時控制器

在審

• 申請號: 201711036708.2
• 申請日: 2017-10-30
• 公開（公告）號: CN107608279A
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 張寒冰
• 申請（專利權）人: 北京無線電測量研究所
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司11212
• 代理人: 楊立

技術領域

本發明屬于嵌入式控制器領域，尤其涉及一種基于ARM的嵌入式結構的實時控制器。

背景技術

運動控制技術是推動新的技術革命和新的產業革命的關鍵技術。運動控制技術能夠快速發展有兩大主因：其一是得益于計算機、高速數字處理器、自動控制、網絡技術的發展；其二是有龐大的市場需求。近年來，隨著運動控制技術的不斷進步和完善，運動控制器作為一個獨立的工業自動化控制類產品，已經被越來越多的產業領域接受，并且它已經達到一個引人矚目的市場規模。目前，運動控制器從結構上主要分為如下3大類：基于計算機標準總線的運動控制器、Soft型開放式運動控制器、嵌入式結構的運動控制器。

基于嵌入式結構運動控制器可以說是現在發展的新潮流。ARM具有強大的運算功能，在伺服控制中得到了越來越廣泛的應用。基于ARM的運動控制器，可以實現復雜的控制算法，并能保證系統的轉臺性，集成度高，同時還可以提高設計效率。但是目前存在的問題是各種嵌入式運動控制器的專用性比較強，很難說有一款通用的控制器，對于轉臺控制器現在多數都是用工控機實現的，其主要的缺點就是體積大，占用的空間大，成本也比較高，但是基于嵌入式的控制器卻做的比較少，還處于不成熟狀態。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：現有的轉臺控制器現在多數都是用工控機實現的，其主要的缺點就是體積大，占用的空間大，成本也比較高，而且基于嵌入式的控制器卻還處于不成熟狀態。

為解決上面的技術問題，本發明提供了一種基于ARM的嵌入式結構的實時控制器，該實時控制器包括：現場可編程門陣列模塊FGPA、編碼器信號處理模塊、微控制器STM32、信號處理模塊、FSMC接口；

所述編碼器信號處理模塊，用于將編碼器輸出的差分信號轉換為單端信號，并將所述單端信號輸送給所述FGPA；

所述FGPA，用于對所述單端信號進行處理，并將處理后的所述單端信號通過所述FSMC接口輸出至所述信號處理模塊；

所述信號處理模塊，用于將處理后的所述單端信號輸出至外部設備，并接收所述外部設備的輸入信號，并將所述輸入信號通過所述FSMC接口傳輸至所述FGPA或者所述微控制器STM32；

所述FGPA和所述微控制器STM32之間通過所述FSMC接口連接，用于進行相互之間的數據交換。

本發明的有益效果：通過上述的實時控制器，該微控制器STM32與FPGA之間通過并口FSMC連接，實現二者之間的通訊，另外在微控制器STM32內部完成閉環控制算法，控制量通過FPGA傳遞給DA模塊，最終將控制量傳遞給驅動器，同時驅動器將電機的運動狀態通過FPGA反饋給微控制器STM32，最終完成閉環控制，這樣使得實時控制器的結構更簡單、使用成本更低、通用性更強，且控制算法利用STM32的32位定時器來完成，定時精度高，可以準確實現控制周期。

進一步地，所述微控制器STM32還通過RJ45接口連接樹莓派，以接收所述樹莓派輸入的控制指令或者控制信號，其中所述RJ45接口是內置在所述實時控制器內部的。

上述進一步地有益效果：非實時控制采用樹莓派，既可以在開發的初級階段采用鼠標鍵盤方便調試，又可以在在方案成型后采用觸摸的方式與外部交互信息，減小系統的體積。

進一步地，所述微控制器STM32還通過所述FSMC接口與LCD液晶顯示器連接，用于將接收的所述控制指令顯示在所述LCD液晶顯示器上。

上述進一步地有益效果：采用LCD液晶顯示模塊，接在STM32的FSMC接口上，保證調試的方便以及數據的實時顯示。

進一步地，所述FGPA通過DS26LS32芯片或者DS26LS31芯片與所述編碼器信號處理模塊連接。

進一步地，所述信號處理模塊包括：D/A模塊和I/O模塊；所述D/A模塊和所述I/O模塊分別通過所述FSMC接口與所述FGPA或所述微控制器STM32連接。

上述進一步地有益效果：利用FPGA優越的數字邏輯處理能力，實現對編碼器信號的采集；并且IO模快和DA模塊也連接在FPGA上，STM32通過FSMC的地址線和數據線對FPGA內的模塊實現數據的讀寫。

進一步地，所述微控制器STM32還通過所述FSMC接口與外部SRAM連接。

上述進一步地有益效果：實現對數據的實時的保存，利用STM32的FSMC接口擴展了一塊外部SRAM芯片IS62WV51216，可以存儲1M字節的數據，在程序運行的同時，可以將數據保存在外部SRAM上，然后在需要數據的時候一次性將數據返回。