[发明专利]一种伺服电机控制系统的实时监测信号转换装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种伺服电机控制系统的实时监测信号转换装置及其方法。

背景技术

在构建伺服电机控制系统或进行伺服电机控制系统现场调试时，工程技术人员往往需要获取电机的目标转速、反馈转速、转速误差、转子位置、电机绕组即时电流以及逆变器的直流电压等实时参数，这些参数的实时性要求通常在微秒级。为了满足实时性要求，数字信号控制器需采用高速总线接口与计算机进行通信。同时，为了方便操作人员对这些参数进行观察，需采用相应的应用软件读取高速总线上的数据，并在用户界面上显示这些参数的实时值或实时曲线。

目前的实时监测信号转换装置多采用UART接口完成数字信号控制器与计算机之间的通信，数字信号控制器片内集成UART接口可以直接与计算机的RS232总线接口通信。RS232总线协议简单，但通信速率最高仅230.4Kbps，难以满足较高的实时性要求，且易受干扰、可靠性不高，通信时数据的打包与解包过程也相对繁琐，故伺服电机实时监测系统不适于采用这种通信方式。

USB全称Universal Serial Bus(通用串行总线)，是一种新型的计算机总线接口，在2000年发布的USB2.0规范中最高传输速度已经达到了480Mbps(即60MB/s)，目前在消费电子产品以及智能测控领域得到了广泛应用，USB总线技术使得计算机和外部设备的连接十分方便。然而，现今的数字信号控制器内却没有集成USB总线接口，限制了其在伺服电机实时监控领域的应用。

现今主流的数字信号控制器如Mircochip公司的dsPIC30F系列和Texas Instruments公司的TMS320C2000系列，其片内集成的通信速率相对较高的接口通常是SPI总线接口，SPI总线接口通信速率最高可达30Mb/s，可基本满足伺服电机监测系统的实时性要求，但是由于计算机上没有SPI总线接口，数字信号处理器无法与计算机直接通信，增加了采用此种通信方式的伺服电机实时监测系统的设计难度。

发明内容

为了克服现有技术由于数字信号控制器与计算机的通信速率有限与可靠性低等不足，本发明提供一种伺服电机控制系统的实时监测信号转换装置，可显著提高数字信号控制器与计算机的通信速率与可靠性，操作方便，适应性强，工作可靠，且成本较低。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括供电电路、隔离电路(采用高速光电耦合器隔离)、复杂可编程逻辑器件、USB设备控制器和电可擦除存储器。该转换装置采用USB总线电源供电而无需单独提供电源。供电电路将USB总线提供的5V电压变换成3.3V电压，一方面为高速光电耦合器隔离电路的副边与复杂可编程逻辑器件提供电源，另一方面为USB设备控制器提供电源。高速光电耦合器隔离电路对SPI总线的时钟信号、数据信号、SPI从设备选择信号进行数字隔离，复杂可编程逻辑器件接收经高速光电耦合器隔离后的数据信号(数据位)，并由下载至复杂可编程逻辑器件内部的程序将每16个数据位(bit)组合成一个数据字(Word)然后将其发送至USB设备控制器内的数据缓冲区内。USB设备控制器电路将数据缓冲区内的数据通过USB2.0总线发送至计算机；电可擦除存储器电路在整个转换装置上电时将存储在电可擦除存储器内的USB设备控制器固件代码下载至USB设备控制器内以使其完成初始化及配置。

本发明还提供上述装置实现的伺服电机控制系统的实时监测信号转换方法，包括以下步骤：

1)数字信号控制器内的SPI接口为主设备发送模式；通信的数据字长为16位(bit)或8位(bit)；采用中断或定时的方式实现数据的发送。

2)在数字信号控制器与复杂可编程逻辑器件之间设置隔离装置，将数字信号控制器SPI接口发出的数据信号、时钟信号和从设备选择信号进行隔离。

3)检测数字信号控制器SPI接口的时钟信号与从设备选择信号，并在SPI接口时钟的上升沿(当数字信号控制器SPI接口为下降沿发送数据时)或下降沿(当数字信号控制器SPI接口为上升沿发送数据时)到来，且从设备选择信号有效时接收数据，完成串入并出转换。

4)在USB设备控制器内开辟数据缓冲区接收复杂可编程逻辑器件并行发送的数据，当缓冲区已满时，采用USB2.0总线接口将缓冲区内容发送至计算机。

5)计算机读取USB总线上的数据，并完成接收数据的实时显示或根据接收到的数据绘制实时曲线。

6)计算机保存数据并生成*.tdms文件，方便用户对历史数据进行查询。