技术领域
[0001] 本
发明涉及通信控制技术领域，更具体地涉及一种激光跟踪仪的通信控制电路，该电路主要用于激光跟踪仪的跟踪
位置闭环控制及与伺服驱动单元和上位机的通信，也可用于其它精密机电通信控制系统。
背景技术
[0002] 激光跟踪仪具有测量范围大、
精度高、动态性能好、实时现场测量等特点，在航空航天、轨道交通、
船舶制造等高端智能制造业得到了广泛应用。它不仅可对空间静态目标进行高精度三维测量，而且还可对运动目标进行跟踪测量。
[0003] 通信控制电路作为激光跟踪仪精密伺服系统的核心单元之一，其主要功能是完成精密跟踪位置闭环控制、电源模
块开关及逻辑控制、PMW
脉宽调制、CanOPEN通信及DA输出，与上位机TCP/IP通信以及与
数据采集单元的并行通信。通信控制电路设计既要考虑针对跟踪仪的专用性，又要兼顾针对电路一般调试、通信的通用性，其设计的好坏直接影响跟踪控制性能、通信可靠性以及调试效率。
[0004] 激光跟踪仪的精密伺服系统是强实时控制系统，控制策略及
算法较复杂、控制
频率高、数据通信量大，通信控制电路依赖单一的数字
信号处理器(DSP)模块无法实现双
电机的
电流、速度、位置三闭环一体化控制与实时通信。为减轻运算负担，同时考虑到电路单元的
稳定性、灵活性和功能完备性，通常将控制闭环中体现和决定控制精度的最外层闭环与通信功能合并作为独立模块进行研发。但是目前，国内自主研发的激光跟踪仪中伺服控制电路仍具有以下不足：(1)没有CANopen、TCP/IP、并行通信与DA的一体化通信控制功能；(2)受
硬件和控制算法影响控制频率较低；(3)没有对伺服系统电源模块的顺序启停或逻辑控制功能；(4)电路可测试性设计欠缺，调试及故障排查不便；(5)通用性扩展功能不足。
发明内容
[0005] 有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种激光跟踪仪的通信控制电路，以增强通信控制功能和/或改善电路扩展性。
[0006] 为了实现上述目的，本发明提供了一种激光跟踪仪的通信控制电路，包括
数字信号处理器、AD采集模块、霍尔信号采集模块、通信模块、信号驱动模块，其特征在于，所述通信控制电路的数字
信号处理器控制部分仅承担算法中最外层位置闭环控制，速度与电流闭环控制在经由所述通信模块在外部伺服驱动中实现。
[0007] 其中，所述通信控制电路通过XINTF读取同步数据采集与通信单元寄存器内的数据，通过CANopen总线获取
伺服电机相关信息，并通过TCP/IP上传到上位机。
[0008] 其中，所述通信控制电路还包括可测试性模块，所述可测试性模块预留了电源、时钟、控制、
输入信号的测试点，预留了状态指示灯监视电路子模块和整体运行状态，预留了逻辑分析仪测试模块同步监测数据、地址和控制时序信号。
[0009] 其中，所述通信控制电路还包括光
电隔离模块，用于实现对跟踪仪伺服单元电源模块和其他分系统电源模块的时序控制，控制时序在电路的
软件程序中预先设定，程序启动或关闭后自动执行，同时支持上位机直接进行操作控制。
[0010] 其中，所述通信控制电路划分为XINTF并行通信、TCP/IP通信模块、IO及状态指示、eCan通信、DA输出控制、电源时序控
制模块，各模块相对独立，并预留进行统一状态指示的信号。
[0011] 其中，所述通信控制电路具备较强的扩展功能，预留了PWM调制、
编码器数据捕获、AD采集、霍尔信号采集、RS232通信模块。
[0012] 其中，所述通信控制电路对于实时性要求不高的伺服单元时直接作为电流、速度、位置三闭环一体化控制与通信单元。
[0013] 由此可见，本发明与以往的单纯通信或控制系统相比，具有完备的一体化的功能，其中控制部分仅承担算法中最外层位置闭环控制，分解后运算量和实时性有所降低，为采用
先进控制算法和提高控制频率奠定了硬件
基础；通信形式丰富，既支持多路并行通信，也支持RS232等串口通信和TCP/IP、CANopen网络通信；设计了16位的DA模块，可以同时控制6路
驱动器驱动电机；采用模块化设计，电路按功能进行模块划分，降低彼此间的影响；引入可测试性设计，以加强各模块与整体的运行状态监视，提高调试及故障排查效率；针对跟踪仪电控系统电源系统复杂的特点，设计了电源逻辑
控制模块，自动实现电源模块的开关控制；考虑到DSP的资源较为丰富，为兼顾通用性，预留了多个
接口和扩展功能，对于实时性要求不高的伺服系统，可以直接作为电流、速度、位置三闭环一体化控制与通信单元使用。
附图说明
[0014] 图1是本发明的激光跟踪仪驱动控制电路的原理图；
[0015] 图2是本发明的DSP引脚配置及JTAG接口设计示意图；
[0016] 图3是本发明的中断处理同步
时钟信号示意图；
[0017] 图4是本发明的与同步数据采集与通信电路的并行数据读写电路设计示意图；
[0018] 图5是本发明的AD采集电路设计示意图；
[0019] 图6是本发明采用光电隔离模块的电源时序控制电路示意图；
[0020] 图7是本发明的主要可测试性接口的配置示意图；
[0021] 图8是本发明的与上位机的网络
通信接口原理图；
[0022] 图9是本发明的与上位机的串口通信电路的结构示意图；
[0023] 图10是本发明的
角度捕获电路原理图；
[0024] 图11是本发明的双eCAN通信接口电路原理图；
[0025] 图12是本发明的DA输出控制接口原理图；
[0026] 图13是本发明的与上位机的网络通信接口原理图。
具体实施方式
[0027] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体
实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0028] 本发明的通信控制电路包括：
数字信号处理器(DSP)以及AD采集模块、网络模块、信号驱动模块、可测试性模块等外围辅助模块。本发明的通信控制电路包括以下设计要点：
[0029] (1)通信控制电路通过XINTF读取同步数据采集与通信单元寄存器内的数据，通过CANopen总线获取伺服电机相关信息，并通过TCP/IP上传到上位机。同时，接收上位机的指令、参数更新信息并发送到同步数据采集与通信单元及其他单元。通信控制单元由实时获取的角度、脱靶量信息结合相关控制策略进行数据运算并将结果通过DA模块发送到伺服驱动单元。通信控制单元由外部信号触发一个通信控制过程。
[0030] (2)通信控制电路专
门设计了可测试性模块，预留了电源、时钟、控制、输入信号的测试点，预留了状态指示灯监视电路子模块和整体运行状态，预留了逻辑分析仪测试模块同步监测数据、地址和控制时序信号。
[0031] (3)通信控制电路专门设计光电隔离模块，实现对跟踪仪伺服单元电源模块和其他分系统电源模块的时序控制。控制时序在电路的软件程序中预先设定，程序启动或关闭后自动执行，同时支持上位机直接进行操作控制。
[0032] (4)通信控制电路划分为XINTF并行通信、TCP/IP通信模块、IO及状态指示、eCan通信、DA输出控制、电源时序控制等模块，各模块相对独立，并预留进行统一状态指示的信号。
[0033] (5)通信控制电路具备较强的扩展功能，预留PWM调制、编码器数据捕获、AD采集、霍尔信号采集、RS232通信模块，对于实时性要求不高的伺服单元，可以直接作为电流、速度、位置三闭环一体化控制与通信单元。
[0034] 下面结合
说明书附图对本发明一个优选实施例进行进一步的阐述说明。
[0035] 本发明的通信控制电路，主要由DSP和网络芯片、驱动芯片、DA模块等配套的外围器件共同组成，其结构方案和信号流向
框图如图1所示。
[0036] 如图2、3所示，本发明的电路由DSP自主完成芯片及电路的初始化配置工作，通信控制中断处理过程由同步数据采集与通信
电路板差分
同步信号触发启动。本发明的DSP例如采用TMS320F28335作为主芯片，其各引脚连线如图2所示。
[0037] 如图4所示，本发明的电路由DSP外部接口XINTF将数据采集电路板的寄存器映射到ZONE0，通过总线收发驱动器SN74LVC164245直接对寄存器进行读写，实现并行通信。
[0038] 如图5所示，本发明的电路由DSP的外部接口XINTF将ADS8556映射到ZONE7，通过CONVST信号触发6路信号同步
采样，通过RD信号启动对6通道数据的顺序读取。
[0039] 如图6所示，本发明的电路通过DSP的GPIO和光电隔离模块实现了对激光跟踪仪启动和关闭阶段编码器、驱动器、电机、飞秒测距
数据处理单元、
相位测距、PSD探测、限位等电源模块的有序控制。
[0040] 本发明的电路采用可测试性设计，预留了5V、3.3V、1.8V测试点和指示灯，预留了逻辑分析仪测试接口，预留了IO口和指示灯等监视中断、数据采集、TCP/IP通信、CANopen通信工作状态。如图7所示，为本发明的主要可测试性接口的配置示意图。
[0041] 如图8所示，本发明的电路由DSP外部接口XINTF将W5300的数据缓冲区映射到ZONE6，实现了与上位机的TCP/IP通信。如图9所示，本发明的电路通过串口驱动芯片MAX3232CSE实现了与上位机的RS232通信。其中，对于数据读写，利用DSP的
并行总线外设接口XINTF实现与同步数据采集板的通信，直接读写映射到数据采集板寄存器内的数据和命令。对于数据上传与指令接收，则利用DSP的外扩TCP/IP协议芯片，实现与上位机的网络通信。
[0042] 如图10所示，本发明的电路由DSP的片内外设捕获单元实现了对编码器信号的检测和角度数据
锁存，由于编码器通常为5V或
差分信号，通过74HC245实现了电平转换。
[0043] 如图11所示，本发明的电路通过DSP的片内外设eCAN单元与总线收发器SN65HVD232实现了与驱动控制电路的通信。
[0044] 如图12所示，本发明的电路由DSP的外部接口XINTF将DAC7744映射到ZONE7。DSP通过位置控制闭环的运算，得到电机转速对应的
数字量，通过
模数转换传递到驱动控制电路或伺服驱动器，DA7744可以实现对多达6路驱动器的同步控制。
[0045] 如图13所示，本发明的电路由DSP的片内外设PWM模块和负载驱动芯片SN74ALVC164245实现了对电平为5V的PWM
波形输出控制。
[0046] 通过实际试用，本发明的通信控制电路具有以下特点和有益效果：
[0047] 1、实现了对TCP/IP、CANopen、并行通信与DA的一体化通信控制功能。提高了伺服电机的位置闭环控制性能与通信灵活性。其中，对于数据读写，利用DSP的并行总线外设接口XINTF实现与同步数据采集板的通信，直接读写映射到数据采集板寄存器内的数据和命令。对于数据上传与指令接收，则利用DSP的外扩TCP/IP协议芯片，实现与上位机的网络通信。此外，通过DA输出速度信号，通过CANopen获取电机的电流、
扭矩和安全保护信息。
[0048] 2、突破了采用先进控制算法和提高控制频率的硬件制约。激光跟踪仪的跟踪控
制动态性能要求极高，因而需要采用滤波和预测算法以及前馈控制策略。本发明的单元电路板仅实现位置闭环，速度与电流闭环在驱动电路中实现，以提高速度命令的更新频率。
[0049] 3、进行电路板的可测试性设计，提高调试及故障排查效率。本发明的电路预留了电源、IO、状态指示测试点，预留逻辑分析仪测试接口，以方便故障排查和软件调试。
[0050] 4、实现了对跟踪仪电控系统伺服单元供电(先编码器、再驱动、后电机)和跟踪仪其他分系统，如
激光器、PSD、飞秒测距、相位测距等电源模块上电的有序控制。
[0051] 5、电路进行了模块化设计。当一个模块出现问题时，尽量降低其对其他模块的影响，以增强各模块的独立性。
[0052] 6、增强了系统的通用性功能。预留了PWM调制功能、角度数据捕获、串口、IO接口等备用。
[0053] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
