基于dsp的超聲波電機(jī)運(yùn)行參數(shù)測(cè)定系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種兩相超聲波電機(jī)，具體是涉及基于DSP的超聲波電機(jī)運(yùn)行參數(shù)測(cè)定系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲波電機(jī)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行原理不同于傳統(tǒng)的電磁電機(jī)，它是利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生超聲波振動(dòng)，從而把電能轉(zhuǎn)換為彈性體的超聲波振動(dòng)，并通過(guò)摩擦傳動(dòng)的方式轉(zhuǎn)換成運(yùn)動(dòng)體的回轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動(dòng)。由于包含壓電能量轉(zhuǎn)換、摩擦能量傳遞等過(guò)程，超聲波電機(jī)非線性及內(nèi)部多變量耦合較為嚴(yán)重，因此，存在諧振頻率點(diǎn)漂移、溫度補(bǔ)償?shù)葐?wèn)題。研宄合適的檢測(cè)電路和測(cè)定方案，實(shí)時(shí)、精確地獲取超聲波電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，以便更好地采用PID、自適應(yīng)、滑模變結(jié)構(gòu)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模型參考、逆模型、H~等控制策略，從而提高超聲波電機(jī)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性與轉(zhuǎn)角的跟蹤性能、以及系統(tǒng)的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的是提供一種可實(shí)時(shí)、精確地獲取電機(jī)運(yùn)行中的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角及表面溫度、運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)保存且掉電不丟失、人機(jī)界面友好、便于數(shù)字化方案實(shí)現(xiàn)的基于DSP的超聲波電機(jī)運(yùn)行參數(shù)測(cè)定系統(tǒng)。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:基于DSP的超聲波電機(jī)運(yùn)行參數(shù)測(cè)定系統(tǒng)。它包括:上位機(jī)PC、超聲波電機(jī)、直流開(kāi)關(guān)電源、溫度傳感器XTR105、電流環(huán)接收器RCV420、繼電器保護(hù)電路、比例運(yùn)算放大電路、增量式光電編碼器、SD卡、散熱器、報(bào)警器、串口驅(qū)動(dòng)電路、光電耦合電路、高速微處理器DSP。
[0005]所述高速微處理器DSP選用的是TI公司的32bit浮點(diǎn)型DSP芯片TMS320F28335，包括具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的A/D轉(zhuǎn)換器以及輸出端口、通用I/O接口(GP1)、定時(shí)器、看門狗、正交解碼單元、PWM模塊、通信用的CAN總線、RS232接口，異步串行總線SCI及同步串行總線SPI等。處理器運(yùn)行主頻為150MHz，具有強(qiáng)大的運(yùn)算能力，能夠?qū)崟r(shí)地完成復(fù)雜的控制算法，為系統(tǒng)可靠運(yùn)行提供保證。其中，內(nèi)置正交解碼單元配合增量式光電編碼器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)運(yùn)行速度和轉(zhuǎn)角的獲取。另外，12位精度的A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，為系統(tǒng)精確地獲取超聲波電機(jī)的表面溫度提供了保證；
[0006]所述直流開(kāi)關(guān)電源可以提供12VDC、-12VDC、5VDC、3.3VDC四種電壓。其中，±12VDC為電流環(huán)接收器RCV420提供直流穩(wěn)壓電源，5VDC為增量式光電編碼器以及串口驅(qū)動(dòng)電路提供直流穩(wěn)壓電源，3.3VDC為高速微處理器DSP以及光電耦合電路提供直流穩(wěn)壓電源；
[0007]所述溫度傳感器XTR105，用來(lái)采集電機(jī)表面的溫度，首先轉(zhuǎn)化成4?20mA的電流信號(hào);
[0008]所述電流環(huán)接收器RCV420，用來(lái)將溫度傳感器XTR105輸出的4?20mA電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為O?5V的電壓信號(hào)；
[0009]所述5V轉(zhuǎn)3.3V光電耦合電路，實(shí)現(xiàn)了電平間的轉(zhuǎn)換，使得增量式光電編碼器輸出的信號(hào)能夠被DSP的正交解碼單元所接收。與此同時(shí)，也大大降低了前后級(jí)間的干擾；
[0010]所述串口驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)DSP與PC機(jī)間進(jìn)行信號(hào)的有效傳遞；
[0011]所述高速微處理器DSP的串行通訊RS232接口經(jīng)串口驅(qū)動(dòng)電路與PC機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行指令的輸入和運(yùn)行狀態(tài)的輸出。高速微處理器可以通過(guò)串行通RS232接口將電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角、電機(jī)的表面溫度傳輸至PC機(jī)。同樣PC機(jī)也可以通過(guò)串口驅(qū)動(dòng)、串行通訊RS232接口向高速微處理器輸入電機(jī)運(yùn)行指令，以控制電機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài)；
[0012]所述上位機(jī)PC，它用來(lái)顯示電機(jī)的運(yùn)行信息，通過(guò)基于Visual Basic設(shè)計(jì)的上位機(jī)界面可實(shí)時(shí)觀察電機(jī)的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角、電機(jī)表面溫度及溫度曲線；
[0013]所述存儲(chǔ)器SD卡用來(lái)記錄超聲波電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的信息，包括電機(jī)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角、電機(jī)表面溫度等，目的是:當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，調(diào)取數(shù)據(jù)進(jìn)行故障分析。
[0014]本實(shí)用新型以兩相超聲波電機(jī)為控制對(duì)象，利用Visual Basic(VB)軟件開(kāi)發(fā)出可視化的操作界面。通過(guò)此界面設(shè)置超聲波電機(jī)的相關(guān)參數(shù)(正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角、電機(jī)表面溫度的上限值)。設(shè)置完畢后，啟動(dòng)電機(jī)，上位機(jī)PC通過(guò)串口驅(qū)動(dòng)電路，經(jīng)串行通訊RS232接口向下位機(jī)高速微處理器DSP發(fā)送控制指令來(lái)控制電機(jī)的運(yùn)行。一方面，通過(guò)增量式光電編碼器獲取電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角信息；另一方面，通過(guò)溫度傳感器獲取電機(jī)的表面溫度。DSP將電機(jī)上述運(yùn)行狀態(tài)信息通過(guò)SPI接口記錄于外部存儲(chǔ)器SD卡，與此同時(shí)，通過(guò)串行通訊RS232接口，經(jīng)串口驅(qū)動(dòng)電路傳至PC機(jī)以顯示。本實(shí)用新型可實(shí)時(shí)、精確地獲取超聲波電機(jī)運(yùn)行中的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角及表面溫度，另外，還具有熱保護(hù)和故障報(bào)警功能、運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)保存且掉電不丟失、人機(jī)界面友好等特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是基于DSP的超聲波電機(jī)運(yùn)行參數(shù)測(cè)定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
[0016]圖2是溫度傳感器XTR105電路圖
[0017]圖3是電流環(huán)接收器RCV420電路圖
[0018]圖4是比例運(yùn)算放大電路圖
[0019]圖5是繼電器保護(hù)電路圖
[0020]圖6 5V轉(zhuǎn)3.3V光電耦合電路圖
[0021]圖7基于Visual Basic的上位機(jī)界面圖
[0022]圖8是軟件設(shè)計(jì)流程圖
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0024]1.直流開(kāi)關(guān)電源的選擇
[0025]本實(shí)用新型中的直流開(kāi)關(guān)電源可以提供12VDC、-12VDC、5VDC、3.3VDC四種電壓。其中，土 12VDC為電流環(huán)接收器RCV420提供直流穩(wěn)壓電源，5VDC為增量式光電編碼器以及串口驅(qū)動(dòng)電路提供直流穩(wěn)壓電源，3.3VDC為高速微處理器DSP以及光電耦合電路提供直流穩(wěn)壓電源。
[0026]2.高速微處理器DSP的工作
[0027]由于本實(shí)用新型中，采集的超聲波電機(jī)參數(shù)需要實(shí)時(shí)而精確，因此選用高速微處理器DSP作為核心控制單元。一方面，高速微處理器DSP，通過(guò)正交解碼單元獲取電機(jī)的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)角；通過(guò)ADC模塊采集溫度傳感器的輸出信號(hào)，獲取超聲波電機(jī)的表面溫度。另一方面，高速微處理器DSP將采集到的電機(jī)運(yùn)行信息通過(guò)SPI接口存入SD卡，與此同時(shí)，又通過(guò)RS232串口，將運(yùn)行信息實(shí)時(shí)而高效地傳送至PC機(jī)以顯示。另外，高速微處理器DSP在電機(jī)過(guò)熱或出現(xiàn)故障時(shí)，啟動(dòng)熱保護(hù)和報(bào)警處理。
[0028]3.電機(jī)表面溫度的測(cè)量
[0029]本實(shí)用新型中，電機(jī)表面的溫度由溫度傳感器XTR105進(jìn)行采集，首先轉(zhuǎn)化成4?20mA的電流信號(hào)，然后送至電流環(huán)接收器RCV4