基于Ethercat协议的多通道比例阀控制系统的制作方法

基于ethercat协议的多通道比例阀控制系统
技术领域
1.本实用新型属于自动控制技术领域，尤其涉及基于ethercat协议的多通道比例阀控制系统。


背景技术：

2.多通道比例阀控制设备，是驱动液压设备、气动设备的比例阀，实现多通道协同精密运动控制，由于其协议具备精密的时间同步功能，可以实现多个设备精确的同步联动，主要用于飞行器设备的结构件疲劳测试、机器人关节控制等。目前比例阀控制设备存在难以扩展比例阀的数量，不支持热插拔的问题。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型提出了使用多通道控制比例阀的系统。
4.本实用新型公开的基于ethercat协议的多通道比例阀控制系统，包括主控制芯片、看门狗、电源、实时时钟、报警信号、工作状态指示灯、蓝牙模块、显示屏，还包括ethercat协议从站芯片、体感模块和多个比例阀；
5.所述主控制芯片通过spi总线与所述ethercat协议从站芯片连接，通过 usart2接口连接485收发模块，所述485收发模块连接所述比例阀，通过 iic接口连接实时时钟，通过i/o接口连接看门狗、报警信号、体感模块和工作状态指示灯，通过ain接口连接电源；
6.所述ethercat协议从站芯片通过以太网接口与上位机连接通信。
7.进一步的，所述ethercat协议从站芯片的l8引脚连接电阻r21，l7引脚连接电阻r22，m7引脚连接电阻r23，所述电阻r21的另一端，电阻r22 的另一端，电阻r23的另一端分别接地；所述ethercat协议从站芯片的j11 引脚连接电阻r24，所述电阻r24的另一端接地；所述ethercat协议从站芯片的l3引脚连接电阻r25，所述电阻r25的另一端接地；所述ethercat协议从站芯片的k2引脚连接电阻r37，所述电阻r37的另一端接地；所述ethercat 协议从站芯片的c3引脚连接电阻r42，所述电阻r42的另一端接地；所述 ethercat协议从站芯片的e3引脚连接电阻r44，所述电阻r44的另一端接地；所述ethercat协议从站芯片的k11引脚连接电阻r46，所述电阻r46的另一端接地；所述ethercat协议从站芯片的k12引脚连接电阻r47，所述电阻r47 的另一端接地；所述ethercat协议从站芯片的c6引脚、c7引脚、k6引脚、 k7引脚同时与电容c25、电容c26、电容c27、电容c28连接，所述电容c25 的另一端、电容c26的另一端、电容c27的另一端、电容c28的另一端分别接地；所述ethercat协议从站芯片的c6引脚、c7引脚、g10引脚同时与电容 c32、电容c33、电容c34连接，所述电容c32的另一端、电容c33的另一端、电容c34的另一端分别接地；所述ethercat协议从站芯片的f3引脚分别与电容c35、电容c36、3.3v电源连接，所述电容c35的另一端和所述电容 c36的另一端分别接地。
8.进一步的，所述ethercat协议从站芯片通过l9引脚和k3引脚连接以太网芯片phy1和phy2，所述以太网芯片phy1和phy2分别通过rj45与上位机通信，其中以太网芯片phy1和
phy2分别为主用和备用关系，当主用的以太网芯片工作异常时，备用的以太网芯片作为主用芯片与上位机通信。
9.进一步的，所述485收发模块使用iso3082dw芯片u12，所述芯片u12 的第1引脚连接3.3v电源，第3引脚分别连接电阻r90和rs485信号线的接收端rx485_rx0，所述电阻r90另一端连接电容c68，所述电容c68的另一端接地；所述芯片u12的第4引脚和第5引脚分别连接电阻r88和芯片u11 的第4引脚，所述芯片u11的第3引脚分别连接电阻r84、电阻r83和双向三级晶闸管d7的第一极，所述电阻r83的另一端连接电容c67，所述电容 c67的另一端接地；所述芯片u11的第5引脚分别连接3.3v电源和电容c66，所述电容c66的另一端接地；所述芯片u12的第6引脚分别连接电阻r84、所述双向三级晶闸管d7的控制极、rs485信号线的发送端rx485_tx0；
10.所述芯片u12的第12引脚连接电阻r86，所述电阻r86的另一端分别连接电阻r85、电阻r87、比例阀控制芯片j1的第1引脚、二极管d9的负极，所述电阻r87的另一端分别连接所述芯片u12的第13引脚、电阻r91、所述比例阀控制芯片j1的第2引脚、二极管d8的负极，所述二极管d8的正极、二极管d9的正极、电阻r91的另一端接地；所述比例阀控制芯片j1的第3 引脚分别连接电阻r92和电容c70，所述电阻r92的另一端、所述电容c70 的另一端接地。
11.进一步的，所述主控制芯片的第57引脚连接所述体感模块，第10引脚连接看门狗，第35引脚连接所述ethercat协议从站芯片的c12引脚，第42 引脚连接所述ethercat协议从站芯片的c11引脚，第13引脚连接rs485信号线的发送端rx485_tx0，第16引脚连接rs485信号线的接收端 rx485_rx0。
12.进一步的，所述体感模块使用芯片sn74lvc2g14dbv，芯片 sn74lvc2g14dbv的第1引脚、第2引脚接地，第3引脚依次连接电阻r130、电容c114和地，第5引脚连接电容c112和5v电源，所述电容c112的另一端接地，芯片sn74lvc2g14dbv的第4引脚连接运动传感器芯片x2的第3 引脚，所述运动传感器芯片x2的第1引脚连接12v电源，第2引脚连接5v 电源，第4引脚接地。
13.本实用新型的有益效果如下：
14.支持多通道的比例阀控制，易于扩展比例阀的数量。
15.主控板卡和ethercat从站协议板卡兼容pxie协议，与标准机箱兼容，支持热插拔、多板卡协同工作。
附图说明
16.图1本实用新型的总体结构图；
17.图2本实用新型的ethercat协议从站芯片接口图；
18.图3本实用新型的485收发模块电路图；
19.图4本实用新型的主控制芯片接口图局部之一；
20.图5本实用新型的主控制芯片接口图局部之二；
21.图6本实用新型的主控制芯片接口图局部之三；
22.图7本实用新型的主控制芯片接口图局部之四；
23.图8本实用新型的体感模块电路图。
具体实施方式
24.下面结合附图对本实用新型作进一步的说明，但不以任何方式对本实用新型加以限制，基于本实用新型教导所作的任何变换或替换，均属于本实用新型的保护范围。
25.如图1所示，本实用新型提出的基于ethercat协议的多通道比例阀控制系统，包括主控制芯片、看门狗、电源、实时时钟、报警信号、工作状态指示灯、蓝牙模块、显示屏、ethercat协议从站芯片、体感模块和多个比例阀；
26.主控制芯片通过spi总线与ethercat协议从站芯片连接，通过usart2 接口连接485收发模块，485收发模块连接所述比例阀，通过iic接口连接实时时钟，通过i/o接口连接看门狗、报警信号、体感模块和工作状态指示灯，通过ain接口连接电源；
27.ethercat协议从站芯片通过以太网接口与上位机连接通信。
28.其中ethercat协议从站芯片使用et1100芯片，芯片的l8引脚连接电阻 r21，l7引脚连接电阻r22，m7引脚连接电阻r23，电阻r21的另一端，电阻r22的另一端，电阻r23的另一端分别接地；ethercat协议从站芯片的j11 引脚连接电阻r24，电阻r24的另一端接地；ethercat协议从站芯片的l3引脚连接电阻r25，电阻r25的另一端接地；ethercat协议从站芯片的k2引脚连接电阻r37，电阻r37的另一端接地；ethercat协议从站芯片的c3引脚连接电阻r42，电阻r42的另一端接地；ethercat协议从站芯片的e3引脚连接电阻r44，电阻r44的另一端接地；ethercat协议从站芯片的k11引脚连接电阻r46，电阻r46的另一端接地；ethercat协议从站芯片的k12引脚连接电阻r47，电阻r47的另一端接地；ethercat协议从站芯片的c6引脚、c7 引脚、k6引脚、k7引脚同时与电容c25、电容c26、电容c27、电容c28 连接，电容c25的另一端、电容c26的另一端、电容c27的另一端、电容 c28的另一端分别接地；ethercat协议从站芯片的c6引脚、c7引脚、g10引脚同时与电容c32、电容c33、电容c34连接，电容c32的另一端、电容c33 的另一端、电容c34的另一端分别接地；ethercat协议从站芯片的f3引脚分别与电容c35、电容c36、3.3v电源连接，电容c35的另一端和电容c36的另一端分别接地。ethercat协议从站芯片通过l9引脚和k3引脚连接连接以太网芯片phy1和phy2，以太网芯片phy1和phy2分别通过rj45与上位机通信，其中以太网芯片phy1和phy2分别为主用和备用关系，当主用的以太网芯片工作异常时，备用的以太网芯片作为主用芯片与上位机通信。
29.主控制芯片还通过rmii接口连接以太网芯片phy3，phy3通过网口与上位机通信。
30.本实施例通过ethercat协议从站芯片和以太网芯片提供了三路网口模块，即提供了多个通道，可以实现多个比例阀采集的大量数据通过多个通道，精确高速地同步到上位机。
31.485收发模块使用iso3082dw芯片u12，芯片u12的第1引脚连接3.3v 电源，第3引脚分别连接电阻r90和rs485信号线的接收端rx485_rx0，电阻r90另一端连接电容c68，电容c68的另一端接地；芯片u12的第4引脚和第5引脚分别连接电阻r88和芯片u11的第4引脚，芯片u11的第3引脚分别连接电阻r84、电阻r83和双向三级晶闸管d7的第一极，电阻r83 的另一端连接电容c67，电容c67的另一端接地；芯片u11的第5引脚分别连接3.3v电源和电容c66，电容c66的另一端接地；芯片u12的第6引脚分别连接电阻r84、双向三级晶闸管d7的控制极、rs485信号线的发送端 rx485_tx0。
32.芯片u12的第12引脚连接电阻r86，电阻r86的另一端分别连接电阻 r85、电阻r87、
比例阀控制芯片j1的第1引脚、二极管d9的负极，电阻 r87的另一端分别连接芯片u12的第13引脚、电阻r91、比例阀控制芯片j1 的第2引脚、二极管d8的负极，二极管d8的正极、二极管d9的正极、电阻r91的另一端接地；比例阀控制芯片j1的第3引脚分别连接电阻r92和电容c70，电阻r92的另一端、电容c70的另一端接地。
33.比例阀控制芯片j1可以控制16个比例阀。本实施例中设置两个485收发模块，每个485收发模块控制16个比例阀，从而本实施例可以控制32个比例阀，其中16个比例阀为备用，需要时可以扩充。
34.主控制芯片采用mcu stm32f407zgt6，芯片的第57引脚连接所述体感模块，第10引脚连接看门狗，第35引脚连接ethercat协议从站芯片的c12 引脚，第42引脚连接ethercat协议从站芯片的c11引脚，第13引脚连接 rs485信号线的发送端rx485_tx0，第16引脚连接rs485信号线的接收端 rx485_rx0。
35.主控制芯片通过ain接口连接电源，ain接口为模拟输入，应用adc 模拟输入，或者低功耗下省电。
36.主控制芯片通过iic接口连接实时时钟，通过实时时钟rtc提供可靠的系统时间，而且实时时钟rtc在系统关机的情况下也能够正常工作，实时时钟外围不需要太多辅助电路，典型的就只需要一个高精度32.768khz晶体和电阻电容等。
37.主控制芯片通过i/o接口连接看门狗，看门狗可定期查看芯片内部的情况，一旦发生错误就向主控制芯片发出重启信号的电路。看门狗命令在程序的中断中拥有最高的优先级，防止程序跑飞，也可以防止主控制芯片在线运行时候出现死循环。
38.主控制芯片通过i/o接口连接报警信号，系统出现异常可以通过主控制芯片发出报警。
39.主控制芯片通过i/o接口连接工作状态指示灯，示例性的，工作状态指示灯为常绿，主控制芯片是正常工作状态；工作状态指示灯为常红，主控制芯片为故障状态。
40.主控制芯片通过iic接口连接eeprom存储模块，通过usart3接口连接蓝牙模块，通过usart2接口连接环境数据采集卡，通过i/o接口连接体感模块。
41.本实施例使用pxi协议技术，实现多设备并联，实现多个比例阀控制。pxi (pci extensions for instrumentation)是专为测试任务而优化的compactpci。 1998年，ni与其他测试设备厂商合作的pxi系统联盟将pxi作为一个开放的工业标准推向市场。pxi已经成为当今测试、测量和自动化应用的标准平台，本实施例的主控制芯片板卡和ethercat从站协议芯片板卡集成了pci9030芯片 (pci9030芯片为plx公司提供的芯片)，可以支持pxi协议，只要将主控制芯片板卡和ethercat从站协议芯片板卡插入到支持pxi的标准机箱背板上，即可实现pxi协议技术，本实施例不再赘述pxi的实现。优选的，本实施例中以6u 板卡形式实现，兼容pxie协议，与标准机箱兼容，即1个主控制芯片板卡 1个 ethercat从站协议芯片板卡，实现多通道比例阀控制。pxi的标准机箱背板支持满足热插拔、如果将多板卡级联、通道还可任意扩展。每个板卡实现16通道比例阀驱动。多卡级联可以实现1us以内通道时延。主控制芯片板卡控制比例阀并采集运动传感器的数据，将比例阀和运动传感器的数据发送到ethercat 从站协议芯片板卡；ethercat从站协议芯片板卡与上位机双向通信、板卡能够实现pxi协议，支持多个子卡互联，组成多板卡、多通道协作控制，从而实现支持背板级联的多通道比例阀控制系统。本实用新型使用ethercat通信技术控制比例阀，实现了多
设备、精确同步。
42.体感模块使用芯片sn74lvc2g14dbv，芯片sn74lvc2g14dbv的第1引脚、第2引脚接地，第3引脚依次连接电阻r130、电容c114和地，第5引脚连接电容c112和5v电源，电容c112的另一端接地，芯片sn74lvc2g14dbv的第4 引脚连接运动传感器芯片x2的第3引脚，运动传感器芯片x2的第1引脚连接 12v电源，第2引脚连接5v电源，第4引脚接地。
43.本实施例中未详细描述的部分，如实时时钟、看门狗、显示屏、告警信号、工作状态指示灯、电源、eeprom、蓝牙模块等，为现有技术，不再赘述。
44.本实用新型的有益效果如下：
45.支持多通道的比例阀控制，易于扩展比例阀的数量。
46.主控制板卡和ethercat从站协议板卡兼容pxie协议，与标准机箱兼容，支持热插拔、多板卡协同工作。
47.本文所使用的词语“优选的”意指用作实例、示例或例证。本文描述为“优选的”任意方面或设计不必被解释为比其他方面或设计更有利。相反，词语“优选的”的使用旨在以具体方式提出概念。如本技术中所使用的术语“或”旨在意指包含的“或”而非排除的“或”。即，除非另外指定或从上下文中清楚，“x使用a或b”意指自然包括排列的任意一个。即，如果x使用a；x使用b；或 x使用a和b二者，则“x使用a或b”在前述任一示例中得到满足。
48.而且，尽管已经相对于一个或实现方式示出并描述了本公开，但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本公开包括所有这样的修改和变型，并且仅由所附权利要求的范围限制。特别地关于由上述组件(例如元件等)执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语旨在对应于执行所述组件的指定功能(例如其在功能上是等价的)的任意组件(除非另外指示)，即使在结构上与执行本文所示的本公开的示范性实现方式中的功能的公开结构不等同。此外，尽管本公开的特定特征已经相对于若干实现方式中的仅一个被公开，但是这种特征可以与如可以对给定或特定应用而言是期望和有利的其他实现方式的一个或其他特征组合。而且，就术语“包括”、“具有”、“含有”或其变形被用在具体实施方式或权利要求中而言，这样的术语旨在以与术语“包含”相似的方式包括。
49.本实用新型实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以多个或多个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。上述的各装置或系统，可以执行相应方法实施例中的存储方法。
50.综上所述，上述实施例为本实用新型的一种实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何背离本实用新型的精神实质与原理下所做的改变、修饰、代替、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。