一種基于stm32和fpga的數字舵機控制器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種基于STM32和FPGA的數字舵機控制器，包括傳感器組、STM32主控制模塊、FPGA模塊和功率放大模塊；其中傳感器組包括用于獲取舵機的轉速信號的絕對值光電編碼器和用于獲取舵機的角位移和角速度的旋轉變壓器；絕對值光電編碼器的輸出端通過AD轉換模塊與STM32主控制模塊的輸入端連接，旋轉變壓器的輸出端通過信號解調模塊與FPGA模塊連接；STM32主控制模塊與FPGA模塊連接，FPGA模塊的輸出端通過功率放大模塊與舵機的驅動模塊連接。本實用新型利用STM32主控制模塊和FPGA模塊進行分工，STM32主控制模塊減少引入的干擾，進而增強該裝置的抗干擾性；FPGA模塊作為協同處理；最后經過具有高速光耦隔離功能的功率放大模塊后送給舵機，提高電路的集成度和抗干擾性。
【專利說明】
一種基于STM32和FPGA的數字舵機控制器
技術領域
[0001 ]本實用新型涉及輪船舵機控制領域，具體涉及一種基于STM32和FPGA的數字舵機控制器。【背景技術】
[0002]隨著計算機技術和自動控制的發展，舵機作為控制系統中的執行機構，被越來越多的應用于各個領域中。特別是近年來嵌入式控制技術和集成化電路的發展，使得舵機的實際應用范圍越來越廣。在實際應用中，舵機的控制也由簡單的控制發展到對速度和位置的精確控制。為了降低使用成本，提高執行機構的工作效率，消除干擾信號對舵機控制的影響來實現更精確的控制，成為近年來研究的熱點。【實用新型內容】
[0003]本實用新型要解決的技術問題是:提供一種基于STM32和FPGA的數字舵機控制器， 能夠消除干擾信號對舵機控制的影響來實現更精確的控制。
[0004]本實用新型為解決上述技術問題所采取的技術方案為:一種基于STM32和FPGA的數字舵機控制器，其特征在于:它包括傳感器組、STM32主控制模塊、FPGA模塊和功率放大模塊;其中，
[0005]所述的傳感器組包括用于獲取舵機的轉速信號的絕對值光電編碼器和用于獲取舵機的角位移和角速度的旋轉變壓器;絕對值光電編碼器的輸出端通過AD轉換模塊與所述的STM32主控制模塊的輸入端連接，旋轉變壓器的輸出端通過信號解調模塊與所述的FPGA 模塊連接；
[0006]所述的STM32主控制模塊與FPGA模塊連接，FPGA模塊的輸出端通過功率放大模塊與舵機的驅動模塊連接。
[0007] 按上述方案，所述的STM32主控制模塊通過RS484總線與上位機通信。
[0008]按上述方案，所述的STM32主控制模塊還連接有顯示器。[〇〇〇9]按上述方案，它還包括電源模塊，電源模塊直接與所述的功率放大模塊連接供電， 電源模塊通過DC/DC降壓隔離模塊分別與所述的STM32主控制模塊、FPGA模塊連接供電。
[0010] 本實用新型的有益效果為:利用STM32主控制模塊和FPGA模塊進行分工，STM32主控制模塊作為主控，用于處理控制信息，不必占用過多的CPU資源去直接控制電機，減少由此引入的干擾，進而增強該裝置的抗干擾性;FPGA模塊作為協同處理，根據STM32發送來的控制命令生成相應的A、B相的脈沖;最后經過具有高速光耦隔離功能的功率放大模塊后，送給舵機使其按照要求動作，這樣提高電路的集成度和抗干擾性。【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型一實施例的結構示意圖。
[0012] 圖2為STM32和FPGA的接線圖。
[0013]圖3為FPGA內部的加減速模塊硬件框圖。【具體實施方式】
[0014]下面結合具體實例和附圖對本實用新型做進一步說明。
[0015]本實用新型提供一種基于STM32和FPGA的數字舵機控制器，如圖1和圖2所示，包括傳感器組、STM32主控制模塊、FPGA模塊和功率放大模塊;其中，所述的傳感器組包括用于獲取舵機的轉速信號的絕對值光電編碼器和用于獲取舵機的角位移和角速度的旋轉變壓器； 絕對值光電編碼器的輸出端通過AD轉換模塊與所述的STM32主控制模塊的輸入端連接，旋轉變壓器的輸出端通過信號解調模塊與所述的FPGA模塊連接;所述的STM32主控制模塊與 FPGA模塊連接，FPGA模塊的輸出端通過功率放大模塊與舵機的驅動模塊連接。[〇〇16] 優選的，所述的STM32主控制模塊通過RS484總線與上位機通信。上位機通過RS485 模塊向STM32主控制模塊發出控制命令，RS485采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾性好，同時通訊距離和速度也得到提高。[〇〇17]優選的，所述的STM32主控制模塊還連接有顯示器，本實施例為LCD，能實時顯示上位機發出的控制命令和舵角位置、轉動速度等數據。
[0018]進一步優選的，它還包括電源模塊，電源模塊直接與所述的功率放大模塊連接供電，電源模塊通過DC/DC降壓隔離模塊分別與所述的STM32主控制模塊、FPGA模塊連接供電， 避免電源與其直接接觸，完全的電氣隔離能提高工作可靠性。[〇〇19]本實用新型利用了 STM32主控制模塊和FPGA模塊進行分工，STM32主控制模塊作為主控，用于處理控制信息，不必占用過多的CPU資源去直接控制電機，減少由此引入的干擾， 進而增強該裝置的抗干擾性;FPGA模塊作為協同處理，根據STM32發送來的控制命令生成相應的A、B相的脈沖。為了在電機啟動時，避免電機在運行的過程中產生沖擊、超程、失步和振蕩等現象，也為了使執行機構能夠平穩和準確的定位，在電機從開機到停機期間增加加減速的過程，使其平滑的過渡，避免速度的突變給電機帶來損傷，這就需要利用FPGA內部的加減速模塊，其具體結構如圖3所示，其能調整脈沖輸出的個數和頻率，調整步進電機加減速運動;絕對值光電編碼器采集舵角位置數據，經A/D轉換模塊反饋到STM32主控制模塊，使得 STM32主控制模塊根據算法及時控制舵機轉動，減小誤差。
[0020] 本實用新型采用STM32+FPGA架構，STM32主控制模塊利用其高速數據處理能力，根據預設控制算法實現舵機閉環控制，FPGA模塊為協同處理模塊，具有高速、高同步、純硬件的特點以及靈活的邏輯可控性，可以很好的實現單軸任意頻率脈沖的生成，控制舵機平滑啟停，本實用新型具有舵機控制電路結構簡潔、成本低、設備工作效率高、抗干擾強等優點， 能實現精確控制步進電機的目的。[〇〇21] 本實施例中，舵機由步進電機組成，舵機工作時，上位機通過RS485向STM32主控制模塊發出控制命令和接收來自STM32主控制模塊的舵角數據，STM32主控制模塊就收到控制命令后，根據預設的算法給FPGA模塊送入控制信號;FPGA模塊接收命令后，在內部加減速模塊作用下，脈沖輸出模塊輸出脈沖信號，經過功率放大模塊后驅動執行機構(步進電機);旋轉變壓器此時不斷反饋步進電機轉子的模擬量，在旋轉變壓器信號解調模塊的解調作用下將數字量送到FPGA模塊，FPGA模塊由此判斷步進電機有無過沖、失步等現象，實現精確控制步進電機;與此同時絕對值光電編碼器將舵角數據反饋到STM32主控制模塊，并依據預設的PID算法對誤差進一步修正，控制執行機構達到預期目標;此過程中LCD實時顯示控制命令、 舵機角度、速度等信息，實現人機交互。[〇〇22]本實施例中，FPGA模塊產生的脈沖信號，需要經過功率放大模塊才能送給步進電機，在FPGA模塊與功率放大模塊之間加入高速光耦隔離電路，有效防止電機上的干擾信號對FPGA的干擾，從而提高系統的抗干擾能力。
[0023]以上實施例僅用于說明本實用新型的設計思想和特點，其目的在于使本領域內的技術人員能夠了解本實用新型的內容并據以實施，本實用新型的保護范圍不限于上述實施例。所以，凡依據本實用新型所揭示的原理、設計思路所作的等同變化或修飾，均在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種基于STM32和FPGA的數字舵機控制器，其特征在于:它包括傳感器組、STM32主控 制模塊、FPGA模塊和功率放大模塊;其中，所述的傳感器組包括用于獲取舵機的轉速信號的絕對值光電編碼器和用于獲取舵機 的角位移和角速度的旋轉變壓器;絕對值光電編碼器的輸出端通過AD轉換模塊與所述的 STM32主控制模塊的輸入端連接，旋轉變壓器的輸出端通過信號解調模塊與所述的FPGA模 塊連接；所述的STM32主控制模塊與FPGA模塊連接，FPGA模塊的輸出端通過功率放大模塊與舵 機的驅動模塊連接。2.根據權利要求1所述的基于STM32和FPGA的數字舵機控制器，其特征在于:所述的 STM32主控制模塊通過RS484總線與上位機通信。3.根據權利要求1所述的基于STM32和FPGA的數字舵機控制器，其特征在于:所述的 STM32主控制模塊還連接有顯示器。4.根據權利要求1所述的基于STM32和FPGA的數字舵機控制器，其特征在于:它還包括 電源模塊，電源模塊直接與所述的功率放大模塊連接供電，電源模塊通過DC/DC降壓隔離模 塊分別與所述的STM32主控制模塊、FPGA模塊連接供電。
【文檔編號】G05B19/042GK205581578SQ201620285941
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年4月8日
【發明人】李 浩, 周鵬, 安蒙強, 鄭仲星
【申請人】武漢理工大學