基于PMAC控制卡的机器人控制软件设计

第１９卷第６期　２００６年１１月　机电产品开发与　崭　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ＆Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ　Ｖ０ｌ＿１　９．Ｎｏ．６　ＮＯＶ．－２ｏｏ６　

基于软件模拟的ＳＰＩ端口ＣＡＮ控制卡的软硬件设计　

米晓川，张明路，丁承君　（河北工业大学机械工程学院，天津３００１３０）　

摘　要：ＳＰＩ（Ｓｅｒｉａｌ　Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ－－串行外设接口）总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使　ＭＣＵ与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。在某些情况下，由于高速处理器的ＳＰＩ设　置的最低波特率往往也要高于ＳＰＩ外围芯片可识别的最高速率，因此常出现数据接收不正常，错误　率高的现象，本文拟通过对外围通用端口的软件模拟，从而达到处理器和ＳＰＩ接口芯片的正常通　讯，并且加入了对ＣＡＮ控制卡（基于ＳＰＩ端口通讯）的硬件和软件设计，并给出相关驱动程序。　这种设计可广泛应用于汽车电子工业现场的手持设备等领域。　关键词：ＳＰＩ；ＣＡＮ；软件模拟　中图分类号：　ｒＰ３３６　文献标识码：Ａ　文章编号：１００２－６６７３（２００６）０６—１３１—０３　

０引言　ＣＡＮ总线，又称控制器局域网，是现代汽车技术中　领先推出的一种多主机局部网，由于其卓越的性能，极　高的可靠性，独特灵活的设计和低廉的价格，现已广泛　应用于工业现场控制、智能大厦、小区安防、交通工具、　医疗仪器、环境监控等众多领域ＣＡＮ已被公认为几种最　有前途的现场总线之一。　ＣＡＮ总线规范已被ＩＳＯ国际标准组织制订为国际标　准。ＣＡＮ协议也是建立在国际标准组织的开放系统互连　参考模型基础上的。主要工作在数据链路层和物理层用　户可在其基础上开发适合系统实际需要的应用层通信协　议。由于ＣＡＮ总线极高的可靠性，从而使应用层通信　协议得以大大简化。　本文所设计的ＣＡＮ控制卡主要包括ＣＡＮ控制器和　ＣＡＮ收发器两部分，ＣＡＮ的通信协议主要由ＣＡＮ控制　器完成，ＣＡＮ收发器的作用是把ＣＡＮ控制器生成的数　字信号，转化成为适合实现ＣＡＮ总线协合总线传输　（差分输出）的信号。　本文中的ＣＡＮ控制卡的控制器部分采用ＳＰＩ协议接　口，其特点具有结构简单，同步传输，占用端口数量　少，容易扩展到任何具有ＳＰＩ接口的处理器芯片上等优　点，设计中采用了标准的ＳＰＩ接口协议（软件模拟），由　收稿日期：２００６—０９－１５　基金项目：河北省自然科学基金攻关培育计划资助（　０Ｏ６咖Ｏ）　作者简介：米晓川（１９８１－），男，硕士研究生，机械电子工　程专业。主要研究方向：智能机器人技术。目前从事车载多　媒体项目的开发。　于采用ＡＲＭ９内核芯片，其速度较高在试验过程中不能　很好的被ＣＡＮ控制器识别，但用速度很快的ＭＳＰ４３０单　片机同ＡＲＭ９芯片通讯可以正常的收发数据，因此本文　提出了使用普通端口进行软件模拟的效果，从而达到正　常通讯的目的。　１　ｓＰｌ接口简介　ＳＰＩ接口是一种标准同步串行接口，它具有标准的　通讯协议，可进行同步传输，从而提高了传输速度。　关于ＳＰＩ接口的设置，可常用的工作方式有两种：　三线工作模式和四线工作模式，其中三线工作模式提供　了ＭＯＳＩ（Ｍａｓｔｅｒ　Ｏｕｔ　Ｓｌａｖｅ　Ｉｎ），ＭＩＳＯ（Ｍａｓｔｅｒ　Ｉｎ　Ｓｌａｖｅ　Ｏｕｔ），ＣＬＫ（ＣＬＯＣＫ）三种传输线，四线工作模式除了具　有以上三条线以外还具有ＣＳ（Ｃｈｉｐ　Ｓｅｌｅｃｔ）线，目的是进　行主从通讯的时候进行芯片选择，ＳＰＩ接口的设置可以进　行主从机的设置，设为主模式时，同步时钟由主机发出，　设为从模式时接收主机的时钟信号，按照时钟的跳动来　接收字符。因此在设备通讯之前设置好正确的ＳＰＩ端口　参数是保证两机能正常通讯的重要前提。　２　ｓＰｌ接口的通讯协议　ＳＰＩ接口具有标准的通讯协议，其同步通讯使得主　从机在某一时钟都接收一个信号，若只需要发送数据，　那么在接收端收到的数据可视为无效。反之，若只需要　接收数据，那么可在发送端发出无效的数据。ＣＬＫ端口　通过终端对时钟的上升沿和下降沿进行监视，如果设置　的触发沿被触发，那么会在ＭＯＳＩ，ＭＩＳＯ记录相关的信　号状态。一个振荡８次的时钟信号，可以反映８次的信　

基于VC++的运动控制卡软件系统设计

在自动控制领域，基于PC和运动控制卡的伺服系统正演绎着一场工业自动化的革命。目前，常用的多轴控制系统主要分为3大块：基于PLC的多轴定位控制系统，基于PC_based的多轴控制系统和基于总线的多轴控制系统。由于PC机在各种工业现场的广泛运动，先进控制理论和DSP技术实现手段的并行发展，各种工业设备的研制和改造中急需一个运动控制模块的硬件平台，以及为了满足新型数控系统的标准化、柔性化、开放性等要求，使得基于PC和运动控制卡的伺服系统备受青睐。本文主要是利用VC++6.0提供的MFC应用程序开发平台探索研究平面2-DOF四分之过驱动并联机构的运动控制系统的软件开发。

平面2-DOF四分之过驱动并联机构的控制系统组成

并联机构的本体如图1，该机构由4个分支链组成，每条支链的一段与驱动电动机相连，而另一端相交于同一点。该并联机构的操作末端有2个自由度（即X方向和Y方向的平动），驱动输入数目为4，从而组成过驱动并联机构。

控制系统的硬件主要有4部分组成：PC机，四轴运动控制卡，伺服驱动器和直流电动机。系统选用的是普通PC机，固高公司的GT-400-SV-PCI运动控制卡，瑞士Maxon公司的四象限直流伺服驱动器及直流永磁电动机。伺服驱动器型号为4-Q-DCADS50/5，与驱动器适配直流电动机型号为Maxon RE-35。运动控制系统的

构成如图2所示。上位控制单元由PC机和运动控制卡一起组成，板卡插在PC机主板上的PCI插槽内。PC机主要负责信息流和数据流的管理，以及从运动控制卡读取位置数据，并经过计算后将控制指令发给运动控制卡。驱动器控制模式采用编码器速度控制，驱动器接受到运动控制卡发出的模拟电压，通过内部的PWM电路控制直流电动机RE-35的运转，并接受直流电动机RE-35上的编码器反馈信号调整对电动机的控制，如此构成一个半闭环的直流伺服控制系统。

第11期2018年6月No.11June，2018

水电厂检测水下机器人主要用于静水条件下检测水电站

大坝坝面（水下部分）、输水管道、进出水口闸门等水工建筑

物和水工设备运行状况。由于水下环境较为复杂，其上位机

控制软件除了需要完成对水下机器人水下运动的精确控制

外，还需要其能在极短的时间内反馈系统状态信息，这就要

求上位机控制软件能实时快速地向下位机发送控制命令，同

时快速获取下位机的精确测量和反馈数据，同时实现控制信

号的精确微调，各种应急状态的及时处理等[1]。1 系统架构

本文所述水下机器人上位机控制软件，通过LabVIEW

编写，在NI RT控制器上实时运行。软件完成手操盒控制命

令读取，状态显示，运动控制，自主返航，故障监测，电源管

理，设备控制，报警处理以及安全关机等功能。

水下机器人控制系统的硬件分为水面控制单元（上位

机）和水下控制系统（下位机），二者都采用美国国家仪器

（National Instruments，NI）的实时控制器，通过光纤以太

网相连。上位机控制软件主要负责人机交互，数据存储显

示，与外接设备（手操盒）通信，还有发送相关控制命令给

下位机。

水面控制单元的控制器采用CompactDAQ系列的控制

器。这一系列的控制器可以外接显示器、鼠标键盘，自身带

有RS485串口，可以方便地与手持控制器（手操盒）等设备

连接，体积小巧轻便，是一款理想的上位机。上位机接有鼠

标键盘和显示器，并通过自身的RS485串口与手操盒连接。

手操盒用于控制水下机器人的运动[2]。2 上位机程序

一个LabVIEW程序（VI）包括前面板和程序框图。前面

板是界面，没有实际逻辑功能；程序框图是程序逻辑和函数

的组合，但是没有显示读取功能。利用VI的这个特点，将上

位机程序分成两部分：界面程序和主程序。界面程序只是在

前面板显示相关状态，进行设备的控制，但程序框图不执行

任何逻辑，只是将界面控件的引用传递给主程序；主程序的程序框图执行上位机程序的具体逻辑，但是前面板不具有实

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基于LabView的水电厂检测水下机器人上位机控制软件设计

作者：曾广移 巩宇 王文辉 张先奎 覃丹

来源：《无线互联科技》2018年第11期

摘要：文章介绍了一种用LabVIEW编写的基于NI RT控制器的水下机器人上位机控制软件。这套软件用于实现控制系统的人机交互、数据记录与显示、上下位机之间的数据通信以及对水下机器人进行实时控制。软件采用LabVIEW经典的生产者一消费者模式，通过设置循环的优先级和执行时间，保证软件在读取状态数据的同时，可以实时完成对机器人主体的控制。

关键词：水下机器人；LabVIEW；上位机软件；实时控制

水电厂检测水下机器人主要用于静水条件下检测水电站大坝坝面（水下部分）、输水管道、进出水口闸门等水工建筑物和水工设备运行状况。由于水下环境较为复杂，其上位机控制软件除了需要完成对水下机器人水下运动的精确控制外，还需要其能在极短的时间内反馈系统状态信息，这就要求上位机控制软件能实时快速地向下位机发送控制命令，同时快速获取下位机的精确测量和反馈数据，同时实现控制信号的精确微调，各种应急状态的及时处理等[1]。

1 系统架构

本文所述水下机器人上位机控制软件，通过LabVIEW编写，在NI RT控制器上实时运行。软件完成手操盒控制命令读取，状态显示，运动控制，自主返航，故障监测，电源管理，设备控制，报警处理以及安全关机等功能。

水下机器人控制系统的硬件分为水面控制单元（上位机）和水下控制系统（下位机），二者都采用美国国家仪器（National Instruments，NI）的实时控制器，通过光纤以太网相连。上位机控制软件主要负责人机交互，数据存储显示，与外接设备（手操盒）通信，还有发送相关控制命令给下位机。

水面控制单元的控制器采用CompactDAQ系列的控制器。这一系列的控制器可以外接显示器、鼠标键盘，自身带有RS485串口，可以方便地与手持控制器（手操盒）等设备连接，体积小巧轻便，是一款理想的上位机。上位机接有鼠标键盘和显示器，并通过自身的RS485串口与手操盒连接。手操盒用于控制水下机器人的运动[2]。