一种基于背板插件通用型可扩展的快速原型控制器的制作方法

1.本实用新型属于可编程控制器技术领域，具体涉及一种基于背板插件通用型可扩展的快速原型控制器。


背景技术：

2.可编程控制器plc目前在工业控制领域内得到了较为广泛的应用，通过t型图等图形化编程系统可避免直接涉及单片机等硬件底层原理以及汇编或者c语言等编程，但是其采用定时扫描的机制来实现预定的任务，在电力电子与电机控制等实时控制场合下不太适合应用，同时也难以用t型图等实现较复杂的算法，只能用t型实现较为简答的开关逻辑。为了有更复杂的算法以及流程等处理能力，工业控制机，可以装有实时操作系统，具备一定实时功能，但是其系统架构复杂，成本较高，在一些电力电子与电机控制实时控制场合，还需要定制相关配套接口卡，该工业控制机比较适合流程控制场合，不太适合实时复杂算法控制领域。在电力电子与电机控制领域内设计的专用控制器，则缺乏通用性，只能在某种特定应用下使用，且其程序，算法，硬件相关工程师需要互相大力协作，沟通、维护成本较高，算法迭代效率较低。
3.plc可实现图形化编程，但比较难以处理复杂的算法，且工控机系统架构比较复杂，其具备图形化编程，但该图形化编程只针对流程处理业务，难以进行复杂实时算法控制。同时专用的处理器，需要硬件人员、软件人员、算法人员一起协作，沟通成本高，开发周期长，为此我们提出一种基于背板插件通用型可扩展的快速原型控制器。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种基于背板插件通用型可扩展的快速原型控制器，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：一种基于背板插件通用型可扩展的快速原型控制器，包括控制器背板，其特征在于，所述控制器背板上具有多个插槽，多个所述插槽的内侧分别插设有电源板、主控板、adc板、dac板、pwm板、数字信号输入输出板以及旋变板，所述主控板包括第一控制器、fpga芯片以及第二控制器，所述第一控制器、fpga芯片以及第二控制器之间通过并行总线连接，所述第一控制器通过主cpu并行总线与缓冲驱动电路连接，所述第二控制器通过辅助cpu并行总线与缓冲驱动电路连接，所述缓冲驱动电路与插座接口连接，所述第二控制器通过并行总线连接至以太网模块并引出rj接口，所述第二控制器通过隔离收发器连接串口，所述第二控制器通过can模块连接扩展出can通信功能。
6.进一步地，所述adc板包括数据采集模块和bd25接口，所述bd25接口的输出端接入数据采集模块的输入端，所述数据采集模块通过spi总线与fpga芯片连接。
7.进一步地，所述dac板包括调理电路、8通道db25接口以及数模转换器，所述数模转换器与fpga芯片通过spi总线连接，所述数模转换器的输出端接入调理电路的输入端，所述
调理电路的输出端接入8通道db25接口的输入端。
8.进一步地，所述pwm板包括第二缓冲驱动电路和qep db25接口，所述第二缓冲驱动电路通过i/o总线与fpga芯片连接，所述二缓冲驱动电路与qep db25接口连接。
9.进一步地，所述数字信号输入输出板包括第三缓冲驱动电路和pwm脉宽调制输出db25接口，所述fpga芯片的输出端通过i/o总线与第三缓冲驱动电路连接，所述第三缓冲驱动电路的输出端接入pwm脉宽调制输出db25接口的输入端。
10.进一步地，所述旋变板包括旋变解析电路和旋转变压器接口，旋转变压器接口的输出端连接至旋变解析电路，所述旋变解析电路通过spi总线连接至fpga芯片。
11.相比于现有技术，本实用新型的有益效果在于：本方案通过背板插件总线式结构，可以方便的根据电力电子控制与电机控制的实际需求配置相关的模块，能够做到灵活配置，且本方案中通过主控制板cpu结构功能的划分，可以方便的通过上位机，例如采用simulink中模型生产相关代码，从而可以实现控制器算法部分的快速原型开发。
12.本方案采用了内部总线进行模块互联，该总线为内部总线，可以跟各个外设接口进行高速信息交互，进而确保了电力电子与电机的实时控制。
13.本方案中采用的tms320f28377比较贴近电力电子与电机控制实际应用的cpu，能够更好评估算法在实际控制器的实施。
附图说明
14.附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。
15.图1为本实用新型控制器背板的结构示意图；
16.图2为本实用新型主控板的连接示意图；
17.图3为本实用新型adc板的连接示意图；
18.图4为本实用新型dac板的连接示意图；
19.图5为本实用新型pwm板的连接示意图；
20.图6为本实用新型数字信号输入输出板的连接示意图；
21.图7为本实用新型旋变板的连接示意图；
22.图中：1、控制器背板；2、插槽；3、电源板；4、主控板；5、adc板；6、dac板；7、pwm板；8、数字信号输入输出板；9、旋变板；11、第一控制器；12、fpga芯片；13、第二控制器；14、缓冲驱动电路；15、插座接口；16、数据采集模块；17、bd25接口；18、调理电路；19、8通道db25接口；20、第二缓冲驱动电路；21、qep db25接口；22、第三缓冲驱动电路；23、pwm脉宽调制输出db25接口；24、旋变解析电路；25、旋转变压器接口；26、数模转换器。
具体实施方式
23.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
24.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是
为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
25.参照图1
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图3，本实用新型提出的一种技术方案：一种基于背板插件通用型可扩展的快速原型控制器，包括控制器背板1，控制器背板1上具有多个插槽2，多个插槽2的内侧分别插设有电源板3、主控板4、adc板5、dac板6、pwm板7、数字信号输入输出板8以及旋变板9，主控板4包括第一控制器11、fpga芯片12以及第二控制器13，第一控制器11、fpga芯片12以及第二控制器13之间通过并行总线连接，第一控制器11通过主cpu并行总线与缓冲驱动电路14连接，第二控制器13通过辅助cpu并行总线与缓冲驱动电路14连接，缓冲驱动电路14与插座接口15连接，第二控制器13通过并行总线连接至以太网模块并引出rj45接口，第二控制器13通过隔离收发器连接串口，第二控制器13通过can模块连接扩展出can通信功能。
26.本实施例中，adc板5包括数据采集模块16和bd25接口17，bd25接口17的输出端接入数据采集模块16的输入端，数据采集模块16通过spi总线与fpga芯片12连接，adc板5具有24模数转换接口，采用三片数据采集模块16这三片数据采集模块16通过spi总线与fpga芯片12连接，fpga芯片12再外接总线插槽2，为了是电平标准一致，该采集板插入插槽后，就可以跟第一控制器11与第二控制器13进行连接，交互信息。
27.本实施例中，dac板6包括调理电路18、8通道db25接口19以及数模转换器26，数模转换器26与fpga芯片12通过spi总线连接，数模转换器26的输出端接入调理电路18的输入端，调理电路18的输出端接入8通道db25接口19的输入端，dac板6该插件具有8通道的数模转换接口，对外接口形式采用8通道db25接口19，数模转换器26与fpga芯片12通过spi总线连接，通过插座接口15与插件控制器背板1相接。
28.本实施例中，pwm板7包括第二缓冲驱动电路20和qep db25接口21，第二缓冲驱动电路20通过i/o总线与fpga芯片12连接，二缓冲驱动电路20与qep db25接口21连接，pwm板7主要是引出8路数字输出do 12路数字输入di的qep db25接口21，这些接口用db25接口形式对外输出，这些接口fpga芯片12和第二缓冲驱动电路20作为缓冲电路与总结接口，通过96针插座接口15与插件控制器背板1相接。
29.本实施例中，数字信号输入输出板8包括第三缓冲驱动电路22和pwm脉宽调制输出db25接口23，fpga芯片12的输出端通过i/o总线与第三缓冲驱动电路22连接，第三缓冲驱动电路22的输出端接入pwm脉宽调制输出db25接口23的输入端,数字信号输入输出板8该插件引出了24路pwm脉宽调制输出接口，采用pwm脉宽调制输出db25接口23封装，这24路pwm功能是通过fpga芯片12和第三缓冲驱动电路22输出。
30.本实施例中，旋变板9包括旋变解析电路24和旋转变压器接口25，旋转变压器接口25的输出端连接至旋变解析电路24，旋变解析电路24通过spi总线连接至fpga芯片12。
31.本实施例中，第一控制器11的型号为tms320f28377d。
32.本实用新型的工作原理及使用流程：主控板4是该控制器的核心部分，其主要由第一控制器11、fpga芯片12、第二控制器13组成，第一控制器11、fpga芯片12、第二控制器13通过fpga进行io、并行总线数据交互，这两个cpu同时提供整个控制系统的处理数据的并行总线，该并行总线的电平接口采用缓冲驱动电路14转换，通过插座接口15跟控制器背板1相接，控制器背板1则主要完成总线部署，其余模块通过背板上的总线插座接口15，就可以跟这个cpu板进行交互；
33.主控板4中实际还包含了系统通信处理模块，通过第二控制器13来实现，第二控制器13通过与w5300连接，以扩展出以太网功能，采用rj45接口，通过rsm232连接扩展出串口功能，该串口是rs232或者rs485司可以配置的，通过与can模块连接扩展出can通信功能。
34.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。