專利名稱：一種新型高精度激光切割系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集控制卡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種數(shù)據(jù)采集控制卡，尤其涉及一種新型高精度激光切割系統(tǒng)數(shù) 據(jù)采集控制卡。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，激光切割設(shè)備被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，并隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展對其提 出越來越高的要求。當(dāng)前的切割設(shè)備對激光的能量和位移量的要求比較高，但現(xiàn)有控制系 統(tǒng)無法對其實(shí)現(xiàn)可靠性高、針對性強(qiáng)的多臺激光器實(shí)時(shí)激光能量和位移量，激光開關(guān)光控 制，且兼容性和抗干擾能力都較差。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種高精度激光切割系統(tǒng)數(shù) 據(jù)采集控制卡，實(shí)現(xiàn)多臺激光器激光能量和位移量，開關(guān)光實(shí)時(shí)顯示與控制。本實(shí)用新型的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種新型高精度激光切割系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集控制卡，包括上位機(jī)及下位機(jī)，特點(diǎn)是所 述下位機(jī)包含信號處理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、下位機(jī)CAN總線模塊、下位機(jī)存儲器擴(kuò)展模塊 和下位機(jī)微控制器，所述信號處理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、下位機(jī)CAN總線模塊、下位機(jī)存儲器 擴(kuò)展模塊均與下位機(jī)微控制器相連接，所述下位機(jī)微控制器接入激光器控制模塊，控制多 臺激光器能量和激光器開關(guān)光，所述信號處理模塊接入傳感器信號發(fā)生模塊，所述A/D轉(zhuǎn) 換模塊的輸入端連接信號處理模塊，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接下位機(jī)CAN總線模 塊；所述上位機(jī)包含按鍵控制模塊、顯示模塊、上位機(jī)CAN總線模塊、上位機(jī)存儲器擴(kuò)展模 塊和上位機(jī)微控制器，所述按鍵控制模塊、顯示模塊、上位機(jī)CAN總線模塊、上位機(jī)存儲器 擴(kuò)展模塊均與上位機(jī)微控制器相連接；所述上位機(jī)CAN總線模塊通過CAN局域網(wǎng)與所述下 位機(jī)CAN總線模塊通信連接。進(jìn)一步地，上述的一種新型高精度激光切割系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集控制卡，其中，所述下位 機(jī)微控制器采用的主控芯片是AT89C51，該芯片主要控制多臺激光器能量信號、位移量、開 關(guān)光信號的控制。更進(jìn)一步地，上述的一種新型高精度激光切割系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集控制卡，其中，所述上 位機(jī)微控制器采用的主控芯片是AT89C51，該芯片控制CAN總線局域網(wǎng)信號的發(fā)送和接收。再進(jìn)一步地，上述的一種新型高精度激光切割系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集控制卡，其中，所述下 位機(jī)CAN總線模塊嵌有控制信號傳輸?shù)男酒?，所述芯片為CAN接口控制芯片82C250。再進(jìn)一步地，上述的一種新型高精度激光切割系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集控制卡，其中，所述上 位機(jī)CAN總線模塊嵌有控制信號傳輸?shù)男酒?，所述芯片為CAN接口控制芯片82C250。再進(jìn)一步地，上述的一種新型高精度激光切割系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集控制卡，其中，所述A/ D轉(zhuǎn)換模塊采用12位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器AD574。本實(shí)用新型技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和進(jìn)步主要體現(xiàn)在[0012]本實(shí)用新型數(shù)據(jù)采集控制卡由獨(dú)立的模塊連接而成，可靠性高、針對性強(qiáng)、實(shí)時(shí)性 好，減小了板卡尺寸，故障容易排查，具有良好的兼容性及抗干擾能力。使用時(shí)，能實(shí)時(shí)提供 激光器功率和位移信息，開關(guān)光，CAN接口模塊將信息傳輸給上位機(jī)進(jìn)行顯示和控制，安全 性好。通過上位機(jī)的控制模塊可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng)控制多臺激光器，模擬信號通過微控制器 判斷大小，微控制器控制可編程放大器對信號進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯?，減少了信號的失真；CAN總 線接口電路部分采用了高速光耦6N137對信號進(jìn)行隔離，減少了外部信號的干擾，提高了 信號采集的精度。隨時(shí)可以遠(yuǎn)距離監(jiān)控激光的能量信息和位移量的信息，可遠(yuǎn)距離切換多 個(gè)激光器的GATE信號，成功實(shí)現(xiàn)多套激光器系統(tǒng)的切換，滿意達(dá)到了對激光器的靈活控制 及快速通信?？胺Q是具有新穎性、創(chuàng)造性、實(shí)用性的好技術(shù)，為一實(shí)用的新設(shè)計(jì)。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型技術(shù)方案作進(jìn)一步說明

圖1 本實(shí)用新型的架構(gòu)示意圖。圖中各附圖標(biāo)記的含義見下表
具體實(shí)施方式
為了使激光切割系統(tǒng)能夠同時(shí)采集激光能量和位移，以及控制多臺激光器的GATE 信號，設(shè)計(jì)了一種高精度激光切割系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集控制卡，該板卡接收位移和能量信號并通 過遠(yuǎn)距離傳輸顯示，并可以控制多臺激光器系統(tǒng)。如圖1所示的高精度激光切割系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集控制卡，包括下位機(jī)A及上位機(jī)B，下 位機(jī)A包含信號處理模塊2、A/D轉(zhuǎn)換模塊3、下位機(jī)CAN總線模塊4、下位機(jī)存儲器擴(kuò)展模 塊8和下位機(jī)微控制器7，信號處理模塊2、A/D轉(zhuǎn)換模塊3、下位機(jī)CAN總線模塊4、下位 機(jī)存儲器擴(kuò)展模塊8均與下位機(jī)微控制器7相連接，下位機(jī)微控制器7采用的主控芯片是 AT89C51，下位機(jī)微控制器7接入激光器控制模塊6，信號處理模塊2接入傳感器信號發(fā)生模 塊1，A/D轉(zhuǎn)換模塊3的輸入端連接信號處理模塊2，A/D轉(zhuǎn)換模塊3的輸出端連接下位機(jī) CAN總線模塊4。上位機(jī)B包含按鍵控制模塊9、顯示模塊10、上位機(jī)CAN總線模塊13、上位 機(jī)存儲器擴(kuò)展模塊11和上位機(jī)微控制器12，按鍵控制模塊9、顯示模塊10、上位機(jī)CAN總線 模塊13、上位機(jī)存儲器擴(kuò)展模塊11均與上位機(jī)微控制器12相連接，上位機(jī)微控制器12采 用的主控芯片是AT89C51 ；上位機(jī)CAN總線模塊13通過CAN局域網(wǎng)5與下位機(jī)CAN總線模 塊4通信連接。激光功率傳感器和激光位移傳感器的模擬信號通過信號處理模塊2對信號 進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯?、濾波，A/D轉(zhuǎn)換模塊3轉(zhuǎn)換后通過下位機(jī)CAN總線模塊4發(fā)送給上位機(jī)進(jìn) 行顯示和控制。而控制多臺激光器的GATE信號，是通過上位機(jī)發(fā)送指令給上位機(jī)CAN總線 模塊，CAN局域網(wǎng)5進(jìn)行傳輸，下位機(jī)微控制器7對GATE信號進(jìn)行控制，激光器控制及激光器系統(tǒng)切換通過上位機(jī)發(fā)送激光器選擇指令給下位機(jī)進(jìn)行GATE信號控制，GATE信號的響 應(yīng)時(shí)間達(dá)到uS級別。本數(shù)據(jù)采集卡同時(shí)可以采集10路的模擬信號，上位機(jī)和下位機(jī)的傳 輸距離能達(dá)到IOKM以上，可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離的信息控制，分辨率達(dá)到12位，最高傳輸速率最 高可達(dá)1Mbps。實(shí)時(shí)激光能量、位移、激光器GATE信息通過CAN總線局域網(wǎng)進(jìn)行傳輸，下位 機(jī)CAN總線模塊4嵌有控制信號傳輸?shù)男酒酒瑸镃AN接口控制芯片82C250，上位機(jī)CAN 總線模塊13嵌有控制信號傳輸?shù)男酒酒瑸镃AN接口控制芯片82C250，82C250芯片是通 過微控制器的芯片AT89C51進(jìn)行控制，上位機(jī)主要接收信息并進(jìn)行顯示和控制，控制CAN總 線接收的是芯片82C250。一個(gè)CAN總線局域網(wǎng)可以連接110個(gè)節(jié)點(diǎn)，抗干擾能力強(qiáng)，接線簡 單，采用雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線，其傳輸距離遠(yuǎn)。其中，信號處理模塊2對采集激光功率和激光位移的模擬量信號進(jìn)行處理，傳感 器信號發(fā)生模塊1輸出的電壓一般來說非常小，必須經(jīng)過放大、濾波以后才能送往A/D轉(zhuǎn)換 模塊3進(jìn)行轉(zhuǎn)換。模擬量輸入通道一般由傳感器、可編程放大器、濾波電路、多路選擇器、采 樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器組成，一般從傳感器信號發(fā)生模塊1傳出來的信號都很小，含有高頻 噪聲和直流噪聲干擾，且信號不穩(wěn)定，為了送給A/D轉(zhuǎn)換模塊3作為其輸入，并且去除其中 的噪聲干擾，對于前置放大器進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，通常，檢測信號的放大采用集成運(yùn)算放大器， 運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)模擬信號的加減運(yùn)算，運(yùn)算放大器電壓增益高，輸入阻抗大，輸出阻抗小， 根據(jù)反饋電路的接法實(shí)現(xiàn)反向運(yùn)算、同相運(yùn)算和差動(dòng)運(yùn)算等。為滿足對大小不同信號的處 理，采用可編程運(yùn)算放大器PGA103，對電壓、電流信號進(jìn)行放大，通過單片機(jī)對可編程器件 PGA103的管腳1和管腳2進(jìn)行控制，使放大倍數(shù)X 1 (AO = Al = 0)、X 10 (AO = 1，Al = 0)、X 100 (AO = 0, Al = 1)三種不同值，滿足對大小不同信號的放大要求，硬件電路簡單， 容易實(shí)現(xiàn)?？删幊谭糯笃鬏敵龅男盘?，送入二階電壓低通濾波器，使用該電路的目的是改善 f0附近的幅頻特性，濾除信號中的高頻干擾，其中f0 = ！力^！此，連續(xù)信號“丨)經(jīng)采樣器 采樣后變?yōu)殡x散信號x*(t)，香農(nóng)(Shannon)采樣定理指出，離散信號x*(t)可完滿地復(fù)原 為連續(xù)信號的條件為ωΑ彡2comax，ωΑ為采樣角頻率，ωΑ = 2π/Τ，omax為連續(xù)信號 x(t)的幅頻譜|x(j ) I的上限頻率，所以T彡π/ max0對電流信號的采集，采用了電流 電壓轉(zhuǎn)換芯片RCV420，有效的提高了采樣精度，RCV420是美國RURR-BR0WN公司生產(chǎn)的精密 電流環(huán)接收器芯片，用于將4 20mA輸入信號轉(zhuǎn)換成為0 5V輸出信號，包含一個(gè)高級運(yùn) 算放大器、一個(gè)片內(nèi)精密電阻網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)精密10V電壓基準(zhǔn)，其總轉(zhuǎn)換精度為0. 1%，共模 抑制比CMR達(dá)86dB，共模輸入范圍達(dá)士40V。A/D轉(zhuǎn)換模塊3采用高速12位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器AD574，AD574是12位逐次 逼近式帶三態(tài)輸出緩沖器的A/D轉(zhuǎn)換器，可以直接與8位或16位單片機(jī)總線連接。下位機(jī)CAN總線模塊4與上位機(jī)CAN總線模塊13為上位機(jī)及下位機(jī)提供交互通 信的渠道，將上位機(jī)的控制信號、狀態(tài)量及數(shù)據(jù)信號傳遞給下位機(jī)；上位機(jī)和下位機(jī)之間的 通信通過CAN總線局域網(wǎng)進(jìn)行通信，CAN局域網(wǎng)是總線型結(jié)構(gòu)的一種適合工業(yè)現(xiàn)場自動(dòng)控 制的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)鏈路層和物理層是保證通信質(zhì)量至關(guān)重 要、不可缺少的部分，也是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中最復(fù)雜的部分。CAN控制器以一塊可編程芯片上的邏 輯電路的組合來實(shí)現(xiàn)功能，對外提供與微處理器的物理線路的接口，通過對編程，CPU可以 設(shè)置工作方式，控制工作狀態(tài)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，將應(yīng)用層建立在基礎(chǔ)之上。CAN總線 接口電路通過單片機(jī)控制CAN接口芯片和控制芯片，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號在上位機(jī)和下位機(jī)之間
5的傳輸。CAN總線模塊電路中增加高速光耦6N137，提高整個(gè)電路的穩(wěn)定性和安全性。顯示模塊10實(shí)時(shí)顯示激光能量和位移信號的數(shù)值，采用五位數(shù)碼管顯示，第1個(gè) 數(shù)碼管表示顯示采集通道，第3-6個(gè)數(shù)碼管顯示測量值的大小，單片機(jī)利用74LS164的串/ 并轉(zhuǎn)換功能，將數(shù)據(jù)送到數(shù)碼管顯示。采用串行輸入使硬件簡單，占用單片機(jī)系統(tǒng)接口少， 簡化軟件編程?？刂撇糠质前存I控制模塊，按鈕控制信息通過CAN局域網(wǎng)發(fā)送到下位機(jī)進(jìn) 行控制激光器的GATE信號，以及激光能量和激光位移量的模擬信號的采集。具體工作時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換模塊3將采集的激光能量和位移信號通過AD574轉(zhuǎn)換成數(shù) 字信號，經(jīng)過下位機(jī)微控制器7處理后，通過下位機(jī)CAN總線模塊4經(jīng)CAN局域網(wǎng)發(fā)送到上 位機(jī)顯示，進(jìn)行遠(yuǎn)距離的傳送和控制。不同激光器的切換通過上位機(jī)CAN總線模塊13進(jìn)行 控制，能量和位移信號通過顯示模塊10和按鍵控制模塊9進(jìn)行分時(shí)顯示以及通過其進(jìn)行切 換控制，該板卡顯示實(shí)時(shí)的激光能量和位移量以及激光器的種類。綜上所述，本實(shí)用新型技術(shù)方案由獨(dú)立的模塊連接而成，可靠性高、針對性強(qiáng)、實(shí) 時(shí)性好，減小了板卡尺寸，故障容易排查，具有良好的兼容性及抗干擾能力。使用時(shí)，能實(shí) 時(shí)提供激光器功率和位移信息，CAN接口模塊將信息傳輸給上位機(jī)進(jìn)行顯示和控制，安全性 好。通過上位機(jī)的控制模塊可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng)控制多臺激光器。模擬信號通過微控制器判 斷大小，微控制器控制可編程放大器對信號進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯?，減少了信號的失真；CAN總線 接口電路部分采用了高速光耦6N137對信號進(jìn)行隔離，減少了外部信號的干擾，提高了信 號采集的精度。隨時(shí)可以遠(yuǎn)距離監(jiān)控激光的能量信息和位移量的信息，可遠(yuǎn)距離切換多個(gè) 激光器的GATE信號，成功實(shí)現(xiàn)多套激光器系統(tǒng)的切換，滿意達(dá)到了對激光器的靈活控制及 快速通信。需要理解到的是上述說明并非是對本實(shí)用新型的限制，在本實(shí)用新型構(gòu)思范圍 內(nèi)，所進(jìn)行的添加、變換、替換等，也應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求一種新型高精度激光切割系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集控制卡，包括上位機(jī)及下位機(jī)，其特征在于所述下位機(jī)包含信號處理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、下位機(jī)CAN總線模塊、下位機(jī)存儲器擴(kuò)展模塊和下位機(jī)微控制器，所述信號處理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、下位機(jī)CAN總線模塊、下位機(jī)存儲器擴(kuò)展模塊均與下位機(jī)微控制器相連接，所述下位機(jī)微控制器接入激光器控制模塊，所述信號處理模塊接入傳感器信號發(fā)生模塊，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接信號處理模塊，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接下位機(jī)CAN總線模塊；所述上位機(jī)包含按鍵控制模塊、顯示模塊、上位機(jī)CAN總線模塊、上位機(jī)存儲器擴(kuò)展模塊和上位機(jī)微控制器，所述按鍵控制模塊、顯示模塊、上位機(jī)CAN總線模塊、上位機(jī)存儲器擴(kuò)展模塊均與上位機(jī)微控制器相連接；所述上位機(jī)CAN總線模塊通過CAN局域網(wǎng)與所述下位機(jī)CAN總線模塊通信連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型高精度激光切割系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集控制卡，其特征在 于所述下位機(jī)CAN總線模塊嵌有控制信號傳輸?shù)男酒?，所述芯片為CAN接口控制芯片 82C250。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型高精度激光切割系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集控制卡，其特征在 于所述上位機(jī)CAN總線模塊嵌有控制信號傳輸?shù)男酒?，所述芯片為CAN接口控制芯片 82C250。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型高精度激光切割系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集控制卡，其特征在 于所述A/D轉(zhuǎn)換模塊采用12位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器AD574。
專利摘要本實(shí)用新型涉及高精度激光切割系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集控制卡，包括上位機(jī)及下位機(jī)，下位機(jī)中的信號處理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、下位機(jī)CAN總線模塊、下位機(jī)存儲器擴(kuò)展模塊均與下位機(jī)微控制器相連接，下位機(jī)微控制器接入激光器控制模塊，信號處理模塊接入傳感器信號發(fā)生模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接信號處理模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接下位機(jī)CAN總線模塊；上位機(jī)中的按鍵控制模塊、顯示模塊、上位機(jī)CAN總線模塊、上位機(jī)存儲器擴(kuò)展模塊均與上位機(jī)微控制器相連接；上位機(jī)CAN總線模塊通過CAN局域網(wǎng)與下位機(jī)CAN總線模塊通信連接。該方案可遠(yuǎn)距離監(jiān)控激光能量信息和位移量信息，能遠(yuǎn)距離切換多個(gè)激光器的GATE信號，成功實(shí)現(xiàn)多套激光器系統(tǒng)的切換，達(dá)到對激光器的靈活控制。
文檔編號G05B19/418GK201667022SQ20092004697
公開日2010年12月8日 申請日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者趙裕興, 顧衛(wèi)榮 申請人:蘇州德龍激光有限公司