总线化控制模块的设计与实现

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随着自动控制技术的不断革新,控制系统的复杂度日益提高,传统的控制系统设计流程日益呈现出它的弊端:研发周期长、难度大,调试和维护困难,设计效率低、可重构重组性低,针对这样的问题,总线化、网络化的控制系统应运而生,通过总线将集中式的系统变成多个网络节点,系统的各个部分解耦成独立的功能模块,这样的方式能有效的解决上述问题。本文的目的即是设计出总线控制模块,以RS485为主要总线,务求其接口标准化且种类丰富,完成平台中系统各功能模块的总线连接并在使用中具备通用性。首先本文就平台中各功能模块所需要的输入输出信号、接口、系统通信方式等方面提出了总体的设计方案,对系统的总线化连接、组网方式、总线控制模块应具备的功能和标准接口做出了详细分析。其次,根据总体方案的框架,设计了总线控制模块的硬件电路原理图和印制电路板,以SAM3U4C单片机为核心搭建了多个通信接口、无线射频、AD、DA和电机驱动等功能的外围电路。第三,基于应用需求,设计了RS485总线的通信协议。涉及的内容包括数据帧的格式、操作命令的格式和编码、模块间的通信机制和查询方式,并提出实现通信协议的程序流程。最后,将若干个控制模块运用到多个以二轴转台为实例的实际系统中,并详细阐述了主要功能的实现过程和关键点,设计了上位机软件以实现对总线化系统的监控,系统在总线模块的辅助下可顺利完成诸如跟踪、定位的功能,亦对系统中总线通信过程进行测试,给出控制模块的使用结果,验证了本方案的正确性。
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