一种数据通信方法及其用于双余度电机测控的方法及系统技术方案

技术编号:19751432 阅读:29 留言:0更新日期:2018-12-12 05:47
本发明专利技术公开了一种数据通信方法及其用于双余度电机测控的方法及系统,其数据通信方法包括步骤:一、通信协议设定,二、双循环并行数据接收处理;其双余度电机测控方法包括步骤:一、通信协议设定,二、数据采集及发送,三、数据接收处理;其双余度电机测控系统包括DSP数字处理器模块和电源电路模块,以及与DSP数字处理器模块相接的复位电路、存储扩展电路和RS422/RS485通信电路;DSP数字处理器模块的输入端接有电流检测电路、电压检测电路、温度检测电路和RVDT解算电路。本发明专利技术能够稳定、安全可靠地实现双余度伺服电机之间的协调控制,以及上位机LabVIEW与下位机DSP数字处理器模块之间的数据通信,便于推广使用。

【技术实现步骤摘要】
一种数据通信方法及其用于双余度电机测控的方法及系统
本专利技术属于电机控制
,具体涉及一种数据通信方法及其用于双余度电机测控的方法及系统。
技术介绍
伺服系统在航空航天领域中的应用颇为广泛,伺服系统在运行过程中出现故障的情况是不可避免的,其在航空航天应用中出现故障后带来的损失也是不可估量的,为了增强系统应对故障的适应能力,通常采用余度控制技术,当系统的某一部分出现故障时能够保障整个系统的可靠运行,同时可以满足一定的性能要求,但余度间强耦合特征尤其是余度间负荷状态差异将导致伺服系统的协调控制难度增大,为了合理有效地实现双余度电机之间的协调控制,实时监测到伺服系统的各种状态,采集电机的转速、母线电压、三相电流、温度和转子位置等参数,人们想到采用DSP数字处理器进行数据采集,并在上位机上采用LabVIEW进行数据直观显示的方法,但是,现有技术中还缺少一种电路结构简单,能够实时采集双余度伺服电机的母线电压、三相电流、温度和转子位置等参数的数据采集电路;而且,基于LabVIEW和DSP传统的通信方案在通信数据量大、通信时间极短的情况下,容易丢失数据,在解析数据帧过程中程序复杂且耗时较多,很难满足实时监测系统的需求;随着程序长时间运行,缓冲区数据量增大导致程序运行速度降低,甚至出现卡顿;现有技术中还缺乏有效的解决方案。在LabVIEW中,使用基本的VISA通信“串口初始化—读写串口—关闭串口”,就可以实现串行通信数据的收发处理,2017年4月张素萍在期刊《电子器件》上发表“基于DSP和LabVIEW的串行通讯研究”一文,在基本的VISA通信基础上,利用while循环+事件结构虽然增强了系统的实时性、减少了CPU的使用率,但没有考虑当通信数据量大、通信时间极短的要求下,基本的VISA通信容易导致数据的丢失,同时在解析数据帧过程中程序复杂且耗时较多,很难满足实时监测系统的需求;在专利公告号为CN104063216名称为“一种基于LabVIEW的高速数据处理显示方法”的专利中,张帆等人针对在大型复杂的LabVIEW工程中,系统内信号不断增多、通信数据量大,传统的设计流程由于缺乏合理有效的程序运行框架搭建,致使程序在运行时效率低、系统资源占用大、高速数据处理传输时图像显示出现卡顿的问题,提出根据模块传输速率、实时性、完整性和资源占用等划分为11种功能模块,每一个功能模块创建一个while循环运行线程,利用定时while循环对功能模块优先级和循环时间进行设置,该方案虽然有效的解决了通信复杂及处理数据不及时的问题,但程序结构整体复杂,使用线程多,处理不当时容易增加CPU使用率,使程序运行缓慢。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种能够保障数据通信的质量、程序结构简单、不会因为程序长时间运行明显降低程序运行速度造成卡顿或图像显示异常等现象的数据通信方法。为解决上述技术问题,本专利技术采用的技术方案是:一种数据通信方法,用于实现上位机LabVIEW通过串口接收下位机DSP数字处理器模块发送给其的数据,其特征在于,该方法包括以下步骤:步骤一、通信协议设定:在上位机LabVIEW中设定上位机LabVIEW与下位机DSP数字处理器模块通信的通信协议;步骤二、双循环并行数据接收处理:DSP数字处理器模块每隔时间t向上位机LabVIEW发送一帧数据;上位机LabVIEW分为接收数据和解包处理数据两个循环,接收数据的同时开始对数据进行解析处理;其中,接收数据循环的具体过程为:当上位机LabVIEW的接收数据循环内VISA读取数据检测到有字节时,将接收到的数据按字节依次取出存放到指定数组“读取缓冲数组”中;“读取缓冲数组”内每存放一个字节“读取缓冲数组存指针”加1;其中,解包处理数据循环的具体过程为:当上位机LabVIEW的解包处理数据循环内的“读取缓冲数组存指针”和“读取缓冲数组取指针”不相等时,上位机LabVIEW进入解包处理数据循环内解析数据帧;首先,“读取缓冲数组取指针”将“读取缓冲数组”内的数据索引至“解包临时字节”,再将该“解包临时字节”存入新的数组“解包数组”中;然后,设置布尔量“帧头标志”位,当在“解包数组”中找到帧头后,“帧头标志”布尔值为真,进入条件判断结构真,“解包指针”从0至1,依次向后加3个字节,“解包指针”为4即找到一帧完整的数据,此时再将“帧头标志”至为假,“解包指针”至为0;最后,将获取的每帧数据进行CRC校验,将通过CRC校验的数据确定为正确数据并赋值到前面板显示;否则,当在“解包数组”中未找到帧头或数据未通过CRC校验时,丢弃数据。本专利技术还公开了一种能够保障数据通信的质量、程序结构简单、不会因为程序长时间运行明显降低程序运行速度造成卡顿或图像显示异常等现象、能够计算机上实现对电机的实时监测的双余度电机测控数据采集处理方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:步骤一、通信协议设定:在上位机LabVIEW中设定上位机LabVIEW与下位机DSP数字处理器模块通信的通信协议;步骤二、数据采集及发送:电流检测电路对双余度电机的绕组电流进行实时检测,电压检测电路对母线电压进行实时检测,温度检测电路对双余度电机功率板的温度进行实时检测,RVDT解算电路对双余度电机的转子位置进行检测解算;DSP数字处理器模块采集绕组电流数据、母线电压数据、双余度电机功率板的温度数据和转子位置数据,且每隔时间t向上位机LabVIEW发送一帧数据;步骤三、数据接收处理:上位机LabVIEW分为接收数据和解包处理数据两个循环,接收数据的同时开始对数据进行解析处理;其中,接收数据循环的具体过程为:当上位机LabVIEW的接收数据循环内VISA读取数据检测到有字节时,将接收到的数据按字节依次取出存放到指定数组“读取缓冲数组”中;“读取缓冲数组”内每存放一个字节“读取缓冲数组存指针”加1;其中,解包处理数据循环的具体过程为:当上位机LabVIEW的解包处理数据循环内的“读取缓冲数组存指针”和“读取缓冲数组取指针”不相等时,上位机LabVIEW进入解包处理数据循环内解析数据帧;首先,“读取缓冲数组取指针”将“读取缓冲数组”内的数据索引至“解包临时字节”,再将该“解包临时字节”存入新的数组“解包数组”中;然后,设置布尔量“帧头标志”位,当在“解包数组”中找到帧头后,“帧头标志”布尔值为真,进入条件判断结构真,“解包指针”从0至1,依次向后加3个字节,“解包指针”为4即找到一帧完整的数据,此时再将“帧头标志”至为假,“解包指针”至为0;最后,将获取的每帧数据进行CRC校验,将通过CRC校验的数据确定为正确数据并赋值到前面板显示;否则,当在“解包数组”中未找到帧头或数据未通过CRC校验时,丢弃数据。本专利技术还公开了一种电路结构简单、设计新颖合理、实现方便且成本低、能够稳定且安全可靠地实现双余度伺服电机数据采集传输、实用性强、便于推广使用实现双余度电机测控方法的双余度电机测控数据采集系统,其特征在于:包括DSP数字处理器模块和为双余度伺服测控电路中各用电模块供电的电源电路模块,以及与DSP数字处理器模块相接的复位电路、存储扩展电路和用于与上位机进行通信的RS422/RS485通信电路;所述DSP数字处理器模块的输入端本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种数据通信方法,用于实现上位机LabVIEW通过串口接收下位机DSP数字处理器模块(1)发送给其的数据,其特征在于,该方法包括以下步骤:步骤一、通信协议设定:在上位机LabVIEW中设定上位机LabVIEW与下位机DSP数字处理器模块(1)通信的通信协议;步骤二、双循环并行数据接收处理:DSP数字处理器模块(1)每隔时间t向上位机LabVIEW发送一帧数据;上位机LabVIEW分为接收数据和解包处理数据两个循环,接收数据的同时开始对数据进行解析处理;其中,接收数据循环的具体过程为:当上位机LabVIEW的接收数据循环内VISA读取数据检测到有字节时,将接收到的数据按字节依次取出存放到指定数组“读取缓冲数组”中;“读取缓冲数组”内每存放一个字节“读取缓冲数组存指针”加1;其中,解包处理数据循环的具体过程为:当上位机LabVIEW的解包处理数据循环内的“读取缓冲数组存指针”和“读取缓冲数组取指针”不相等时,上位机LabVIEW进入解包处理数据循环内解析数据帧;首先,“读取缓冲数组取指针”将“读取缓冲数组”内的数据索引至“解包临时字节”,再将该“解包临时字节”存入新的数组“解包数组”中;然后,设置布尔量“帧头标志”位,当在“解包数组”中找到帧头后,“帧头标志”布尔值为真,进入条件判断结构真,“解包指针”从0至1,依次向后加3个字节,“解包指针”为4即找到一帧完整的数据,此时再将“帧头标志”至为假,“解包指针”至为0;最后,将获取的每帧数据进行CRC校验,将通过CRC校验的数据确定为正确数据并赋值到前面板显示;否则,当在“解包数组”中未找到帧头或数据未通过CRC校验时,丢弃数据。...

【技术特征摘要】
1.一种数据通信方法,用于实现上位机LabVIEW通过串口接收下位机DSP数字处理器模块(1)发送给其的数据,其特征在于,该方法包括以下步骤:步骤一、通信协议设定:在上位机LabVIEW中设定上位机LabVIEW与下位机DSP数字处理器模块(1)通信的通信协议;步骤二、双循环并行数据接收处理:DSP数字处理器模块(1)每隔时间t向上位机LabVIEW发送一帧数据;上位机LabVIEW分为接收数据和解包处理数据两个循环,接收数据的同时开始对数据进行解析处理;其中,接收数据循环的具体过程为:当上位机LabVIEW的接收数据循环内VISA读取数据检测到有字节时,将接收到的数据按字节依次取出存放到指定数组“读取缓冲数组”中;“读取缓冲数组”内每存放一个字节“读取缓冲数组存指针”加1;其中,解包处理数据循环的具体过程为:当上位机LabVIEW的解包处理数据循环内的“读取缓冲数组存指针”和“读取缓冲数组取指针”不相等时,上位机LabVIEW进入解包处理数据循环内解析数据帧;首先,“读取缓冲数组取指针”将“读取缓冲数组”内的数据索引至“解包临时字节”,再将该“解包临时字节”存入新的数组“解包数组”中;然后,设置布尔量“帧头标志”位,当在“解包数组”中找到帧头后,“帧头标志”布尔值为真,进入条件判断结构真,“解包指针”从0至1,依次向后加3个字节,“解包指针”为4即找到一帧完整的数据,此时再将“帧头标志”至为假,“解包指针”至为0;最后,将获取的每帧数据进行CRC校验,将通过CRC校验的数据确定为正确数据并赋值到前面板显示;否则,当在“解包数组”中未找到帧头或数据未通过CRC校验时,丢弃数据。2.一种应用如权利要求1所述数据通信方法的双余度电机测控数据采集处理方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:步骤一、通信协议设定:在上位机LabVIEW中设定上位机LabVIEW与下位机DSP数字处理器模块(1)通信的通信协议;步骤二、数据采集及发送:电流检测电路(6)对双余度电机的绕组电流进行实时检测,电压检测电路(7)对母线电压进行实时检测,温度检测电路(8)对双余度电机功率板的温度进行实时检测,RVDT解算电路(9)对双余度电机的转子位置进行检测解算;DSP数字处理器模块(1)采集绕组电流数据、母线电压数据、双余度电机功率板的温度数据和转子位置数据,且每隔时间t向上位机LabVIEW发送一帧数据;步骤三、数据接收处理:上位机LabVIEW分为接收数据和解包处理数据两个循环,接收数据的同时开始对数据进行解析处理;其中,接收数据循环的具体过程为:当上位机LabVIEW的接收数据循环内VISA读取数据检测到有字节时,将接收到的数据按字节依次取出存放到指定数组“读取缓冲数组”中;“读取缓冲数组”内每存放一个字节“读取缓冲数组存指针”加1;其中,解包处理数据循环的具体过程为:当上位机LabVIEW的解包处理数据循环内的“读取缓冲数组存指针”和“读取缓冲数组取指针”不相等时,上位机LabVIEW进入解包处理数据循环内解析数据帧;首先,“读取缓冲数组取指针”将“读取缓冲数组”内的数据索引至“解包临时字节”,再将该“解包临时字节”存入新的数组“解包数组”中;然后,设置布尔量“帧头标志”位,当在“解包数组”中找到帧头后,“帧头标志”布尔值为真,进入条件判断结构真,“解包指针”从0至1,依次向后加3个字节,“解包指针”为4即找到一帧完整的数据,此时再将“帧头标志”至为假,“解包指针”至为0;最后,将获取的每帧数据进行CRC校验,将通过CRC校验的数据确定为正确数据并赋值到前面板显示;否则,当在“解包数组”中未找到帧头或数据未通过CRC校验时,丢弃数据。3.一种实现如权利要求2所示双余度电机测控方法的双余度电机测控数据采集系统,其特征在于:包括DSP数字处理器模块(1)和为双余度伺服测控电路中各用电模块供电的电源电路模块(2),以及与DSP数字处理器模块(1)相接的复位电路(3)、存储扩展电路(4)和用于与上位机进行通信的RS422/RS485通信电路(5);所述DSP数字处理器模块(1)的输入端接有用于检测电机绕组电流的电流检测电路(6)和用于检测母线电压的电压检测电路(7),以及用于检测所述双余度伺服电机测控电路温度的温度检测电路(8)和用于解算电机转子位置信息的RVDT解算电路(9);所述电源电路模块(2)包括24V开关电源(2-1)以及均与24V开关电源(2-1)的输出端连接的24V到15V电压转换电路(2-2)和24V到5V电压转换电路(2-4),所述24V到15V电压转换电路(2-2)的15V电压输出端接有15V到-15V电压转换电路(2-6),所述24V到5V电压转换电路(2-4)的5V电压输出端接有5V到3.3V和1.9V电压转换电路(2-5);所述DSP数字处理器模块(1)与5V到3.3V和1.9V电压转换电路(2-5)的3.3V电压输出端和1.9V电压输出端均连接,所述复位电路(3)和存储扩展电路(4)均与5V到3.3V和1.9V电压转换电路(2-5)的3.3V电压输出端连接,所述RS422/RS485通信电路(5)与24V到5V电压转换电路(2-4)的5V电压输出端和5V到3.3V和1.9V电压转换电路(2-5)的3.3V电压输出端均连接,所述电流检测电路(6)与24V到5V电压转换电路(2-4)的5V电压输出端连接,所述电压检测电路(7)与24V到15V电压转换电路(2-2)的15V电压输出端和15V到-15V电压转换电路(2-6)的-15V电压输出端均连接,所述温度检测电路(8)与24V到5V电压转换电路(2-4)的5V电压输出端和5V到3.3V和1.9V电压转换电路(2-5)的3.3V电压输出端均连接,所述RVDT解算电路(9)与24V到5V电压转换电路(2-4)的5V电压输出端和5V到3.3V和1.9V电压转换电路(2-5)的3.3V电压输出端均连接。4.按照权利要求3所述的双余度电机测控数据采集系统,其特征在于:所述24V到15V电压转换电路(2-2)包括型号为LM317的稳压芯片U5、开关二极管D5、非极性电容C12、非极性电容C13、非极性电容C15、电阻R12和电阻R15,所述稳压芯片U5的第1引脚和非极性电容C12的一端均与24V开关电源(2-1)的输出端连接,所述非极性电容C12的另一端通过电阻R15接地,所述稳压芯片U5的第2引脚与电阻R12的一端、开关二极管D5的阴极和非极性电容C15的一端均连接,且为24V到15V电压转换电路(2-2)的15V电压输出端,所述稳压芯片U5的第3引脚、电阻R12的另一端、开关二极管D5的阳极和非极性电容C13的一端均接地,所述非极性电容C15的另一端与非极性电容C13的另一端连接;所述24V到5V电压转换电路(2-4)包括型号为LM317的稳压芯片U6、开关二极管D6、非极性电容C17、非极性电容C18、非极性电容C19、电阻R13和电阻R14,所述稳压芯片U6的第1引脚和非极性电容C17的一端均与24V开关电源(2-1)的输出端连接,所述非极性电容C17的另一端通过电阻R14接地,所述稳压芯片U6的第2引脚与电阻R13的一端、开关二极管D6的阴极和非极性电容C19的一端均连接,且为24V到5V电压转换电路(2-4)的5V电压输出端,所述稳压芯片U6的第3引脚、电阻R13的另一端、开关二极管D6的阳极和非极性电容C18的一端均接地,所述非极性电容C19的另一端与非极性电容C18的另一端连接;所述5V到3.3V和1.9V电压转换电路(2-5)包括电源管理芯片TPS70302、发光二极管LED1、发光二极管LED2、极性电容CEP1、极性电容CEP2、极性电容CEP3、极性电容CEP4、非极性电容CP2、非极性电容CP3、非极性电容CP4、电阻RP13、电阻RP14、电阻RP15、电阻RP16、电阻RP17、电阻RP18、电阻RP19和电阻RP20,所述电源管理芯片TPS70302的第2引脚、第3引脚、第5引脚、第6引脚、第8引脚、第10引脚、第11引脚、极性电容CEP2的正极、极性电容CEP3的正极和非极性电容CP3的一端均与24V到5V电压转换电路(2-4)的5V电压输出端连接,所述电源管理芯片TPS70302的第0引脚、第1引脚、第7引脚、第9引脚、第12引脚、极性电容CEP2的负极、极性电容CEP3的负极和非极性电容CP3的另一端均接地,所述电源管理芯片TPS70302的第22引脚和电源管理芯片TPS70302的第23引脚连接,且为5V到3.3V和1.9V电压转换电路(2-5)的3.3V电压输出端,所述电阻RP13的一端、电阻RP16的一端、电阻RP20的一端、极性电容CEP1的正极、非极性电容CP2的一端和电阻RP15的一端均与5V到3.3V和1.9V电压转换电路(2-5)的3.3V电压输出端连接,所述极性电容CEP1的负极、非极性电容CP2的另一端和发光二极管LED1的阴极接地,所述发光二极管LED1的阳极与电阻RP15的另一端连接,所述电源管理芯片TPS70302的第21引脚与电阻RP13的另一端连接,且通过电阻RP14接地,所述电源管理芯片TPS70302的第19引脚与电阻RP16的另一端连接,所述电源管理芯片TPS70302的第18引脚与电阻RP20的另一端连接,所述电源管理芯片TPS70302的第14引脚和电源管理芯片TPS70302的第15引脚连接,且为5V到3.3V和1.9V电压转换电路(2-5)的1.9V电压输出端,所述电阻RP18的一端、极性电容CEP4的正极、非极性电容CP4的一端和电阻RP17的一端均与5V到3.3V和1.9V电压转换电路(2-5)的1.9V电压输出端连接,所述电源管理芯片TPS70302的第16引脚和电阻RP18的另一端连接,且通过电阻RP19接地,所述电源管理芯片TPS70302的第13引脚、第24引脚、极性电容CEP4的负极、非极性电容CP4的另一端和发光二极管LED1的阴极均接地,所述发光二极管LED1的阳极与电阻RP17的另一端连接;所述15V到-15V电压转换电路(2-6)包括稳压芯片MAX765、肖特基二极管D7、电感L1、非极性电容C16和非极性电容C21,所述稳压芯片MAX765的第6引脚、第7引脚和非极性电容C16的一端均与24V到15V电压转换电路(2-2)的15V电压输出端连接,所述稳压芯片MAX765的第3引脚、第5引脚和非极性电容C16的另一端均接地,所述稳压芯片MAX765的第4引脚与稳压芯片MAX765的第2引脚连接,且通过非极性电容C21接地,所述稳压芯片MAX765的第1引脚与肖特基二极管D7的阳极连接,且为15V到-15V电压转换电路(2-6)的-15V电压输出端,所述稳压芯片MAX765的第8引脚与肖特基二极管D7的阴极连接,且通过电感L1接地。5.按照权利要求3所述的双余度电机测控数据采集系统,其特征在于:所述DSP数字处理器模块(1)包括DSP芯片TMS320F2812、晶振Y1、非极性电容CX1和非极性电容CX2,所述晶振Y1的一端和非极性电容CX1的一端均与DSP芯片TMS320F2812的第77引脚连接,所述晶振Y1的另一端和非极性电容CX2的一端均与DSP芯片TMS320F2812的第76引脚连接,所述非极性电容CX1的另一端和非极性电容CX2的另一端均接地,所述DSP芯片TMS320F2812的第31引脚、第64引脚、第81引脚、第114引脚、第145引脚和第69引脚均与5V到3.3V和1.9V电压转换电路(2-5)的3.3V电压输出端连接,所述DSP芯片TMS320F2812的第23引脚、第37引脚、第56引脚、第75引脚、第100引脚、第112引脚、第128引脚、第143引脚和第154引脚均与5V到3.3V和1.9V电压转换电路(2-5)的1.9V电压输出端连接,所述DSP芯片TMS320F2812的第19引脚、第32引脚、第38引脚、第52引脚、第58引脚、第70引脚、第78引脚、第86引脚、第99引脚、第105引脚、第113引脚、第120引脚、第129引脚、第142引脚和第153引脚均接地;所述复位电路(3)包括微处理器监控器芯片MAX690_ESA、开关二极管D1、非极性电容CX64、非极性电容CX65、电阻RX8和电阻RX9,所述微处理器监控器芯片MAX690_ESA的第1引脚、第2引脚、第8引脚和非极性电容CX64的一端均与5V到3.3V和1.9V电压转换电路(2-5)的3.3V电压输出端连接,所述微处理器监控器芯片MAX690_ESA的第3引脚、第4引脚和非极性电容CX64的另一端均接地,所述微处理器监控器芯片MAX690_ESA的第6引脚与DSP芯片TMS320F2812的第92引脚连接,且通过电阻RX9与5V到3.3V和1.9V电压转换电路(2-5)的3.3V电压输出端连接,所述微处理器监控器芯片MAX690_ESA的第7引脚、开关二极管D1的阳极、电阻RX8的一端和非极性电容CX65的一端均与DSP芯片TMS320F2812的第135引脚连接,所述开关二极管D1的阴极和电阻RX8的另一端均与5V到3.3V和1.9V电压转换电路(2-5)的3.3V电压输出端连接,所述非极性电容CX65的另一端接地。6.按照权利要求5所述的双余度电机测控数据采集系统,其特征在于:所述存储扩展电路(4)包括存储芯片AT24C256、电阻R...

【专利技术属性】
技术研发人员:周奇勋李鹏博刘全龙郭山孟庆品陶海莉刘娜卢少亮徐贵超
申请(专利权)人:西安科技大学
类型:发明
国别省市:陕西,61

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