路灯车起升控制器软件系统     湛江路灯车出租, 湛江路灯车租赁, 湛江路灯车出租公司  转速测量在矢量控制方法中电机的转速值会反馈到速度闭环，因此转速的测量精度对速度调节影响很大。本文中电机的转速主要利用光电编码器和DSP中的脉冲编码单元(eQEP)模块进行测量。测量电机转速的方法主要有M法、T法和M/T法。    1.M法测速M法测速原理是在规定的时间CT内读取光电编码器的脉冲数x，通过计算得到CT时间内的平均转速。这种方法的测速精度与光电编码器的精度和计数的频率有关，适合在电机高速运转时采用。  4M法测速在t1时刻计数器的值为1x(t)，t2时刻计数器的值为2x(t)，则Tc=t2-t1时间内电机的平均转速v(t).  用M法测得的值为： T法测速的原理是系统先产生一路频率为fCLK的高频脉冲，通过计数两个正交脉冲之间的高频时钟个数来确定所需的时间，然后计算转速。这种方法适合在电机低速运转时采用。   T法测速设编码器产生的周期脉冲信号的周期为Tc，并且一个周期的起、止时刻分别为t1和t2，其中Tc=t2-t1，在Tc期间高频脉冲的计数值为X，则用T法测得Tc时间内电机的平均转速v(t)为：21()Xvttt.   3.M/T法M/T法是将M法和T法结合起来，在一定的时间里同时对光电编码器产生的脉冲数计数1M和时钟产生的脉冲数进行计数2M，M/T法测速的示意图。图4.6M/T法测速设时钟脉冲频率为clkf，编码器每转一圈产生p个脉冲，则由M/T法测得的电机在Tc时间内的平均转速v(t)为：1260.   这种方法既能体现M法测量高速的优点，又能体现T法测量低速的优点，测量精度高。 采用此方法测量电机的转速。利用光电编码器测量电机转速的电路。  功率驱动模块DSP输出的PWM信号电压为0~3.3V，输出的电流仅有几十毫安，为了使PWM信号能够驱动电机，需要将PWM信号通过逆变电路，以产生低电压大电流驱动信号。常用的功率驱动器件有两种，一种是采用六个高功率晶体管和驱动芯片组成的功率驱动器，另一种是将驱动电路、保护电路、检测电路以及与外部通信的外部接口电路等集成在一起的智能功率模块(IntelligentPowerModule,IPM)。采用智能功率模块作为电机的驱动器。

       信号隔离电路DSP输出的PWM信号是低电压弱电流的逻辑信号，相对于智能功率模块的大电压和大电流来讲，极易受到干扰，需要在DSP输出的PWM信号和IPM之间加入光耦隔离器件。由于PWM信号频率比较高，通常选用快速光耦隔离器件。采用6N137快速光耦，典型的6N137电路连接图。   智能功率模块是将逆变电路和其配套的驱动电路、保护电路以及检测电路集成在一起的电路模块，具有高开关频率、高输入阻抗、高电流密度、高耐压、低驱动功率51和低饱和电压的特点，在控制领域应用广泛。选用PM30CTJ060型号IPM，它最大工作电压为600V，最大工作电流为30A，开关频率高达20KHz，适用功率2.2KW。同时该模块内置IGBT逆变电路以及故障检测电路，包括过电流(OC)、短路(SC)、过热(OH)和欠压(UV)保护等。功率驱动模块与DSP连接的电路。DSP中的ePWM模块输出的六路PWM信号通过快速光耦将信号发送到IPM器件的输入端口Up、Vp、Wp和Un、Vn、Wn引脚，输出端口的U、V、W引脚输出三相电压，驱动电机工作。  IPM与DSP连接电路4.6AD转换电路为了保证路灯车能够安全、可靠的工作，在路灯车中加入多种传感器，通过这些传感器反馈的信息，驾驶员能够实时了解路灯车的工作情况，实时调整自己的操作动作。在路灯车吊篮起升控制部分，需要通过传感器测量的量包括吊篮高度，吊篮载重量，吊篮上升速度，踏板旋转角度等，采用A/D转换器，将传感器测得的模拟量转换成数字量并保存，吊篮高度、起升速度、载重等信息通过显示界面显示，踏板输出信号用于矢量控制系统速度闭环的给定量，完成矢量控制方法。 CPD30路灯车额定载重量为3t，最大起升高度为3000mm，最大起升速度为280mm/s，吊篮的厚度为40mm，工程中常用的托盘插孔高度最小为89mm，控制路灯车吊篮起升的电动踏板最大旋转角度为20°，输出的电压范围为0~9.1V。   由上述路灯车的基本参数，选用的AD转换器分别为10位串行AD转换器TLC1543和8位串行AD转换器TLC549，其中TLC1543用于测量吊篮载重、吊篮起升速度及吊篮高度信号，测量信号的精度分别为24kg、0.27mm/s、24mm，利用TLC549测量电机温度、踏板输出等信号，测量信号的精度分别为1.2℃、0.03V，在路灯车中正常工作情况下，采用上述两种AD转换器，能够满足实际要求的精度。

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       为了让驾驶员更好的了解路灯车的工作情况，起升控制器将采集到的信号通过串口通信电路发送到显示界面显示，方便驾驶员了解路灯车的工作状态，随时调整操作动作。串口通信选用三线制通信方式，由于FPGA的逻辑电平和串口RS-232的电器特性完全相反，需要采用MAX232芯片进行电平转换，串口通信接口电路.   DSP与FPGA通信方法FPGA和DSP是控制器的核心，二者相互协作的前提是能够相互通信。TMS320x28335中具有外部扩展接口(XINTF)模块，能够读取外部扩展存储模块如SRAM、FLASH等存储器中的数据，因此可以利用DSP中的XINTF与FPGA相连，完成DSP与FPGA之间的数据通信，其原理是在FPGA内部建立RAM模块，DSP通过XINTF读取FPGA内部RAM中的数据，实现两者间数据传递。DSP与FPGA之间通信过程如下。FPGA内部建立一个随机存储器RAM，数据宽度为10位，存储器深度为16，这个RAM模块用来接收AD转换器发送的数据，包括吊篮起升速度，吊篮高度，吊篮载重，电机温度，驾驶员给定的速度等信息。将RAM的地址线与DSP的XINTF接口地址线相连，RAM的数据线与DSP的XINTF的数据线相连。当DSP对某一地址对应的存储单元发送读写信号，FPGA接收到此信号时，RAM中相应地址的存储单元会进行读写的操作。DSP与FPGA的连线方式。

    系统电源设计:  本系统采用的电源由路灯车上的80V蓄电池提供，为了保证控制器能够顺利运行，需要将80V直流电源转换成控制器所需的电压。控制器中各模块所需的工作电压。  控制器所需电源表电气参数:  工作电压单位DSP/FPGA5VOP0715VLM35815V, 踏板12VDSP, 内核3.3V,  为了得到控制器正常工作所需的电压，需要设计电平转换电路将80V蓄电池的电源进行降压处理。控制器中所需的5V、3.3V等电源产生电路。

      通过路灯车起升控制器的功能需求，给出了路灯车起升控制器的总体设计方案；根据控制器的实际性能要求，选择FPGA和DSP为控制器的核心处理器；根据路灯车上的控制器、灯具、踏板等器件的供电需求设计电源模块；根据矢量控制方法的实现要求，设计了电流采样调理电路模块，智能功率模块（IPM）、转速测量模块；为了让FPGA和DSP协调工作，介绍了FPGA与DSP的硬件连接方式；为了更好的实现人机交互，设计了吊篮载重、吊篮运行速度、电机温度等信号采集模块，并通过串口通信电路将采集到的信息发送到显示界面显示。在对各部分电路分析后，采用AltiumDesigner软件绘制原理图并制作PCB板，完成控制器硬件电路设计。本文选用FPGA+DSP的作为路灯车起升控制器的微处理器，在此基础上设计控制器软件程序。控制器软件程序设计主要包括FPGA模块软件设计和DSP模块软件设计。软件部分主要在CodeComposerStudio(CCS)集成开发环境和QuartusII集成开发环境下分别用C语言和VerilogHDL两种语言进行开发。http://www.jiangmenshengjiangchechuzu.com/

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