通用多轴运动控制板卡
技术领域
本实用新型涉及自动化测试设备技术领域，特别涉及一种通用多轴运动控制板卡。
背景技术
运动控制卡是一种基于PC机及工业PC机、用于各种运动控制场合(包括位移、速度、加速度等)的上位控制单元。随着工业自动化程度增加，产品竞争日趋激烈，客户对自动化设备性价比要求越来越高；运动控制卡作为工业运动控制的核心元件，其成本、实用性和可靠性必然受到重视。
市面上一部分伺服运动控制板卡基于PCIE插槽，价格偏贵，需要重新制作相对应的接口板卡，板卡上的借口线数量多，接线方式复杂，间接增加了线材成本，且难以维护；一部分实用Ethercat接口，虽然接线方式简单、稳定性好，但是硬件成本和开发成本高昂。因此小型自动化系统迫切需要一种接线方式简单、稳定性高、成本低、传输速度较快且能降低整机成本的解决方案。
实用新型内容
本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种通用多轴运动控制板卡，能够简化运动控制系统的接线和降低维护难度。
根据本实用新型实施例的通用多轴运动控制板卡，包括控制模块，设置在主控电路板上，所述主控电路板的两侧均设置有与所述控制模块电性连接的第一连接器；多个对外接口，设置在接口电路板上，所述接口电路板的两侧均设置有分别与多个所述对外接口电性连接的第二连接器，所述接口电路板和所述主控电路板上下叠放，并通过所述第二连接器和所述第一连接器配合电性连接。
根据本实用新型实施例的通用多轴运动控制板卡，至少具有如下有益效果：
接口电路板和主控电路板上下叠放，主控电路板布置控制模块、接口电路板引出对外接口，把对外接口布置在上方，有利于缩小电路板的布局平面面积，便于与对外接口连接的引线插拔，有利于提高空间限制下接线的便利性。
根据本实用新型的一些实施例，所述控制模块包括单片机以及分别与所述单片机连接的DSP运动控制单元和驱动信号隔离单元，所述单片机、所述DSP运动控制单元和所述驱动信号隔离单元分别与所述第一连接器连接。
根据本实用新型的一些实施例，所述对外接口包括分别与所述第二连接器连接的IO接口、多个驱动器接口和多个限位接口，所述IO接口和多个所述驱动器接口阵列设置在所述接口电路板上表面的左侧，多个所述限位接口依次排列在所述接口电路板的右侧边缘。
根据本实用新型的一些实施例，所述驱动器接口包括四个伺服电机接口和两个步进电机接口。
根据本实用新型的一些实施例，所述对外接口包括与所述第二连接器连接的Ethernet接口，所述Ethernet接口设置在所述IO接口和所述限位接口之间。
根据本实用新型的一些实施例，所述对外接口还包括分别与所述第二连接器连接的CAN总线接口和/或RS485总线接口。
根据本实用新型的一些实施例，所述对外接口还包括与所述第二连接器连接的急停接口，所述急停接口设置在所述IO接口和所述限位接口之间。
根据本实用新型的一些实施例，所述接口电路板上设置有与所述第二连接器电性连接的ID拨码开关，所述ID拨码开关位于所述IO接口和所述限位接口之间。
根据本实用新型的一些实施例，所述对外接口还包括与所述第二连接器连接的调试接口，所述调试接口设置在所述IO接口和所述限位接口之间。
根据本实用新型的一些实施例，所述接口电路板上设置有电压转换模块和电源接口，所述电压转换模块的输入端所述电源接口连接，所述电压转换模块的输出端分别与所述第二连接器和多个所述对外接口连接。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本实用新型实施例的通用多轴运动控制板卡的结构示意图；
图2为图1示出的通用多轴运动控制板卡的俯视示意图；
图3为本实用新型实施例的通用多轴运动控制板卡的原理框图；
图4为图3示出的通用多轴运动控制板卡的驱动信号隔离单元的电路原理图；
图5为图3示出的通用多轴运动控制板卡的IO隔离单元的电路原理图；
图6为本实用新型实施例的通用多轴运动控制板卡的电压转换模块原理框图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。
在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。
请参照图1和图2，本实施例公开了一种通用多轴运动控制板卡，包括控制模块和多个对外接口，控制模块设置在主控电路板100上，主控电路板100的两侧均设置有与控制模块电性连接的第一连接器101，多个对外接口设置在接口电路板200上，接口电路板200的两侧均设置有分别与多个对外接口电性连接的第二连接器201，接口电路板200和主控电路板100上下叠放，并通过第二连接器201和第一连接器101配合电性连接。在本实施例中，第一连接器101和第二连接器201采用配对的排母和排针。
接口电路板200和主控电路板100上下叠放，主控电路板100布置控制模块、接口电路板200引出对外接口，把对外接口布置在上方，有利于缩小电路板的布局平面面积，便于与对外接口连接的引线插拔，有利于提高空间限制下接线的便利性。
请参照图1和图3，在一些实施例中，控制模块包括单片机110以及分别与单片机110连接的DSP运动控制单元120和驱动信号隔离单元130，单片机110、DSP运动控制单元120和驱动信号隔离单元130分别与第一连接器101连接。单片机110采用型号为STM32ZET6的微控制器，STM32ZET6单片机110为嵌入式控制系统，连接有有源贴片晶振，可提高嵌入式控制系统的频率稳定性。DSP运动控制单元120包括DSP芯片及其外围电路，请参照图4，驱动信号隔离单元130包括型号为HCPL-2631的高速光耦合器U16，驱动信号隔离单元130用于将输入信号和输出信号进行光电隔离，有利于提高信号的抗干扰能力。
请参照图1和图2，在一些实施例中，对外接口包括分别与第二连接器201连接的IO接口210、多个驱动器接口220和多个限位接口230，IO接口210和多个驱动器接口220阵列设置在接口电路板200上表面的左侧，多个限位接口230依次排列在接口电路板200的右侧边缘。接口排列整齐美观，便于标识和维护。其中IO接口210采用DB15连接器，请参照图3和图5，IO接口210通过IO隔离单元与单片机110连接，IO隔离单元包括型号为PS2801的光耦U1，IO接口210可连接到外部的IO小板，并通过IO小板连接其它器件，例如传感器，可以解决长距离接线杂乱的问题以及降低接线的复杂程度。
具体的，驱动器接口220包括四个伺服电机接口和两个步进电机接口，可以与六轴机器人连接。
青参照图2，在一些实施例中，对外接口包括与第二连接器201连接的Ethernet以太网接口，Ethernet接口240设置在IO接口210和限位接口230之间，布局整齐美观，有利于充分利用接口电路板200的布线空间。Ethernet接口240为电脑和路由器等设备的通用接口，可通用多轴运动控制板卡以通过网线与电脑或路由器的直连，从而实现与上位机的通讯，减少转换线路和接口，简化接线。Ethernet通信还具有速度快、通信稳定的优点，可以满足大部分自动化控制系统的需求。
请参照图2，在一些实施例中，对外接口还包括分别与第二连接器201连接的CAN总线接口250和/或RS485总线接口260。CAN总线接口250和RS485总线接口260可作为备用接口，用以与不具备Ethernet接口240的上位机进行连接。
在一些实施例中，对外接口还包括与第二连接器201连接的急停接口270，急停接口270设置在IO接口210和限位接口230之间。当紧急情况发生时，控制模块可以通过急停接口270发出急停信号，避免情况进一步恶化。
在一些实施例中，接口电路板200上设置有与第二连接器201电性连接的ID拨码开关280，ID拨码开关280位于IO接口210和限位接口230之间。ID拨码开关280与单片机110连接，并用于设置通用多轴运动控制板卡的通信ID。
在一些实施例中，对外接口还包括与第二连接器201连接的调试接口290，调试接口290设置在IO接口210和限位接口230之间。调试接口290与单片机110连接，并用于进行固件的烧录、升级和单片机110的调试。
请参照图6，在一些实施例中，接口电路板200上设置有电压转换模块300和电源接口310，电压转换模块300的输入端电源接口310连接，电压转换模块300的输出端分别与第二连接器201和多个对外接口连接。电压转换模块300包括共模滤波单元以及24V-5V隔离转换单元，电压转换模块300为控制模块供电，有利于降低外部信号的干扰，提高稳定性。
上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
