專利名稱:步進馬達驅(qū)動控制器及步進馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種步進馬達驅(qū)動控制器及步進馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)，該驅(qū)動控制器包括CPU芯片、CAN接口、運動控制芯片、步進馬達驅(qū)動芯片及電源接口；電源接口分別電連接CPU芯片、CAN接口、運動控制芯片以及步進馬達驅(qū)動芯片，CPU芯片分別電連接CAN接口、運動控制芯片以及步進馬達驅(qū)動芯片，運動控制芯片還電連接步進馬達驅(qū)動芯片，CAN總線步進馬達驅(qū)動控制器還包括用于電連接馬達的功率輸出接口，功率輸出接口相應(yīng)電連接至步進馬達驅(qū)動芯片。通過上述實施方式，其硬件結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，并能夠適用于步進馬達使用數(shù)量較多的場合。
【專利說明】步進馬達驅(qū)動控制器及步進馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及運動控制設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種步進馬達驅(qū)動控制器及步進馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，現(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)的步進馬達驅(qū)動器功能等同于脈沖功率放大器，運動控制的實現(xiàn)需要由帶有高速脈沖輸出點的PLC或運動控制板卡才能夠組成完整的運動控制系統(tǒng)。這樣對于使用多個步進馬達的設(shè)備，系統(tǒng)架構(gòu)十分繁雜，成本上升。
[0003]并且，該運動控制系統(tǒng)最多可連接的步進馬達數(shù)量受PLC脈沖路數(shù)或運動控制卡的通道數(shù)限制，通常采用傳動驅(qū)動器的系統(tǒng)最大可連接16臺步進馬達，不適用于系統(tǒng)步進馬達數(shù)量較多的場合。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型為解決上述技術(shù)問題提供一種步進馬達驅(qū)動控制器及步進馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)，其硬件結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，并能夠適用于步進馬達使用數(shù)量較多的場合。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種步進馬達驅(qū)動控制器，包括:CPU芯片、CAN接口、運動控制芯片、步進馬達驅(qū)動芯片以及電源接口 ；其中，所述電源接口分別電連接所述CPU芯片、所述CAN接口、所述運動控制芯片以及所述步進馬達驅(qū)動芯片，所述CPU芯片分別電連接所述CAN接口、所述運動控制芯片以及所述步進馬達驅(qū)動芯片，所述運動控制芯片還電連接所述步進馬達驅(qū)動芯片，所述CAN總線步進馬達驅(qū)動控制器還包括用于電連接馬達的功率輸出接口，所述功率輸出接口相應(yīng)電連接至所述步進馬達驅(qū)動芯片。
[0006]進一步地，所述運動控制芯片是步進馬達微控制器。
[0007]進一步地，所述運動控制芯片包括三個輸出端，各輸出端可分別電連接一個所述步進馬達驅(qū)動芯片。
[0008]進一步地，所述CPU芯片與所述運動控制芯片和所述步進馬達驅(qū)動芯片之間均通過SPI連接。
[0009]本實用新型實施例的步進馬達驅(qū)動控制器具有如下有益效果:步進馬達驅(qū)動控制器包括CPU芯片、CAN接口、運動控制芯片、步進馬達驅(qū)動芯片及功率輸出接口，其硬件結(jié)構(gòu)簡單，成本較低；可以利用CAN總線使得一臺或多臺步進馬達驅(qū)動控制器均連接至CAN總線，能夠適用于多個驅(qū)動控制器并行工作的場合，系統(tǒng)功能擴充方便，利于降低系統(tǒng)成本。另外，因為CAN總線具有高速長距離抗干擾的功能，各步進馬達驅(qū)動控制器反應(yīng)快、工作穩(wěn)定。
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型還提供一種步進馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)，包括:如上述任一項實施例所述的步進馬達驅(qū)動控制器，還包括:上位機和轉(zhuǎn)換器；所述上位機與所述轉(zhuǎn)換器電連接，所述轉(zhuǎn)換器與所述CAN接口電連接。
[0011]進一步地，所述功率輸出接口包括第一橋臂和第二橋臂，所述第一橋臂、所述第二橋臂分別包括第一、第二、第三及第四共四個MOSFET管；所述第一橋臂中，所述第一、第二、第三及第四MOSFET管的柵極均電連接至所述步進馬達驅(qū)動芯片，所述第一、第二MOSFET管的漏極相互電連接，所述第三、第四MOSFET管的漏極亦相互電連接，所述第一、第三MOSFET管的源極分別電連接參考電壓，并且，所述第二、第四MOSFET管的源極相互電連接；所述第二橋臂中，所述第一、第二、第三及第四MOSFET管的柵極均電連接至所述步進馬達驅(qū)動芯片，所述第一、第二 MOSFET管的漏極相互電連接，所述第三、第四MOSFET管的漏極亦相互電連接，所述第一、第三MOSFET管的源極相互電連接，并且，所述第二、第四MOSFET管的源極分別接地。
[0012]進一步地，所述步進馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)包括步進馬達；所述步進馬達電連接所述功率輸出接口。
[0013]進一步地，所述步進馬達包括控制所述步進馬達自身工作的第一位置控制線圈以及第二位置控制線圈；其中，所述第一位置控制線圈的正極電連接于所述第一橋臂中的第一、第二 MOSFET管的漏極之間、負(fù)極電連接于所述第一橋臂中的第三、第四MOSFET管的漏極之間，所述第二位置控制線圈的正極電連接于所述第二橋臂中的第一、第二 MOSFET管的漏極之間、負(fù)極電連接于所述第二橋臂中的第三、第四MOSFET管的漏極之間。
[0014]進一步地，所述上位機與所述轉(zhuǎn)換器之間通過RS232電纜電連接，所述轉(zhuǎn)換器與所述CAN接口通過CAN總線電連接。
[0015]進一步地，所述步進馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)還包括供電電源，所述供電電源與所述電源接口電連接。
[0016]本實用新型實施例的步進馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)具有如下有益效果:可以利用CAN總線電連接多個不同的步進馬達驅(qū)動控制器的CAN接口，全網(wǎng)絡(luò)僅需兩根線就可以并行連接多臺步進馬達驅(qū)動控制器，能夠驅(qū)動多臺步進馬達獨立運作，其結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。另外，因為CAN總線具有高速長距離抗干擾的功能，各步進馬達驅(qū)動控制器反應(yīng)快、工作穩(wěn)定。

【附圖說明】

[0017]圖1是本實用新型實施例步進馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)圖。

【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和實施方式對本實用新型進行詳細(xì)說明。
[0019]參閱圖1，本實用新型實施例的步進馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)1，包括步進馬達驅(qū)動控制器2、上位機3以及轉(zhuǎn)換器4。其中，上位機3可以是PLC或PC，其電連接轉(zhuǎn)換器4，具體可通過RS232電纜與轉(zhuǎn)換器4連接，轉(zhuǎn)換器4進一步電連接步進馬達驅(qū)動控制器2。
[0020]具體而言，該步進馬達驅(qū)動控制器2包括可以一體化設(shè)置的CPU芯片21、CAN接口22、運動控制芯片23、步進馬達驅(qū)動芯片24以及電源接口 26。該CPU芯片21可選用32位嵌入式高性能微處理芯片。
[0021]電源接口 26分別電連接CPU芯片21、CAN接口 22、運動控制芯片23以及步進馬達驅(qū)動芯片24，CPU芯片21分別電連接CAN接口 22、運動控制芯片23以及步進馬達驅(qū)動芯片24，運動控制芯片23還電連接步進馬達驅(qū)動芯片24，CAN總線步進馬達驅(qū)動控制器2還包括用于電連接馬達的功率輸出接口 25，功率輸出接口 25相應(yīng)電連接至步進馬達驅(qū)動芯片24。
[0022]該CAN接口 22電連接轉(zhuǎn)換器4，具體通過CAN總線(包括CANH、CANL)電連接該轉(zhuǎn)換器4，該CAN接口 22用于轉(zhuǎn)送上位機3發(fā)送的運動控制指令(如設(shè)定的目標(biāo)位置，運行速度等)至CPU芯片21，或者，用于回送步進馬達驅(qū)動芯片24當(dāng)前的實時運動狀態(tài)信息(如當(dāng)前位置，當(dāng)前速度等)至上位機3。RS232-CAN轉(zhuǎn)換器4可以將上位機3的RS232指令轉(zhuǎn)換成CAN協(xié)議的指令并可高速長距離控制CAN總線驅(qū)動器，使得用戶只需要一個轉(zhuǎn)換器4，就可以控制100臺甚至更多的步進馬達驅(qū)動控制器2，進而能夠獨立控制成倍數(shù)的步進馬達
6ο
[0023]該CPU芯片21根據(jù)獲取的運動控制指令生成相應(yīng)控制參數(shù)并發(fā)送至運動控制芯片23和步進馬達驅(qū)動芯片24，而該運動控制芯片23根據(jù)控制參數(shù)生成相應(yīng)步進脈沖信號和方向信號并發(fā)送至步進馬達驅(qū)動芯片24，進一步地，步進馬達驅(qū)動芯片24將脈沖信號和方向信號轉(zhuǎn)換成步進馬達驅(qū)動的控制信號輸出至功率輸出接口 25進而驅(qū)動連接于功率輸出接口 25的馬達工作。
[0024]該運動控制芯片23是步進馬達6微控制器2，該運動控制芯片23最大可支持64位細(xì)分。具體的，運動控制芯片23包括三個輸出端，各輸出端可分別電連接一個步進馬達驅(qū)動芯片24，當(dāng)然，每個步進馬達驅(qū)動芯片24對應(yīng)一個功率輸出接口 25以能夠控制每個步進馬達6獨立的進行工作，以使得各步進馬達6的目標(biāo)位置和運行速度都可以在線隨時改變。其中，該運動控制芯片23包括兩個獨立的四線串行外設(shè)接口，一個與CPU芯片21進行通信，另一個與一至三個菊花鏈?zhǔn)竭B接的步進馬達驅(qū)動芯片24進行連接，具體的，該運動控制芯片23通過步進脈沖和方向接口與該步進馬達驅(qū)動芯片24進行連接。上述實施例中，CPU芯片21與運動控制芯片23和步進馬達驅(qū)動芯片24之間均通過SPI (SerialPeripheral Interface，串行外設(shè)接口)連接。其中，因為運動控制功能是一個硬實時任務(wù)，傳統(tǒng)步進馬達驅(qū)動控制器中，運動控制功能對CPU芯片而言是一個很大的負(fù)擔(dān)，本實用新型的步進馬達驅(qū)動控制器2中，所有的運動控制功能都由運動控制芯片23來完成，上位機3只需要發(fā)送和接收極少的數(shù)據(jù)(例如只需要發(fā)送目標(biāo)位置)，而由運動控制芯片23可以產(chǎn)生精確定時的步進脈沖來控制步進馬達6的運動，這樣就可以大大減輕上位機3的負(fù)擔(dān)，給上位機3留出更充足的時間來執(zhí)行其它任務(wù)。
[0025]進一步地，步進馬達驅(qū)動芯片24是將運動控制芯片23發(fā)出的步進脈沖信號轉(zhuǎn)換成步進馬達驅(qū)動的控制信號來驅(qū)動8個MOSFET管組成的兩組橋臂(即功率輸出接口 25)，進而驅(qū)動兩相步進馬達6進行運轉(zhuǎn)。具體而言，該功率輸出接口 25包括第一橋臂251和第二橋臂252，第一橋臂251、第二橋臂252分別包括第一、第二、第三及第四共四個MOSFET管2511-2514 (2521-2524);第一橋臂 251 中，第一、第二、第三及第四 MOSFET 管 2511-2514 的柵極均電連接至步進馬達驅(qū)動芯片24，第一、第二MOSFET管2511、2512的漏極相互電連接，第三、第四MOSFET管2513、2514的漏極亦相互電連接，第一、第三MOSFET管2511、2513的源極分別電連接參考電壓，并且，第二、第四MOSFET管2512、2514的源極相互電連接；第二橋臂252中，第一、第二、第三及第四MOSFET管2521-2524的柵極均電連接至步進馬達驅(qū)動芯片24，第一、第二 MOSFET管2521、2522的漏極相互電連接，第三、第四MOSFET管2523、2524的漏極亦相互電連接，第一、第三MOSFET管2521、2523的源極相互電連接，并且，第二、第四MOSFET管2522、2524的源極分別接地。
[0026]使用時，將步進馬達6電連接至功率輸出接口 25。具體的，步進馬達6包括控制步進馬達6自身工作的第一位置控制線圈61以及第二位置控制線圈62 ;其中，第一位置控制線圈61的正極電連接于第一橋臂251中的第一、第二MOSFET管2511、2512的漏極之間、負(fù)極電連接于第一橋臂251中的第三、第四MOSFET管2513、2514的漏極之間，第二位置控制線圈62的正極電連接于第二橋臂252中的第一、第二MOSFET管2521、2522的漏極之間、負(fù)極電連接于第二橋臂252中的第三、第四MOSFET管2523、2524的漏極之間。
[0027]工作時，CPU芯片21通過SPI總線發(fā)送控制命令來修改步進馬達驅(qū)動芯片24的運行參數(shù)和運行模式，其中，步進馬達驅(qū)動芯片24內(nèi)置有一個的微步計數(shù)器和正弦表，將這些步進脈沖信號和方向信號轉(zhuǎn)換成步進馬達6的各位置控制線圈61、62的電流，具體可以通過對該步進馬達驅(qū)動芯片24的coolStep和stallGuard2參數(shù)設(shè)置來減少功耗和熱耗散。
[0028]上述實施例中，步進馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)I還包括供電電源5，供電電源5與電源接口 26電連接。其中，該供電電源5的電壓可以選用24V。
[0029]本實用新型實施例的步進馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)I具有如下有益效果:可以利用CAN總線電連接多個不同的步進馬達驅(qū)動控制器2的CAN接口 22，全網(wǎng)絡(luò)僅需兩根線就可以并行連接多臺步進馬達驅(qū)動控制器2，能夠驅(qū)動多臺步進馬達6獨立運作，其結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。并且，相較于傳統(tǒng)驅(qū)動器在系統(tǒng)因功能而增加驅(qū)動器，需要增加運動控制卡，運動控制卡需要電腦有對應(yīng)的插槽，如果電腦的總線插槽已滿，將無法進行系統(tǒng)功能的擴充，本實用新型的步進馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)I功能擴充更加方便。另外，因為CAN總線具有高速長距離抗干擾的功能，各步進馬達驅(qū)動控制器2反應(yīng)快、工作穩(wěn)定；同時，該步進馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)I采用命令驅(qū)動方式，上位機3只需發(fā)送運動控制的命令，具體的運動控制過程是由步進馬達驅(qū)動控制器2自行完成，這樣可以大大減低上位機3的負(fù)擔(dān)，且上位機3的編程更加簡便容易。
[0030]在一具體應(yīng)用實施例中，本實用新型實施例的步進馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)I還可以包括一個或多個與步進馬達6相應(yīng)連接的編碼器，該一個或多個編碼器用于采集相應(yīng)步進馬達6的絕對位置并反饋給運動控制芯片23及CPU芯片21進行處理，方便后續(xù)該步進馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)I可以綜合支持位置模式和速度模式兩種運行模式。
[0031]本實用新型還提供一種步進馬達驅(qū)動控制器2，對于該步進馬達驅(qū)動控制器2的描述可參閱前文及圖1，此處不再一一贅述。
[0032]本實用新型實施例的步進馬達驅(qū)動控制器2具有如下有益效果:步進馬達驅(qū)動控制器2包括CPU芯片21、CAN接口 22、運動控制芯片23、步進馬達驅(qū)動芯片24及功率輸出接口 25，其硬件結(jié)構(gòu)簡單，成本較低；可以利用CAN總線使得一臺或多臺步進馬達驅(qū)動控制器2均連接至CAN總線，能夠適用于多個驅(qū)動控制器2并行工作的場合，系統(tǒng)功能擴充方便，利于降低系統(tǒng)成本。另外，因為CAN總線具有高速長距離抗干擾的功能，各步進馬達驅(qū)動控制器2反應(yīng)快、工作穩(wěn)定。
[0033]以上僅為本實用新型的實施方式，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的【技術(shù)領(lǐng)域】，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種步進馬達驅(qū)動控制器，其特征在于，包括: CPU芯片、CAN接口、運動控制芯片、步進馬達驅(qū)動芯片以及電源接口 ； 其中，所述電源接口分別電連接所述CPU芯片、所述CAN接口、所述運動控制芯片以及所述步進馬達驅(qū)動芯片，所述CPU芯片分別電連接所述CAN接口、所述運動控制芯片以及所述步進馬達驅(qū)動芯片，所述運動控制芯片還電連接所述步進馬達驅(qū)動芯片，所述CAN總線步進馬達驅(qū)動控制器還包括用于電連接馬達的功率輸出接口，所述功率輸出接口相應(yīng)電連接至所述步進馬達驅(qū)動芯片。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進馬達驅(qū)動控制器，其特征在于: 所述運動控制芯片是步進馬達微控制器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進馬達驅(qū)動控制器，其特征在于: 所述運動控制芯片至少包括三個輸出端，各輸出端可分別電連接一個所述步進馬達驅(qū)動芯片。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進馬達驅(qū)動控制器，其特征在于: 所述CPU芯片與所述運動控制芯片和所述步進馬達驅(qū)動芯片之間均通過SPI連接。5.一種步進馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于，包括如權(quán)利要求1-4任一項所述的步進馬達驅(qū)動控制器，還包括: 上位機和轉(zhuǎn)換器； 所述上位機與所述轉(zhuǎn)換器電連接，所述轉(zhuǎn)換器與所述CAN接口電連接。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的步進馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于: 所述功率輸出接口包括第一橋臂和第二橋臂，所述第一橋臂、所述第二橋臂分別包括第一、第二、第三及第四共四個MOSFET管； 所述第一橋臂中，所述第一、第二、第三及第四MOSFET管的柵極均電連接至所述步進馬達驅(qū)動芯片，所述第一、第二 MOSFET管的漏極相互電連接，所述第三、第四MOSFET管的漏極亦相互電連接，所述第一、第三MOSFET管的源極分別電連接參考電壓，并且，所述第二、第四MOSFET管的源極相互電連接； 所述第二橋臂中，所述第一、第二、第三及第四MOSFET管的柵極均電連接至所述步進馬達驅(qū)動芯片，所述第一、第二 MOSFET管的漏極相互電連接，所述第三、第四MOSFET管的漏極亦相互電連接，所述第一、第三MOSFET管的源極相互電連接，并且，所述第二、第四MOSFET管的源極分別接地。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的步進馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于: 所述步進馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)包括步進馬達； 所述步進馬達電連接所述功率輸出接口。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的步進馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于: 所述步進馬達包括控制所述步進馬達自身工作的第一位置控制線圈以及第二位置控制線圈； 其中，所述第一位置控制線圈的正極電連接于所述第一橋臂中的第一、第二 MOSFET管的漏極之間、負(fù)極電連接于所述第一橋臂中的第三、第四MOSFET管的漏極之間，所述第二位置控制線圈的正極電連接于所述第二橋臂中的第一、第二 MOSFET管的漏極之間、負(fù)極電連接于所述第二橋臂中的第三、第四MOSFET管的漏極之間。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的步進馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于: 所述上位機與所述轉(zhuǎn)換器之間通過RS232電纜電連接，所述轉(zhuǎn)換器與所述CAN接口通過CAN總線電連接。10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的步進馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于: 所述步進馬達驅(qū)動控制系統(tǒng)還包括供電電源，所述供電電源與所述電源接口電連接。
【文檔編號】G05B19-414GK204270108SQ201420771305
【發(fā)明者】彭輝 [申請人]梅州市德瑞克爾控制技術(shù)有限公司