一种闭环控制方式单极步进电机控制器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种闭环控制方式单极步进电机控制器，包括电源模块、电流指令信号采集模块、单片机模块、位置信号采集模块、电机驱动模块。电流指令信号采集模块与单片机模块连接；位置信号采集模块与单片机模块连接；单片机模块与电机驱动模块连接；电源模块为各模块提供稳定的直流电源。本实用新型专利技术能够配合调速器快速准确设定柴油机目标转速，具备高低转速限位记忆功能，并能够增强电机的输出力矩。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于柴油机
，具体涉及一种闭环控制方式单极步进电机控制器。
技术介绍
随着科学技术的进步，柴油机逐渐向数字化和智能化方向发展，用户也因其自身对设备操作性的需求而对整个柴油机系统提出更多的要求。调速器作为稳定柴油机转速的器件，主要作用就是防止柴油机低速时熄火以及高速时飞车。调速器传统使用方法是操作人员通过旋转调速器面板上旋钮来增加或降低柴油机转速，此时需要有专门的人员在柴油机旁进行操作，且操作环境非常恶劣。若在液压调速器上应用步进电机控制器，操作人员就只需在控制室对步进电机控制器发出加速或减速指令，便可远程控制调速器实现柴油机的加减速运行。因此，有必要开发一种闭环控制方式单极步进电机控制器，以配合柴油机的调速器工作。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种闭环控制方式单极步进电机控制器，它能配合调速器快速准确设定柴油机目标转速，具备高低转速限位记忆功能，并能增强电机的输出力矩。本技术所述闭环控制方式单极步进电机控制器，包括:包括电源模块、电流指令信号采集模块、单片机模块、位置信号采集模块和电机驱动丰吴块；所述电流指令信号采集模块用于实时采集外部4mA?20mA的电流指令信号，并对该电流指令信号进行转换和抗干扰处理，该电流指令信号采集模块与单片机模块连接；所述位置信号采集模块用于实时采集步进电机的位置信号，并对该位置信号进行抗干扰处理，该位置信号采集模块与单片机模块连接；所述单片机模块用于实时接收位置信号采集模块和电流指令信号采集模块所发送的数据，对数据进行计算处理，并基于计算处理的结果向电机驱动模块输出对应的控制信号，控制步进电机运动到指定位置；所述电机驱动模块用于接收单片机模块所发出的控制信号，并根据该控制信号和设定的电机线圈工作电流完成电机的驱动和驱动力矩的放大，该电机模块与单片机模块连接；所述电源模块用于为电流指令信号采集模块、单片机模块、位置信号采集模块和电机驱动模块提供稳定的直流电源。所述单片机模块包括:单片机最小系统电路，包括单片机以及用于保证单片机正常工作的外围电路；外置EEPROM电路(EEPR0M即电可擦可编程只读存储器)，用于存储控制器工作时所需设定的工作参数，该外置EEPROM电路与单片机最小系统电路连接。所述电流指令信号采集模块包括:第一信号采集电路，用于采集外部4mA?20mA的电流指令信号；电流信号-电压信号转换电路，用于将所采集的电流指令信号转换成电压信号，便于单片机进行信号处理，该电流信号-电压信号转换电路与第一信号采集电路连接；第一电压跟随器电路，用于保持输入信号的稳定，去除干扰，该第一电压跟随器电路与电流信号-电压信号转换电路连接。所述位置信号采集模块包括:第二信号采集电路，用于实时采集步进电机的位置信号；第二电压跟随器电路，用于保持输入信号稳定，去除干扰，该第二电压跟随器电路与第二信号采集电路连接。所述电机驱动模块包括:步进电机步进彳目号生成电路，用于广生驱动步进电机的步进相序彳目号；功率MOS管驱动电路，用于驱动进行功率放大作用的MOS管，增强步进电机的驱动力矩，该功率MOS管驱动电路与步进电机步进信号生成电路连接；电机线圈电流采样监测电路，用于采集电机线圈实时电流信号，并将电流信号放大送至步进电机步进信号生成电路，实现线圈电流的斩波控制，并改善采样功率电阻的发热性能，该电机线圈电流采样监测电路与功率MOS管驱动电路连接。所述单片机采用的型号为PIC16F74，PIC16F74是由Microchip公司研发设计的一款8位高性能单片机，它具有192Byte大小SRAM，33个I/O 口，8位8通道A/D转换，2个8位以及I个16位定时器，12个中断，同时支持SPI和12C通讯。本技术具有以下优点:(I)该闭环控制方式单极步进电机控制器内部包含电源模块，集成度高、安装方便，不需要额外的电源模块对蓄电池电压进行稳压。(2)该闭环控制方式单极步进电机控制器可通过简单方便的匹配标定自定义柴油机的高、低转速限位，无需采用调速器机械限位的方法，增强了系统的可操作性。(3)该闭环控制方式单极步进电机控制器通过硬件方式控制驱动高速电磁阀的电流，实时性好，抗干扰性强，一致性强;采用特定的驱动电路，在相同线圈设定电流下，可通过硬件配置增强电机输出力矩，在满足相同力矩要求下改善系统的发热性能。(4)该闭环控制方式单极步进电机控制器采用以电流分流监测器为基础的电机电流采样电路，有利于减小采样功率电阻的阻值，大幅改善了功率电阻的发热性能。(5)该闭环控制方式单极步进电机控制器扩展了电机微调接口，适用于电机控制精度较高的场合。(6)该闭环控制方式单极步进电机控制器可兼容支持五线、六线及八线单极步进电机驱动控制。【附图说明】图1是本技术的结构框图；图2是本技术中单片机模块的原理框图；图3是本技术中电流指令信号采集模块的原理框图；图4是本技术中位置信号采集模块的原理框图；图5是本技术中电机驱动模块的原理框图；图6是本技术中电源模块的电路图；图7是本技术中单片机最小系统的电路图；图8是本技术中外置EEPROM的电路图；图9是本技术中电流指令信号采集模块的电路图；图10是本技术中位置信号采集模块的电路图；图11是本技术中步进电机步进信号生成电路的电路图；图12是本技术中步进电机步进信号时序图；图13是本技术中功率MOS管驱动电路的电路图；图14是本技术中电机线圈电流实测波形图；图15是本技术中电机线圈电流采样监测电路的电路图。【具体实施方式】下面结合附图对本技术作进一步说明:如图1所示的闭环控制方式单极步进电机控制器，包括电源模块1、电流指令信号采集模块2、单片机模块3、位置信号采集模块4和电机驱动模块5，所述电流指令信号采集模块2用于实时采集外部4mA?20mA的电流指令信号，并对该电流指令信号进行转换和抗干扰处理，该电流指令信号采集模块2与单片机模块3连接。所述位置信号采集模块4用于实时采集步进电机的位置信号，并对该位置信号进行抗干扰处理，该位置信号采集模块4与单片机模块3连接。所述单片机模块3用于实时接收位置信号采集模块4和电流指令信号采集模块2所发送的数据，单片机模块3对数据进行计算处理，并基于计算处理的结果向电机驱动模块5输出对应的控制信号，控制步进电机运动到指定位置。所述电机驱动模块5用于接收单片机模块3所发出的控制信号，并根据该控制信号和设定的电机线圈工作电流完成电机的驱动和驱动力矩的放大，该电机模块5与单片机模块3连接。所述电源模块I用于为电流指令信号采集模块2、单片机模块3、位置信号采集模块4和电机驱动模块5提供稳定的直流电源。如图6所示，所述电源模块I电路用于向控制器各模块提供稳定的+5V、+15V直流电源，同时在控制器电源入口提供防反接保护。如图2所示，所述单片机模块3包括单片机最小系统电路3a和外置EEPROM电路3b，该外置EEPROM电路3b与单片机最小系统电路3a连接。如图7所示，所述单片机最小系统电路3a包括单片机Ul、晶振Yl、电容C4和电容C6;电容C4的一端与单片机Ul的引脚6连接，电容C4的另一端与单片机Ul的引脚7连接；电容C6的一端与单片机Ul的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种闭环控制方式单极步进电机控制器，其特征在于：包括电源模块（1）、电流指令信号采集模块（2）、单片机模块（3）、位置信号采集模块（4）和电机驱动模块（5）；所述电流指令信号采集模块（2）用于实时采集外部4mA～20mA的电流指令信号，并对该电流指令信号进行转换和抗干扰处理，该电流指令信号采集模块（2）与单片机模块（3）连接；所述位置信号采集模块（4）用于实时采集步进电机的位置信号，并对该位置信号进行抗干扰处理，该位置信号采集模块（4）与单片机模块（3）连接；所述单片机模块（3）用于实时接收位置信号采集模块（4）和电流指令信号采集模块（2）所发送的数据，对数据进行计算处理，并基于计算处理的结果向电机驱动模块（5）输出对应的控制信号，控制步进电机运动到指定位置；所述电机驱动模块（5）用于接收单片机模块（3）所发出的控制信号，并根据该控制信号和设定的电机线圈工作电流完成电机的驱动和驱动力矩的放大，该电机模块（5）与单片机模块（3）连接；所述电源模块（1）用于为电流指令信号采集模块（2）、单片机模块（3）、位置信号采集模块（4）和电机驱动模块（5）提供稳定的直流电源。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹钰，黄都，吴竞，
申请(专利权)人：重庆红江机械有限责任公司，
类型：新型
国别省市：重庆;85