一种总线式直流电机及其控制方法技术

本发明专利技术涉及一种总线式直流电机及其控制方法，包括用于供电的电源模块，所述电源模块连接有主控模块、编码器模块、电机驱动模块，所述主控模块与所述电机驱动模块连接用于控制电机，所述主控模块与所述编码器模块连接用于测量速度和位置，所述主控模块连接有电压检测模块进行电压检测，所述主控模块连接有LED模块用于显示各种灯效，所述主控模块连接有总线接口用于输入和传输电源和信号，直流电机的控制模块被直接安装于电机后部，通过电机外壳对驱动芯片散热。本发明专利技术提出的总线直流电机控制简单，只需要发送串口指令便可对多达253台设备进行控制，可通过三线级联串接，接线简单，可随意切换舵机模式和速度模式，应用广泛。

【技术实现步骤摘要】
一种总线式直流电机及其控制方法
本专利技术涉及直流电机控制领域，具体的说是一种总线式直流电机及其控制方法。
技术介绍
直流电机在工业生产和生活中应用广泛，特别是直流减速电机，通过不同的减速比，能够任意搭配直流电机的输出扭矩和速度，而大部分的直流减速电机是通过外接驱动器进行驱动，而带有编码器的电机接线更为复杂，并且所有的电机数据采集和驱动输出由外接的驱动模块处理，单个模块可能处理能力不足，多个模块又体积庞大，接线复杂，存在线路接触不良，电机参数信息采集困难等问题。大连光洋科技工程有限公司的于德海等人申请的《总线式智能电机》，公开号为CN101150272，公开日为20080326，提出了一种总线式智能电机，包括集成为一体的电机、伺服驱动器、编码器以及散热器，通过FPGA片上集成系统与以太网总线控制电机，虽然能够很好的解决电机的一体化与总线智能控制问题，但成本过高，系统复杂，不适合应用在小型减速电机上。东方电气集团东风电机有限公司的周定祥等人申请的《一种基于CAN总线的电机控制器参数修改系统及方法》，公开号为CN102662397A，公开日为20120912，公开了一种利用CAN总线修改和读取电机控制器参数的方法，但并未提及电机控制器与电机的集成化安装，未提及电机运行过程中的指令发送与接收以及电机的级联控制。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提出了一种总线式直流电机及其控制方法，利用串口单总线传输数据信息，将电机驱动模块和电机控制模块集成安装到直流电机后部，能够通过总线级联控制电机的转速和位置。本专利技术所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种总线式直流电机，包括用于供电的电源模块，所述电源模块连接有主控模块、编码器模块、电机驱动模块，所述主控模块与所述电机驱动模块连接用于控制电机，所述主控模块与所述编码器模块连接用于测量速度和位置，所述主控模块连接有电压检测模块进行电压检测，所述主控模块连接有LED模块用于显示各种灯效，所述主控模块连接有总线接口用于输入和传输电源和信号。所述主控模块采用型号为STM8S003的主控芯片，所述主控芯片的19脚被配置为半双工单总线模式，所述主控芯片的19脚连接有第三电阻，所述第三电阻远离所述主控芯片的一端连接有第一接口的1脚，所述第一接口的2脚连接有主电源VM，所述第一接口的3脚接地，所述第一接口的1脚、2脚、3脚对应连接有第二接口的1脚、2脚、3脚。所述编码器模块包括第一霍尔和第二霍尔，所述第一霍尔的3脚连接有第二电阻后接数字电源VCC，所述第一霍尔的3脚还连接于所述主控芯片的14脚，所述第二霍尔的3脚连接于所述主控芯片的13脚。所述主控模块与所述电机驱动模块相连提供驱动信号，所述电机驱动模块连接有直流电机的两极，所述电机驱动模块根据不同的电机功率选择不同的驱动芯片。所有电路模块放置在同一块PCB中，所述PCB是带有中心孔的圆形PCB，所述PCB的外径与电机外径相同，安装有所述电机驱动模块的一面与电机底部贴合，所述编码器模块的两个霍尔传感器正面呈90度夹角垂直于PCB安装，电机的后出轴套有圆形编码磁铁，所述霍尔传感器的一面紧挨所述圆形编码磁铁的外表面。一种总线直流电机的控制方法，包括步骤：S1)初始化；S2)静态运行参数读取；S3)总线接收、解码、校验与应答；S4)电机周期PWM波控制。所述步骤S1)包括：S11)看门狗初始化；S12)FLASH初始化；S13)定时器初始化；S14)GPIO初始化；S15)ADC初始化；S16)串口初始化，配置为单线串口模式。所述步骤S2)的静态运行参数存储于所述主控制器模块的EEPROM区域，按照事先设置的顺序写入参数表，包括电机的PID参数、最大速度、最大扭矩，将各运行参数从EEPROM区加载到RAM区用于电机控制。所述步骤S3)采用串口接收中断的方式不断从总线上获取指令并解码，当匹配到本机ID或广播ID时，主控制器接收此条指令，接收到完整的一条指令后通过预定的校验规则进行校验，确认指令无误后根据命令进行电机操作并做出应答，应答的内容包括电机状态、电机参数表中的各项参数。所述步骤S4)采用PID算法控制电机，输入变量为由所述编码器模块采集的正交编码参数，输出变量为控制所述电机驱动模块的PWM波占空比，控制周期由定时器设置，在一个控制周期内，接收由总线下达的指令，调整控制参数，改变PID算法控制中的速度目标值或位置目标值，实现电机的速度控制和位置控制。本专利技术的有益效果是：单线串口的方式级联电机，布线简洁，控制简单，控制数量多达253台；将模块后置到电机后部，一体化程度高，体积小；可修改内部各种运行参数并断电保存，设置方便；PID控制，能够精确输出速度和位置，控制精度高。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1为本专利技术的系统原理图；图2为本专利技术的总线接口电路图；图3为本专利技术的主控模块电路图；图4为本专利技术的编码器模块电路图；图5为本专利技术的电源模块电路图；图6为本专利技术的电机驱动模块电路图；图7为本专利技术的电压检测模块电路图；图8为本专利技术的LED模块电路图；图9为本专利技术的安装示意图；图10为本专利技术的控制流程图。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本专利技术进一步阐述。如图1所示的系统原理图：一种总线式直流电机，包括用于供电的电源模块101，所述电源模块101连接有主控模块102、编码器模块103、电机驱动模块104供应逻辑电源和功率电源，其中逻辑电源是输入电压降压后得到的3.3V或5V电源，功率电源是用于给电机驱动模块104的电机芯片输入供电，所述主控模块102与所述电机驱动模块104连接用于控制电机，所述主控模块102与所述编码器模块103连接用于测量速度和位置，所述主控模块102连接有电压检测模块105进行电压检测，所述主控模块102连接有LED模块106用于显示各种灯效，所述主控模块102连接有总线接口107用于输入和传输电源和信号。如图3所示的主控模块电路图：所述主控模块102包括主控芯片U1，所述主控芯片U1的型号为STM8S003，是常用的8位单片机，拥有两个外部定时器和一个内部定时器，6个ADC通道，1个UART串口，并且封装小巧，特别是QFN20封装只有3*3mm大小，作为电机主控能够方便地被嵌入到电机内部。如图5所示的电源模块电路图：所述电源模块101采用了常用的5V降压芯片SPX5205-5.0作为降压芯片，所述电源模块101包括降压芯片U2，输入电容包括第七电容C7、第八电容C8，输出电容包括第四电容C4、第五电容C5，所述降压芯片U2的1脚连接有输入电源VM，输入电源VM的范围是6-16V，所述输入电容第七电容C7和第八电容C8的参数为35V47uf，用于稳压和滤波，所述输出电容第四电容C4的容值为10uf，所述第五电容C5的容值为0.1uf，用于滤除逻辑电源VCC的波动。如图2所示的总线接口电路图：所述输入电源VM由所述总线接口107输入，所述总线接口107包括第一接口P3和第二接口P4，所述第一接口P3的1脚输入串口总线信号SIG，所述第一接口P3的2脚输入电源VM，所述第一接口P3的3脚接地，所述第二接口P4的1脚、2脚、3脚与所述第一接口P3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种总线式直流电机，包括用于供电的电源模块(101)，其特征在于：所述电源模块(101)连接有主控模块(102)、编码器模块(103)、电机驱动模块(104)，所述主控模块(102)与所述电机驱动模块(104)连接用于控制电机，所述主控模块(102)与所述编码器模块(103)连接用于测量速度和位置，所述主控模块(102)连接有电压检测模块(105)进行电压检测，所述主控模块(102)连接有LED模块(106)用于显示各种灯效，所述主控模块(102)连接有总线接口(107)用于输入和传输电源和信号。

【技术特征摘要】
1.一种总线式直流电机，包括用于供电的电源模块(101)，其特征在于：所述电源模块(101)连接有主控模块(102)、编码器模块(103)、电机驱动模块(104)，所述主控模块(102)与所述电机驱动模块(104)连接用于控制电机，所述主控模块(102)与所述编码器模块(103)连接用于测量速度和位置，所述主控模块(102)连接有电压检测模块(105)进行电压检测，所述主控模块(102)连接有LED模块(106)用于显示各种灯效，所述主控模块(102)连接有总线接口(107)用于输入和传输电源和信号。2.根据权利要求1所述的一种总线式直流电机，其特征在于：所述主控模块(102)采用型号为STM8S003的主控芯片，所述主控芯片的19脚被配置为半双工单总线模式，所述主控芯片的19脚连接有第三电阻(R3)，所述第三电阻(R3)远离所述主控芯片的一端连接有第一接口(P3)的1脚，所述第一接口(P3)的2脚连接有主电源VM，所述第一接口(P3)的3脚接地，所述第一接口(P3)的1脚、2脚、3脚对应连接有第二接口(P4)的1脚、2脚、3脚。3.根据权利要求2所述的一种总线式直流电机，其特征在于：所述编码器模块(103)包括第一霍尔(P1)和第二霍尔(P2)，所述第一霍尔(P1)的3脚连接有第二电阻(R2)后接数字电源VCC，所述第一霍尔(P1)的3脚还连接于所述主控芯片的14脚，所述第二霍尔(P2)的3脚连接于所述主控芯片的13脚。4.根据权利要求1所述的一种总线式直流电机，其特征在于：所述主控模块(102)与所述电机驱动模块(104)相连提供驱动信号，所述电机驱动模块(104)连接有直流电机的两极，所述电机驱动模块(104)根据不同的电机功率选择不同的驱动芯片。5.根据权利要求1所述的一种总线式直流电机，其特征在于：所有电路模块放置在同一块PCB(2)中，所述PCB(2)是带有中心孔的圆形...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪建文，
申请(专利权)人：芜湖懒人智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34