一种一体化步进电机驱动设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种一体化步进电机驱动设备，步进电机驱动设备和步进电机的一体化设计，大大简化了步进电机控制系统的连接方式和控制方式；通信功能兼容性强；能够实现编码器的采集，实现步进电机闭环控制；降低了系统搭建和调试人员的专业需求，只是进行上位机通信的编程即可实现步进电机的控制；独立电源设计，采用开关电源+线性电源的设计，实现整个步进电机控制系统的单电源供电；能够极大的简化步进电机控制系统线路连接，降低对于步进电机控制系统调试人员的专业要求，提高步进电机控制系统的稳定性、可靠性。可靠性。可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种一体化步进电机驱动设备


[0001]本技术涉及电子设备
，具体涉及一种一体化步进电机驱动设备。

技术介绍

[0002]步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移的电子元件，当输入一个驱动脉冲，步进电机的转子就会转动一个步距角。可以通过控制脉冲的频率实现速度控制，通过控制脉冲的个数来控制转动角度。若使用细分的驱动技术，能更进一步提高步进电机的精度，从而提高步进电机的稳定性。步进电机作为一种数字伺服执行元件，具有结构简单、运行可靠、定位方便等优点，在数控机床、机器人、自动化仪表等精密机械运动控制领域有着广泛的应用。
[0003]步进电机是一种感应电机，工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电，并且多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，步进电机驱动器就是为步进电机分时供电的多相时序控制器。
[0004]常用的步进电机控制系统分为两大部分：控制器和驱动器，通过控制器的编程发送指令给驱动器，从而实现步进电机速度、转动方向、转动角度等控制。这种控制方式的特点是功率较大。但是对于多个步进电机的复杂系统来说，会占用大量的控制器资源，同时控制器编程复杂。如果控制器和步进电机的距离较远，电机控制线的抗干扰设计会大大增加系统的复杂性，从而会影响整个电机系统的稳定性。
[0005]传统的步进电机驱动器多采用电流驱动的模式，这种控制方式最为直观，在电机高速运行时比较有利，但是为了实现不同的细分驱动，往往需要复杂的算法。本设计采用的L6470步进电机驱动芯片通过控制电压来达到控制电流的目的，能轻松实现128细分。通过SPI接口接收电机运动命令，芯片内部会根据配置的电流、速度等参数，自动计算电机的加减速曲线，大大简化了软件的复杂程度。
[0006]常用的驱动器的控制方式单一，一般只采用脉冲和方向信号进行控制。本技术采用485和CAN总线的通信控制方式进行控制，大大减小了主控制器的资源占用，并且能够进行多个电机的级联控制。
[0007]步进电机的控制往往会用到外接传感器，用于机械位置的限位控制。常用的控制方式为主控制器采集传感器的信号，通过对信号的处理，再去控制步进电机。本设计预留3个传感器的输入接口，分别定义为左限位，原点，右限位。不需要通过主控制器就能够进行位置的控制，同时能够将位置信号通过总线的形式传给主控制器。
[0008]步进电机的控制系统中，除了传感器信号的输入，还常常用到执行器的动作，常用的控制器包括但不限于电磁阀，气缸等。本设计预留两个输出接口，可以用于执行器的控制。只需要主控制器给步进电机驱动设备发送对应的指令，此驱动模块可以直接控制对应的执行器的动作。
[0009]步进电机理论上能够通过脉冲的频率和脉冲的个数进行精确的控制，但是在机械设备中往往会出现丢步的情况，也就是开环控制不能完全保证电机转动位置或速度的精确
控制。如果想要做到精确控制，就需要添加编码器。本设计将编码器的采集集成到一体化的驱动电路上，能够直接进行步进电机的闭环控制。
[0010]常用步进电机的驱动电路需要单独的外接电机线、控制线、电源线、通信线等，对于技术要求较高，并且系统较复杂。本设计将步进电机的驱动设备和电机做了一体化设计，只需要提供电源和通信，就可以实现步进电机的控制、传感器的采集、执行机构的控制，大大简化了系统的复杂性，提高了系统的稳定性，使步进电机控制系统变得更灵活、可靠。

技术实现思路

[0011]为此，本技术提供一种一体化步进电机驱动设备，以解决现有步进电机驱动器存在的控制器编程复杂，对技术要求较高，系统接线复杂，系统稳定性和精准性不高等问题。
[0012]为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种一体化步进电机驱动设备，所述设备包括电路板以及设置在所述电路板上的控制器模块、通信模块、输入输出模块、编码器采集模块和步进电机驱动模块；
[0013]所述控制器模块通过通信模块与上位机进行双向通信，所述通信模块包括多种总线通信接口；
[0014]所述控制器模块通过传感器信号采集接口和执行器控制信号输出接口连接所述输入输出模块，所述输入输出模块连接传感器和执行器，所述传感器设置在与步进电机转动连接的外部机械结构上，用于对转动位置信号进行检测；
[0015]所述控制器模块通过编码器采集接口连接所述编码器采集模块，所述编码器采集模块连接编码器，所述编码器安装在电机轴上用于采集脉冲信号得到电机转速；
[0016]所述控制器模块通过步进电机控制信号输出接口连接所述步进电机驱动模块，所述步进电机驱动模块连接步进电机。
[0017]进一步地，所述通信模块包括485总线接口和CAN总线接口。
[0018]进一步地，所述传感器包括左限位传感器、右限位传感器以及原点传感器。
[0019]进一步地，所述设备还包括用于为各模块进行供电的电源模块。
[0020]进一步地，所述输入输出模块通过光电耦合器进行信号的光电隔离和电压转换。
[0021]进一步地，所述编码器采集模块通过差分线路接收器实现编码器信号的采集。
[0022]进一步地，所述电源模块包括开关电源模块和线性电源模块，所述开关电源模块用于将外部24VDC输入电源转换为5VDC电源，所述线性电源模块连接所述开关电源模块用于5VDC到3.3VDC电源的转换。
[0023]进一步地，所述24VDC电源用于步进电机和外部执行器的供电，5VDC用于编码器采集模块和编码器的供电，3.3VDC用于控制器模块、通信模块以及步进电机驱动模块的供电。
[0024]本技术具有如下优点：
[0025]本技术提出的一种一体化步进电机驱动设备，包括控制器模块、通信模块、输入输出模块、编码器采集模块、步进电机驱动模块以及电源模块，步进电机驱动设备和步进电机的一体化设计，大大简化了步进电机控制系统的连接方式和控制方式；通信功能兼容性强，能够实现485总线和CAN总线的控制；能够实现编码器的采集，实现步进电机的速度和角度闭环控制；带有传感器采集和执行器控制接口，每一个电机能够独立搭建一个小步进
电机系统，整个小系统仅用485总线或CAN总线就可以控制；降低了系统搭建和调试人员的专业需求，只是进行上位机通信的编程即可实现步进电机的控制；独立电源设计，采用开关电源+线性电源的设计，实现整个步进电机控制系统的单电源供电；能够极大的简化步进电机控制系统线路连接，降低对于步进电机控制系统调试人员的专业要求，提高步进电机控制系统的稳定性、可靠性。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本技术的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
[0027]图1为本技术实施例1提供的一种一体化步进电机驱动设备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一体化步进电机驱动设备，其特征在于，所述设备包括电路板以及设置在所述电路板上的控制器模块、通信模块、输入输出模块、编码器采集模块和步进电机驱动模块；所述控制器模块通过通信模块与上位机进行双向通信，所述通信模块包括多种总线通信接口；所述控制器模块通过传感器信号采集接口和执行器控制信号输出接口连接所述输入输出模块，所述输入输出模块连接传感器和执行器，所述传感器设置在与步进电机转动连接的外部机械结构上，用于对转动位置信号进行检测；所述控制器模块通过编码器采集接口连接所述编码器采集模块，所述编码器采集模块连接编码器，所述编码器安装在电机轴上用于采集脉冲信号得到电机转速；所述控制器模块通过步进电机控制信号输出接口连接所述步进电机驱动模块，所述步进电机驱动模块连接步进电机。2.根据权利要求1所述的一种一体化步进电机驱动设备，其特征在于，所述通信模块包括485总线接口和CAN总线接口。3.根据权利要求1所述的一种一体化步进电机驱动设备，其特征在于，所述传感器包括左限...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘涛，
申请(专利权)人：刘涛，
类型：新型
国别省市：