一种点钞仪双直流无刷电机控制器及其控制方法技术

本发明专利技术提供了一种点钞仪双直流无刷电机控制器，包括电源电路，转子位置检测电路，包括主和从微处理器的微处理器控制电路，用于驱动两个直流无刷电机的主控功率管驱动电路和从控功率管驱动电路。该控制器用于接收来自点钞仪的指令控制主直流无刷电机和从直流无刷电机的工作。该控制器进一步包括通信单元，用于在主微处理器和从微处理器之间通信状态信号和速度信号以使主直流无刷电机和从直流无刷电机协同工作，用于控制鉴伪点钞仪的主从两个电机在不同的负载下能够输出稳定的速度，保证钞票稳定有序地通过光学、电磁传感器的探测位置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种适用于工业设备、金融设备的运动控制系统，具体涉及一种鉴伪 点钞仪双直流无刷电机控制器。
技术介绍
随着伪造技术的发展，伪钞的鉴别难度越来越大，现有的防伪设备急需更新换代。 目前，多光谱鉴伪点钞仪是国际上点钞设备的发展方向，该设备运用几何、磁检、安全线磁 码分析、多光谱图像分析和冠字号码识别记录存储等功能，可对各种面值的纸币进行分版 鉴伪点钞。这种鉴伪点钞仪和以前的相比，虽然在功能上强大了很多，但是也面临新的问 题，它对动力控制系统的要求更加严格，具体体现在以下两点一是要求电机及其控制系统 产生的电磁干扰极小，为鉴伪点钞仪的传感器和中控电路提供良好的电磁环境；二是要求 电机运行速度非常平稳，使得钞票能够在不同的负载下保持基本恒定的速度通过各类传感 器的探测位置。而原来的鉴伪点钞仪的电机一般采用两个完全独立工作的直流有刷电机及 其控制系统，使用此类动力系统的鉴伪点钞仪存在如下缺点(1)可靠性差，易产生火花，其碳刷需要更换；(2)调速范围窄和负载特性差；(3)功率密度低，集电环碳刷占据了电机的有效体积；(4)双电机独立运行，分别采用各自的控制单元，互相之间没有通信，无法实现双 电机的协同控制。
技术实现思路
针对上述直流有刷电机及其控制系统的缺陷，本专利技术提供了一种鉴伪点钞仪双直 流无刷电机控制系统，适用于新型的多光谱鉴伪点钞仪，使得整个动力供给系统具有可靠 性强、调速范围宽、负载特性好、工作效率高和功率密度大的优点，同时其产生的电磁干扰 极低。本专利技术提供一种点钞仪双直流无刷电机控制器，包括电源电路，包括主控微处理 器和从控微处理器的微处理器控制电路，包括主控功率管驱动电路和从控功率管驱动电路 的功率管驱动电路，该控制器用于接收来自点钞仪的指令控制主直流无刷电机和从直流无 刷电机的工作；所述电源电路包括用于为微处理器控制电路供电的第一开关电源和用于为功率 管驱动电路供电的第二开关电源；主控微处理器用于接收来自主直流无刷电机的速度信号和霍尔位置状态信号，输 出主控制信号，并通过主控功率管驱动电路驱动主直流无刷电机；从控微处理器用于接收来自从直流无刷电机的速度信号和霍尔位置状态信号，输 出从控制信号，并通过从控功率管驱动电路驱动从直流无刷电机；其特征在于，该控制器进一步包括通信单元，用于在主控微处理器和从控微处理器之间通信状态信号和速度信号以 使主直流无刷电机和从直流无刷电机协同工作。优选地，所述主直流无刷电机用于将钞票传递到检测传感器位置，所述从直流无 刷电机带动风火轮用于接收检测完的钞票。优选地，所述主直流无刷电机和从直流无刷电机协同工作包括(1)当所述控制器接收到来自点钞仪控制板的开启指令时，在从无刷直流电机旋 转达到预定速度后，主无刷直流电机开始工作；(2)当所述控制器接收到来自点钞仪控制板的停机指令时，主无刷直流电机停止 工作，等待预定时间后从无刷直流电机停止工作；(3)当点钞机由智能状态、强检状态、号码状态中的一种进入停机状态时，主无刷 直流电机进入反转状态，此时从无刷直流电机维持原来的速度正向工作。本专利技术提供一种如上所述的点钞仪双直流无刷电机控制器的控制方法，该方法特 征在于(1)当所述控制器接收到来自点钞仪控制板的开启指令时，在从无刷直流电机旋 转达到预定速度后，主无刷直流电机开始工作；(2)当控制器接收到来自点钞仪控制板的停机指令时，主无刷直流电机停止工作， 等待预定时间后从无刷直流电机停止工作；(3)当由点钞机由智能状态、强检状态、号码状态中的一种进入停机状态时，主无 刷直流电机进入反转状态，此时从无刷直流电机维持原来的速度正向工作。本专利技术的技术方案如下一种鉴伪点钞仪双直流无刷电机控制器，整个控制系统 的硬件电路部分包括电源电路、微处理器控制电路、功率管驱动电路、转子位置检测电路和 保护电路；软件程序部分包括主控程序和换相逻辑控制程序。在功能设计上，软件程序分 别在主控微处理器和从控微处理器两个微处理器上运行，借助各个电路模块，实现双电机 的协同运动，用于控制鉴伪点钞仪的主从两个电机在不同的负载下能够输出稳定的速度， 保证钞票稳定有序地通过光学、电磁传感器的探测位置。优选地，所述电源电路为开关电 源电路，采用两个低成本的ST公司开关电源芯片MC34063。所述微处理器控制电路为双微 处理器控制电路，包括相应的接口电路和外围设备，微处理器优选采用德国英飞凌公司的 XC846。所述的功率管驱动电路为MOSFET管驱动电路，优选采用IR公司集成芯片IR2103， MOSFET管优选选用ST公司的17NF03。主控程序和换相程序在所述XC846中运行。在上述 组成电路的支撑下，微处理器控制电路中的各分段PID控制计算模块采用分段PID(比例、 积分、微分)控制策略，主控和从控微处理器分别接收来自电机内置的霍尔传感器获取的 电机当前的运行速度，根据该运行速度和相应目标速度之间的不同调节PWM的占空比，使 得主电机和从电机在不同的负载下能够实时输出稳定的速度。进一步地，所述控制器进一 步包括两个微处理器之间的通信单元，通过两个微处理器之间建立通信连接，以相互传输 状态信号和速度信号保证双电机的协同工作。优选地，所述的开关电源电路采用两个低成本开关电源芯片MC34063，通过外围电 路的设计和调整，可以将输入的24V电压稳定地转换为控制器所需要的12V和5V，分别给控 制器各个功能模块供电。所述的双微处理器控制电路主要包括两个微处理器及其相应的接口电路、外围设备。微处理器是整个控制器的核心，主要完成输入信号的解析、控制算法的实现、控制逻辑 信号的输出以及与外界通信等功能。微处理器控制电路包括主控微处理器和从控微处理 器，分别控制主电机和从电机，主电机用于将钞票传递到检测传感器位置，从电机带动风火 轮用于接收检测完的钞票。主控微处理器和从控微处理器通过例如4个IO 口通信来进行 协同工作。微处理器的型号例如为德国英飞凌公司的XC846。所述的MOSFET管驱动电路采用例如专用集成驱动芯片IR2103，其外围构成电路 简单，可靠性高；MOSFET管选用17NF03，其性能参数例如电压峰值、电流峰值等比控制器所 需要的最低性能要求高30%左右。所述的转子位置霍尔检测电路进一步包括对霍尔输出信号进行RC滤波的RC滤波 电路，去除高频信号干扰后的滤波后信号直接输入至微处理器的相关引脚，无须经高速光 耦进行光电隔离，在保证可靠性的前提下节省了控制器的成本。控制器包括主直流无刷电机的电流保护电路，其将相电流通过康铜丝，进行电压 取样。该电压信号经滤波后输入至主控微处理器，主控微处理器通过AD转换获取当前电流 值，然后进行反馈控制，使得电流保持在安全范围内。本专利技术中，高可靠性和低成本贯穿整个设计，采用了面向电机控制的XC846专用 微处理器和功率管集成驱动芯片IR2103，使得整个控制器的元器件较少、电路相对简单，因 此可靠性和可维修性都达到了较好的水平；同时，在保证可靠性的前提下，转子位置检测、 速度检测和电流取样方面去掉了不必要的元器件和外围电路，从而节省了控制器的总体成 本。每个控制器都预留有与外界通信的串口，专门设计的调试板与控制器串口进行交 互，可以修正控制器的限流值、速度值等参数，由此本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种点钞仪双直流无刷电机控制器，包括电源电路，包括主控微处理器和从控微处理器的微处理器控制电路，包括主控功率管驱动电路和从控功率管驱动电路的功率管驱动电路，该控制器用于接收来自点钞仪的指令控制主直流无刷电机和从直流无刷电机的工作；所述电源电路包括用于为微处理器控制电路供电的第一开关电源和用于为功率管驱动电路供电的第二开关电源；主控微处理器用于接收来自主直流无刷电机的速度信号和霍尔位置状态信号，输出主控制信号，并通过主控功率管驱动电路驱动主直流无刷电机；从控微处理器用于接收来自从直流无刷电机的速度信号和霍尔位置状态信号，输出从控制信号，并通过从控功率管驱动电路驱动从直流无刷电机；其特征在于，该控制器进一步包括：通信单元，用于在主控微处理器和从控微处理器之间通信状态信号和速度信号，以使主控微处理器和从控微处理器分别控制主直流无刷电机和从直流无刷电机协同工作。

【技术特征摘要】
一种点钞仪双直流无刷电机控制器，包括电源电路，包括主控微处理器和从控微处理器的微处理器控制电路，包括主控功率管驱动电路和从控功率管驱动电路的功率管驱动电路，该控制器用于接收来自点钞仪的指令控制主直流无刷电机和从直流无刷电机的工作；所述电源电路包括用于为微处理器控制电路供电的第一开关电源和用于为功率管驱动电路供电的第二开关电源；主控微处理器用于接收来自主直流无刷电机的速度信号和霍尔位置状态信号，输出主控制信号，并通过主控功率管驱动电路驱动主直流无刷电机；从控微处理器用于接收来自从直流无刷电机的速度信号和霍尔位置状态信号，输出从控制信号，并通过从控功率管驱动电路驱动从直流无刷电机；其特征在于，该控制器进一步包括通信单元，用于在主控微处理器和从控微处理器之间通信状态信号和速度信号，以使主控微处理器和从控微处理器分别控制主直流无刷电机和从直流无刷电机协同工作。2.根据权利要求1所述的点钞仪双直流无刷电机控制器，其特征在于所述主直流无刷 电机用于将钞票传递到检测传感器位置，所述从直流无刷电机带动风火轮用于接收检测完 的钞票。3.根据权利要求1所述的点钞仪双直流无刷电机控制器，其特征在于所述主直流无刷 电机和从直流无刷电机协同工作包括(1)当所述控制器接收到来自点钞仪控制板的开启指令时，在从无刷直流电机旋转达 到预定速度后，主无刷直流电机开始工作；(2)当所述控制器接收到来自点钞仪控制板的停机指令时，主无刷直流电机停止工作， 等待预定时间后从无刷直流电机停止工作；(3)当点钞机由智能状态、强检状态、号码状态中的一种进入停机状态时，主无刷直流 电机进入反转状态，此时从无刷直流电机维持原来的速度正向工作。4.根据权利要求1所述的点钞仪双直流无刷电机控制器，其特征在于所述主控微处理 器和从控微处理器分别为德国英飞凌公司的XC846微处理器。5.根据权利要求1所述的点钞仪双直流无刷电机控制器，其特征在于，所述主控功率管驱动电路为MOSFET驱动电...

【专利技术属性】
技术研发人员：台宪青，李功燕，王艳军，廖威，
申请(专利权)人：夷中机科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]