专利名称:步进马达驱动控制器及步进马达驱动控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种步进马达驱动控制器及步进马达驱动控制系统，该驱动控制器包括CPU芯片、CAN接口、运动控制芯片、步进马达驱动芯片及电源接口；电源接口分别电连接CPU芯片、CAN接口、运动控制芯片以及步进马达驱动芯片，CPU芯片分别电连接CAN接口、运动控制芯片以及步进马达驱动芯片，运动控制芯片还电连接步进马达驱动芯片，CAN总线步进马达驱动控制器还包括用于电连接马达的功率输出接口，功率输出接口相应电连接至步进马达驱动芯片。通过上述实施方式，其硬件结构简单，成本较低，并能够适用于步进马达使用数量较多的场合。
【专利说明】步进马达驱动控制器及步进马达驱动控制系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及运动控制设备【技术领域】，尤其涉及一种步进马达驱动控制器及步进马达驱动控制系统。
【背景技术】
[0002]目前，现有技术中，传统的步进马达驱动器功能等同于脉冲功率放大器，运动控制的实现需要由带有高速脉冲输出点的PLC或运动控制板卡才能够组成完整的运动控制系统。这样对于使用多个步进马达的设备，系统架构十分繁杂，成本上升。
[0003]并且，该运动控制系统最多可连接的步进马达数量受PLC脉冲路数或运动控制卡的通道数限制，通常采用传动驱动器的系统最大可连接16台步进马达，不适用于系统步进马达数量较多的场合。
实用新型内容
[0004]本实用新型为解决上述技术问题提供一种步进马达驱动控制器及步进马达驱动控制系统，其硬件结构简单，成本较低，并能够适用于步进马达使用数量较多的场合。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种步进马达驱动控制器，包括:CPU芯片、CAN接口、运动控制芯片、步进马达驱动芯片以及电源接口 ；其中，所述电源接口分别电连接所述CPU芯片、所述CAN接口、所述运动控制芯片以及所述步进马达驱动芯片，所述CPU芯片分别电连接所述CAN接口、所述运动控制芯片以及所述步进马达驱动芯片，所述运动控制芯片还电连接所述步进马达驱动芯片，所述CAN总线步进马达驱动控制器还包括用于电连接马达的功率输出接口，所述功率输出接口相应电连接至所述步进马达驱动芯片。
[0006]进一步地，所述运动控制芯片是步进马达微控制器。
[0007]进一步地，所述运动控制芯片包括三个输出端，各输出端可分别电连接一个所述步进马达驱动芯片。
[0008]进一步地，所述CPU芯片与所述运动控制芯片和所述步进马达驱动芯片之间均通过SPI连接。
[0009]本实用新型实施例的步进马达驱动控制器具有如下有益效果:步进马达驱动控制器包括CPU芯片、CAN接口、运动控制芯片、步进马达驱动芯片及功率输出接口，其硬件结构简单，成本较低；可以利用CAN总线使得一台或多台步进马达驱动控制器均连接至CAN总线，能够适用于多个驱动控制器并行工作的场合，系统功能扩充方便，利于降低系统成本。另外，因为CAN总线具有高速长距离抗干扰的功能，各步进马达驱动控制器反应快、工作稳定。
[0010]为解决上述技术问题，本实用新型还提供一种步进马达驱动控制系统，包括:如上述任一项实施例所述的步进马达驱动控制器，还包括:上位机和转换器；所述上位机与所述转换器电连接，所述转换器与所述CAN接口电连接。
[0011]进一步地，所述功率输出接口包括第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂、所述第二桥臂分别包括第一、第二、第三及第四共四个MOSFET管；所述第一桥臂中，所述第一、第二、第三及第四MOSFET管的栅极均电连接至所述步进马达驱动芯片，所述第一、第二MOSFET管的漏极相互电连接，所述第三、第四MOSFET管的漏极亦相互电连接，所述第一、第三MOSFET管的源极分别电连接参考电压，并且，所述第二、第四MOSFET管的源极相互电连接；所述第二桥臂中，所述第一、第二、第三及第四MOSFET管的栅极均电连接至所述步进马达驱动芯片，所述第一、第二 MOSFET管的漏极相互电连接，所述第三、第四MOSFET管的漏极亦相互电连接，所述第一、第三MOSFET管的源极相互电连接，并且，所述第二、第四MOSFET管的源极分别接地。
[0012]进一步地，所述步进马达驱动控制系统包括步进马达；所述步进马达电连接所述功率输出接口。
[0013]进一步地，所述步进马达包括控制所述步进马达自身工作的第一位置控制线圈以及第二位置控制线圈；其中，所述第一位置控制线圈的正极电连接于所述第一桥臂中的第一、第二 MOSFET管的漏极之间、负极电连接于所述第一桥臂中的第三、第四MOSFET管的漏极之间，所述第二位置控制线圈的正极电连接于所述第二桥臂中的第一、第二 MOSFET管的漏极之间、负极电连接于所述第二桥臂中的第三、第四MOSFET管的漏极之间。
[0014]进一步地，所述上位机与所述转换器之间通过RS232电缆电连接，所述转换器与所述CAN接口通过CAN总线电连接。
[0015]进一步地，所述步进马达驱动控制系统还包括供电电源，所述供电电源与所述电源接口电连接。
[0016]本实用新型实施例的步进马达驱动控制系统具有如下有益效果:可以利用CAN总线电连接多个不同的步进马达驱动控制器的CAN接口，全网络仅需两根线就可以并行连接多台步进马达驱动控制器，能够驱动多台步进马达独立运作，其结构简单，成本较低。另外，因为CAN总线具有高速长距离抗干扰的功能，各步进马达驱动控制器反应快、工作稳定。
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型实施例步进马达驱动控制系统的电路结构图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实施方式对本实用新型进行详细说明。
[0019]参阅图1，本实用新型实施例的步进马达驱动控制系统1，包括步进马达驱动控制器2、上位机3以及转换器4。其中，上位机3可以是PLC或PC，其电连接转换器4，具体可通过RS232电缆与转换器4连接，转换器4进一步电连接步进马达驱动控制器2。
[0020]具体而言，该步进马达驱动控制器2包括可以一体化设置的CPU芯片21、CAN接口22、运动控制芯片23、步进马达驱动芯片24以及电源接口 26。该CPU芯片21可选用32位嵌入式高性能微处理芯片。
[0021]电源接口 26分别电连接CPU芯片21、CAN接口 22、运动控制芯片23以及步进马达驱动芯片24，CPU芯片21分别电连接CAN接口 22、运动控制芯片23以及步进马达驱动芯片24，运动控制芯片23还电连接步进马达驱动芯片24，CAN总线步进马达驱动控制器2还包括用于电连接马达的功率输出接口 25，功率输出接口 25相应电连接至步进马达驱动芯片24。
[0022]该CAN接口 22电连接转换器4，具体通过CAN总线(包括CANH、CANL)电连接该转换器4，该CAN接口 22用于转送上位机3发送的运动控制指令(如设定的目标位置，运行速度等)至CPU芯片21，或者，用于回送步进马达驱动芯片24当前的实时运动状态信息(如当前位置，当前速度等)至上位机3。RS232-CAN转换器4可以将上位机3的RS232指令转换成CAN协议的指令并可高速长距离控制CAN总线驱动器，使得用户只需要一个转换器4，就可以控制100台甚至更多的步进马达驱动控制器2，进而能够独立控制成倍数的步进马达
6ο
[0023]该CPU芯片21根据获取的运动控制指令生成相应控制参数并发送至运动控制芯片23和步进马达驱动芯片24，而该运动控制芯片23根据控制参数生成相应步进脉冲信号和方向信号并发送至步进马达驱动芯片24，进一步地，步进马达驱动芯片24将脉冲信号和方向信号转换成步进马达驱动的控制信号输出至功率输出接口 25进而驱动连接于功率输出接口 25的马达工作。
[0024]该运动控制芯片23是步进马达6微控制器2，该运动控制芯片23最大可支持64位细分。具体的，运动控制芯片23包括三个输出端，各输出端可分别电连接一个步进马达驱动芯片24，当然，每个步进马达驱动芯片24对应一个功率输出接口 25以能够控制每个步进马达6独立的进行工作，以使得各步进马达6的目标位置和运行速度都可以在线随时改变。其中，该运动控制芯片23包括两个独立的四线串行外设接口，一个与CPU芯片21进行通信，另一个与一至三个菊花链式连接的步进马达驱动芯片24进行连接，具体的，该运动控制芯片23通过步进脉冲和方向接口与该步进马达驱动芯片24进行连接。上述实施例中，CPU芯片21与运动控制芯片23和步进马达驱动芯片24之间均通过SPI (SerialPeripheral Interface，串行外设接口)连接。其中，因为运动控制功能是一个硬实时任务，传统步进马达驱动控制器中，运动控制功能对CPU芯片而言是一个很大的负担，本实用新型的步进马达驱动控制器2中，所有的运动控制功能都由运动控制芯片23来完成，上位机3只需要发送和接收极少的数据(例如只需要发送目标位置)，而由运动控制芯片23可以产生精确定时的步进脉冲来控制步进马达6的运动，这样就可以大大减轻上位机3的负担，给上位机3留出更充足的时间来执行其它任务。
[0025]进一步地，步进马达驱动芯片24是将运动控制芯片23发出的步进脉冲信号转换成步进马达驱动的控制信号来驱动8个MOSFET管组成的两组桥臂(即功率输出接口 25)，进而驱动两相步进马达6进行运转。具体而言，该功率输出接口 25包括第一桥臂251和第二桥臂252，第一桥臂251、第二桥臂252分别包括第一、第二、第三及第四共四个MOSFET管2511-2514 (2521-2524);第一桥臂 251 中，第一、第二、第三及第四 MOSFET 管 2511-2514 的栅极均电连接至步进马达驱动芯片24，第一、第二MOSFET管2511、2512的漏极相互电连接，第三、第四MOSFET管2513、2514的漏极亦相互电连接，第一、第三MOSFET管2511、2513的源极分别电连接参考电压，并且，第二、第四MOSFET管2512、2514的源极相互电连接；第二桥臂252中，第一、第二、第三及第四MOSFET管2521-2524的栅极均电连接至步进马达驱动芯片24，第一、第二 MOSFET管2521、2522的漏极相互电连接，第三、第四MOSFET管2523、2524的漏极亦相互电连接，第一、第三MOSFET管2521、2523的源极相互电连接，并且，第二、第四MOSFET管2522、2524的源极分别接地。
[0026]使用时，将步进马达6电连接至功率输出接口 25。具体的，步进马达6包括控制步进马达6自身工作的第一位置控制线圈61以及第二位置控制线圈62 ;其中，第一位置控制线圈61的正极电连接于第一桥臂251中的第一、第二MOSFET管2511、2512的漏极之间、负极电连接于第一桥臂251中的第三、第四MOSFET管2513、2514的漏极之间，第二位置控制线圈62的正极电连接于第二桥臂252中的第一、第二MOSFET管2521、2522的漏极之间、负极电连接于第二桥臂252中的第三、第四MOSFET管2523、2524的漏极之间。
[0027]工作时，CPU芯片21通过SPI总线发送控制命令来修改步进马达驱动芯片24的运行参数和运行模式，其中，步进马达驱动芯片24内置有一个的微步计数器和正弦表，将这些步进脉冲信号和方向信号转换成步进马达6的各位置控制线圈61、62的电流，具体可以通过对该步进马达驱动芯片24的coolStep和stallGuard2参数设置来减少功耗和热耗散。
[0028]上述实施例中，步进马达驱动控制系统I还包括供电电源5，供电电源5与电源接口 26电连接。其中，该供电电源5的电压可以选用24V。
[0029]本实用新型实施例的步进马达驱动控制系统I具有如下有益效果:可以利用CAN总线电连接多个不同的步进马达驱动控制器2的CAN接口 22，全网络仅需两根线就可以并行连接多台步进马达驱动控制器2，能够驱动多台步进马达6独立运作，其结构简单，成本较低。并且，相较于传统驱动器在系统因功能而增加驱动器，需要增加运动控制卡，运动控制卡需要电脑有对应的插槽，如果电脑的总线插槽已满，将无法进行系统功能的扩充，本实用新型的步进马达驱动控制系统I功能扩充更加方便。另外，因为CAN总线具有高速长距离抗干扰的功能，各步进马达驱动控制器2反应快、工作稳定；同时，该步进马达驱动控制系统I采用命令驱动方式，上位机3只需发送运动控制的命令，具体的运动控制过程是由步进马达驱动控制器2自行完成，这样可以大大减低上位机3的负担，且上位机3的编程更加简便容易。
[0030]在一具体应用实施例中，本实用新型实施例的步进马达驱动控制系统I还可以包括一个或多个与步进马达6相应连接的编码器，该一个或多个编码器用于采集相应步进马达6的绝对位置并反馈给运动控制芯片23及CPU芯片21进行处理，方便后续该步进马达驱动控制系统I可以综合支持位置模式和速度模式两种运行模式。
[0031]本实用新型还提供一种步进马达驱动控制器2，对于该步进马达驱动控制器2的描述可参阅前文及图1，此处不再一一赘述。
[0032]本实用新型实施例的步进马达驱动控制器2具有如下有益效果:步进马达驱动控制器2包括CPU芯片21、CAN接口 22、运动控制芯片23、步进马达驱动芯片24及功率输出接口 25，其硬件结构简单，成本较低；可以利用CAN总线使得一台或多台步进马达驱动控制器2均连接至CAN总线，能够适用于多个驱动控制器2并行工作的场合，系统功能扩充方便，利于降低系统成本。另外，因为CAN总线具有高速长距离抗干扰的功能，各步进马达驱动控制器2反应快、工作稳定。
[0033]以上仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的【技术领域】，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
【权利要求】
1.一种步进马达驱动控制器，其特征在于，包括: CPU芯片、CAN接口、运动控制芯片、步进马达驱动芯片以及电源接口 ； 其中，所述电源接口分别电连接所述CPU芯片、所述CAN接口、所述运动控制芯片以及所述步进马达驱动芯片，所述CPU芯片分别电连接所述CAN接口、所述运动控制芯片以及所述步进马达驱动芯片，所述运动控制芯片还电连接所述步进马达驱动芯片，所述CAN总线步进马达驱动控制器还包括用于电连接马达的功率输出接口，所述功率输出接口相应电连接至所述步进马达驱动芯片。2.根据权利要求1所述的步进马达驱动控制器，其特征在于: 所述运动控制芯片是步进马达微控制器。3.根据权利要求1所述的步进马达驱动控制器，其特征在于: 所述运动控制芯片至少包括三个输出端，各输出端可分别电连接一个所述步进马达驱动芯片。4.根据权利要求1所述的步进马达驱动控制器，其特征在于: 所述CPU芯片与所述运动控制芯片和所述步进马达驱动芯片之间均通过SPI连接。5.一种步进马达驱动控制系统，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的步进马达驱动控制器，还包括: 上位机和转换器； 所述上位机与所述转换器电连接，所述转换器与所述CAN接口电连接。6.根据权利要求5所述的步进马达驱动控制系统，其特征在于: 所述功率输出接口包括第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂、所述第二桥臂分别包括第一、第二、第三及第四共四个MOSFET管； 所述第一桥臂中，所述第一、第二、第三及第四MOSFET管的栅极均电连接至所述步进马达驱动芯片，所述第一、第二 MOSFET管的漏极相互电连接，所述第三、第四MOSFET管的漏极亦相互电连接，所述第一、第三MOSFET管的源极分别电连接参考电压，并且，所述第二、第四MOSFET管的源极相互电连接； 所述第二桥臂中，所述第一、第二、第三及第四MOSFET管的栅极均电连接至所述步进马达驱动芯片，所述第一、第二 MOSFET管的漏极相互电连接，所述第三、第四MOSFET管的漏极亦相互电连接，所述第一、第三MOSFET管的源极相互电连接，并且，所述第二、第四MOSFET管的源极分别接地。7.根据权利要求6所述的步进马达驱动控制系统，其特征在于: 所述步进马达驱动控制系统包括步进马达； 所述步进马达电连接所述功率输出接口。8.根据权利要求7所述的步进马达驱动控制系统，其特征在于: 所述步进马达包括控制所述步进马达自身工作的第一位置控制线圈以及第二位置控制线圈； 其中，所述第一位置控制线圈的正极电连接于所述第一桥臂中的第一、第二 MOSFET管的漏极之间、负极电连接于所述第一桥臂中的第三、第四MOSFET管的漏极之间，所述第二位置控制线圈的正极电连接于所述第二桥臂中的第一、第二 MOSFET管的漏极之间、负极电连接于所述第二桥臂中的第三、第四MOSFET管的漏极之间。9.根据权利要求5所述的步进马达驱动控制系统，其特征在于: 所述上位机与所述转换器之间通过RS232电缆电连接，所述转换器与所述CAN接口通过CAN总线电连接。10.根据权利要求5所述的步进马达驱动控制系统，其特征在于: 所述步进马达驱动控制系统还包括供电电源，所述供电电源与所述电源接口电连接。
【文档编号】G05B19-414GK204270108SQ201420771305
【发明者】彭辉 [申请人]梅州市德瑞克尔控制技术有限公司