一种多功能电机驱动器及控制方法与流程

本发明涉及一种多功能电机驱动器及控制方法，用于控制多种电机，包括直流电机，交流电机和步进电机。

背景技术：

电力电子技术能以小功率信号控制大功率输出，从而构成强电与弱电之间的接口。当今微电子技术的新成就可以通过这一接口移植到传统工业产品，促使其更新换代。高可靠性的电力电子积木和集成电力电子模块技术是未来电力电子技术发展的新热点。电力电子积木采用先进的表面贴装技术将触发器、有源器件、主电源板集成在一起，具有多重功能，大大缩小电力电子装置的体积和重量，降低装置的损耗和成本，提高高频工作效率。集成电力电子模块可以实现电力电子技术的智能化、模块化，并大大降低电路接线电感和提高系统效率。

直流电机，交流电机，步进电机广泛应用于工业生产中，例如数控机床工作台和刀具架的移动，刀具电机的运行，输送机的运转。对电机的驱动电路的应用研究也有重要价值。

技术实现要素：

针对目前存在的上述技术问题，本发明提供了一种多功能电机驱动器及控制方法，可以控制多种电机。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种多功能电机驱动器，包括stm32控制器，stm32控制器分别通过直流电机驱动电路、交流电机驱动电路、步进电机驱动电路控制直流电机、交流电机、步进电机启动、停止或改变转速；stm32控制器的管脚pd0、pd1、pd2、pd3、pd4、pd5、pd6分别与按键sw1、sw2、sw3、sw4、sw5、sw6、sw7连接，按键sw1、sw2、sw3、sw4、sw5、sw6、sw7分别代表“选择直流电机”、“选择交流电机”、“选择步进电机”、“加速”、“减速”、“启动”、“停止”；stm32控制器的管脚pb1、pb2、pb4、pb5、pb6用于输出脉冲信号；stm32控制器的数模输出管脚pa0、pa1、pa2用于输出电压信号；stm32控制器的管脚pc0和pc1用于输出数字信号0、1。

进一步地，直流电机驱动电路由四个二极管vd1-vd4和四个三极管v1-v4构成，三极管v1与二极管vd1并联，三极管v2与二极管vd2并联，三极管v3与二极管vd3并联，三极管v4与二极管vd4并联，二极管vd1、vd2、vd4、vd3首尾顺序连接；直流电机电枢m一侧接在二极管vd1和vd3之间，另一侧接在二极管vd2和vd4之间；

stm32控制器的管脚pb1、pb2输出2个脉冲信号，管脚pb1连接三极管v1和v4基极，管脚pb2连接三极管v2和v3基极；当pb1从输出高电平变为输出低电平时，vd2和vd3用于续流；当pb2从输出高电平变为输出低电平时，vd1和vd4用于续流；

当pb1管脚输出正脉冲占空比大于0.5时，对应三极管v1和v4导通，电机正转；当pb2管脚输出正脉冲占空比大于0.5时，对应三极管v2和v3导通，电机反转；当pb1和pb2管脚输出正脉冲占空比等于0.5时，电机停转；改变pb1和pb2管脚输出的脉冲信号的占空比，就改变了功率驱动电路输出信号的占空比，改变加在直流电机电枢上的平均电压，从而改变直流电机的转速。

进一步地，交流电机驱动电路由3个正弦波发生器max038模块电路组成，即max038芯片u2、u3、u4；正弦波发生器max038模块电路的a0、a1管脚用于选择波形类型，stm32控制器的管脚pc0和pc1连接a0和a1管脚，当a1输入数字信号1，输出正弦波；

stm32控制器的数模输出管脚pa0连接芯片u2的fadg管脚，芯片u2输出信号到交流电机a相绕组，通过pa0输出电压值控制芯片u2输出正弦信号的频率；

stm32控制器的数模输出管脚pa1连接芯片u3的fadg管脚，芯片u3输出信号到交流电机b相绕组，通过pa1输出电压值控制芯片u3输出正弦信号的频率；

stm32控制器的数模输出管脚pa2连接芯片u4的fadg管脚，芯片u4输出信号到交流电机c相绕组，通过pa2输出电压值控制芯片u4输出正弦信号的频率；

max038芯片u2-u4共产生3个相位相差120度的正弦波，通过改变正弦波的频率，改变加在交流电机上的交流电频率，从而改变交流电机转速。

进一步地，stm32控制器的管脚pb4-pb6输出3个脉冲信号，输出到单电压功率放大电路，单电压功率放大电路中：

步进电机a绕组线圈与电阻r1串联，然后与二极管vd5并联；当pb4为1时，三极管q1导通，电源对步进电机a绕组线圈l1和r1供电，步进电机a绕组通电；当pb4为0时，三极管q1截止，电源不对步进电机a绕组线圈供电，电流经过二极管vd5续流；

步进电机b绕组线圈与电阻r2串联，然后与二极管vd6并联；当pb5为1时，三极管q2导通，电源对步进电机b绕组线圈l2和r2供电，步进电机b绕组通电；当pb5为0时，三极管q2截止，电源不对步进电机b绕组线圈供电，电流经过二极管vd6续流；

步进电机c绕组线圈与电阻r3串联，然后与二极管vd7并联；当pb6为1时，三极管q3导通，电源对步进电机c绕组线圈l3和r3供电，步进电机c绕组通电；当pb6为0时，三极管q3截止，电源不对步进电机c绕组线圈供电，电流经过二极管vd7续流；

通过pb4-pb6输出的信号来控制步进电机绕组电流的通断；通过改变pb4-pb6输出的脉冲频率，来改变步进电机的转速。

本发明的多功能电机驱动器及控制方法，可以通过按键改变输出信号的特征量，通过改变脉宽，占空比，以改变加在直流电机电枢上的平均电压，从而改变直流电机的转速。使用3个正弦波发生器，通过改变正弦波的频率，改变加在交流电机上的交流电频率，以控制交流电机。通过改变脉冲频率，来改变步进电机的转速。

与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：

1)、使用stm32控制器，结构简单紧凑，工作稳定。按照预先编制好的程序实现控制，方便功能的调整。

2)、功能多样，通过改变嵌入式系统输出信号的特征量，控制多种电机，包括直流电机，交流电机，步进电机。

附图说明

以下结合实施例和附图对本发明的多功能电机驱动器及控制方法作出进一步的详述。

图1是多功能电机驱动器的系统结构图；

图2是stm32控制器的管脚分布图；

图3是按键电路图；

图4是直流电机驱动电路图；

图5是交流电机驱动电路图；

图6是步进电机驱动电流；

图7是本发明的程序流程图。

具体实施方式

请参阅图1-3，stm32控制器分别通过直流电机驱动电路、交流电机驱动电路、步进电机驱动电路控制直流电机、交流电机、步进电机启动、停止或改变转速。

stm32控制器的管脚pd0、pd1、pd2、pd3、pd4、pd5、pd6分别与按键sw1、sw2、sw3、sw4、sw5、sw6、sw7连接，按键sw1、sw2、sw3、sw4、sw5、sw6、sw7分别代表“选择直流电机”、“选择交流电机”、“选择步进电机”、“加速”、“减速”、“启动”、“停止”。stm32控制器的管脚pb1、pb2、pb4、pb5、pb6用于输出脉冲信号。stm32控制器的数模输出管脚pa0、pa1、pa2用于输出电压信号。stm32控制器的管脚pc0和pc1用于输出数字信号0、1。

请参阅图4，直流电机驱动电路由四个二极管vd1-vd4和四个三极管v1-v4构成，三极管v1与二极管vd1并联，三极管v2与二极管vd2并联，三极管v3与二极管vd3并联，三极管v4与二极管vd4并联，二极管vd1、vd2、vd4、vd3首尾顺序连接。直流电机电枢m一侧接在二极管vd1和vd3之间，另一侧接在二极管vd2和vd4之间。

stm32控制器的管脚pb1、pb2输出2个脉冲信号，管脚pb1连接三极管v1和v4基极，管脚pb2连接三极管v2和v3基极。当pb1从输出高电平变为输出低电平时，vd2和vd3用于续流。当pb2从输出高电平变为输出低电平时，vd1和vd4用于续流。

当pb1管脚输出正脉冲占空比大于0.5时，对应三极管v1和v4导通，电机正转。当pb2管脚输出正脉冲占空比大于0.5时，对应三极管v2和v3导通，电机反转。当pb1和pb2管脚输出正脉冲占空比等于0.5时，电机停转。改变pb1和pb2管脚输出的脉冲信号的占空比，就改变了功率驱动电路输出信号的占空比，改变加在直流电机电枢上的平均电压，从而改变直流电机的转速。

请参阅图5，交流电机驱动电路由3个正弦波发生器max038模块电路组成，即max038芯片u2、u3、u4。正弦波发生器max038模块电路的a0、a1管脚用于选择波形类型，stm32控制器的管脚pc0和pc1连接a0和a1管脚，当a1输入数字信号1，输出正弦波。

stm32控制器的数模输出管脚pa0连接芯片u2的fadg管脚，芯片u2输出信号到交流电机a相绕组，通过pa0输出电压值控制芯片u2输出正弦信号的频率。

stm32控制器的数模输出管脚pa1连接芯片u3的fadg管脚，芯片u3输出信号到交流电机b相绕组，通过pa1输出电压值控制芯片u3输出正弦信号的频率。

stm32控制器的数模输出管脚pa2连接芯片u4的fadg管脚，芯片u4输出信号到交流电机c相绕组，通过pa2输出电压值控制芯片u4输出正弦信号的频率。

max038芯片u2-u4共产生3个相位相差120度的正弦波，通过改变正弦波的频率，改变加在交流电机上的交流电频率，从而改变交流电机转速。

请参阅图6，stm32控制器的管脚pb4-pb6输出3个脉冲信号，输出到单电压功率放大电路。步进电机a绕组线圈与电阻r1串联，然后与二极管vd5并联。当pb4为1时，三极管q1导通，电源对步进电机a绕组线圈l1和r1供电，步进电机a绕组通电。当pb4为0时，三极管q1截止，电源不对步进电机a绕组线圈供电，电流经过二极管vd5续流。

步进电机b绕组线圈与电阻r2串联，然后与二极管vd6并联。当pb5为1时，三极管q2导通，电源对步进电机b绕组线圈l2和r2供电，步进电机b绕组通电。当pb5为0时，三极管q2截止，电源不对步进电机b绕组线圈供电，电流经过二极管vd6续流。

步进电机c绕组线圈与电阻r3串联，然后与二极管vd7并联。当pb6为1时，三极管q3导通，电源对步进电机c绕组线圈l3和r3供电，步进电机c绕组通电。当pb6为0时，三极管q3截止，电源不对步进电机c绕组线圈供电，电流经过二极管vd7续流。

通过pb4-pb6输出的信号来控制步进电机绕组电流的通断。通过改变pb4-pb6输出的脉冲频率，来改变步进电机的转速。

请一并参阅图7，程序初始化后，通过按键选择控制的电机类型(按键sw1-sw7的信号从控制器的pd0-pd6输入)。按下按键sw1，控制直流电机。按下按键sw2，控制交流电机。按下按键sw3，控制步进电机。按下按键sw4，控制电机转速增加，按下按键sw5，控制电机转速减小。当按下按键sw6，电机启动，当按下停止按钮sw7，电机停转。

需要说明的是，对于本发明的构思不起主要作用的其他stm32控制器管脚，在本说明书中不再陈述。

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。