直流电机多路复用驱动电路的制作方法

本申请涉及扫雪车电机驱动领域，特别涉及直流电机多路复用驱动电路。

背景技术：

为了清理路面积雪，现在常常采用扫雪车，扫雪车的结构主要包括，带动车身行走的行走履带或者行走轮；铲雪部分的搅笼和扬雪部分的扬雪筒；这几个方面均需要动力来实现相应动作；产生这些动作的可以采用电机，也可以采用内燃机。

对于采用电机的扫雪车来说，根据自动化程度的不同，分为驾驶型，遥控型和自动控制型；其中遥控的方式控制扫雪车，需要控制扫雪车行走部分和辅助部分；由于行走需要的功率较大且控制介入频率较高，采用独立的驱动电路驱动。而辅助部分包括调整铲雪绞笼高度、调整扬雪方向、调整扬雪高度、控制绞笼动力输出等。调整铲雪高度通过一个直流电机控制搅笼高度；调整扬雪方向是通过又一个直流电机控制扬雪筒开口方向；调整扬雪高度是通过再一个直流电机控制扬雪帽的开合大小；控制皮带松紧需要是通过再一个直流电机控制皮带张紧机构；而辅助部分的控制特点是控制频率不高且对速度要求不高，常规的控制模式是每个电机单独设计一个驱动电路，这样的后果务必造成驱动电路的复杂程度大幅增加。所以现在需要考虑对这类电机控制单独设计驱动电路和控制电路。

技术实现要素：

本实用新型意在提供一种直流电机多路复用驱动电路，以解决现在没有较好的针对扫雪车辅助部分的电机驱动问题。

为了解决上述问题，本申请提供一种直流电机多路复用驱动电路，包括依次信号连接的保护电路、驱动电路、选择驱动电路和继电器电路；所述驱动电路包括由两颗半桥式驱动器构成，所述保护电路由或非逻辑门电路构成，用于提供整个电路的速度和方向信号的信号接口，所述选择驱动电路包括单片机，其用于控制继电器的开闭，所述继电器电路包括多个继电器，多个继电器的公共触点并联在H桥电路的输出端，多个所述继电器的线圈一端分别连接有电源，另一端分别连接有三极管，每个所述三极管的信号输入端独立连接在单片机的一个I/O接口，所述单片机的输出端包括速度信号输出端和方向信号输出端，所述速度信号输出端和方向信号输出端连接在或非逻辑门电路的输入端上。

本方案的使用原理如下：电机的旋转速度根据PWM波占空比调节，选定合理的PWM频率再根据控制速度的要求调节PWM占空比以达到电机调速的需求；电机旋转方向信号根据单片机高低电平的切换，单片机的速度信号和方向信号经过逻辑门电路运算后输出到半桥驱动芯片上，H桥电路的输出端同时连接有多个继电器的公共点，每个继电器的常开触点连接直流电机的一端，直流电机的另一端再连接到H桥的另一个信号输出端；让继电器常开触点闭合需要通过继电器的线圈得电，单片机控制信号通过三极管放大后接到继电器的线圈使得继电器动作，常开触点闭合，即驱动了相应直流电机的运动。

本方案的优点有：1、通过本直流电机多路复用驱动电路，根据使用需要，可以同时连接多个直流电机；并且多个直流电机只需要一个H桥即可全部驱动，比起现有技术中采用一个H桥对应一个直流电机的电路设计方式，使得电路变得简单，使用的电子器件变少，节约了成本。2、由于本方案采用的直流电机均是大功率直流电机，本方案采用功率场效应管进行驱动，保证了直流电机运行的平稳性。3、利用电路中本身要使用的单片机作为选择驱动电路，选择驱动电路的使用本身将负载使用的电机的运动进行分开，使得各自运动不受干扰；同时节省了再次设计选择驱动电路的成本。

进一步，所述H桥的四颗功率场效应管分为两个半桥，其中一个半桥上的两颗功率场效应管连接在同一颗功率场效应管驱动芯片上，由于本方案采用的直流电机是功率较大的直流电机，采用功率场效应管才能满足电子器件承受的能力，同时通过专门的场效应管驱动芯片来驱动，不但电路设计简单，对于电路的稳定性也较高。

进一步，所述功率场效应管驱动芯片选用IR2104，该芯片设计为提供功率场效应管门极驱动电压，同时互锁功能避免功率场效应管同时导通，造成短路。

进一步，所述保护电路包括一个三通道的或非门逻辑门电路，PWM信号经过一个限流电阻同时连接到第一路或非门的一端和第二路或非门的全部输入端，第二路或非门的输出端连接到第三路或非门的输入端，方向信号连接到第一路或非门的输入另一端和第三路或非门的另一端，第一路的输出接到其中一个半桥驱动芯片的输入端，第三路或非门的输出端接到另一个半桥驱动芯片的输入端。此逻辑电路提供了速度和方向的输入接口，同时将单片机和半桥驱动芯片这两个不同工作电压的芯片隔开，避免驱动芯片直接和单片机接通防止发生意外后烧毁单片机，起到了保护作用。

进一步，所述继电器为四个，四个继电器输出通过同一个接线端子引出；这样在连接负载时候，可以通过联排插头直接插入，采用非对称插口，无需担心插错的问题，这样保证了线路的整洁性；当驱动少于四个电机时，也可以选取其中部分插口连接。

最后，所述单片机选用STM32F系列单片机。

附图说明

图1为本实用新型实施例的驱动电路的电路框图；

图2为单片机的引脚连接图；

图3为继电器部分电路图；

图4为H桥驱动部分电路图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：单片机1，保护电路2，驱动电路3，H桥4，选择驱动电路5，继电器电路6；接线端子7，继电器KM1/KM2/KM3/KM4，三极管Q1/Q2/Q3/Q4，场效应管T1/T2/T3/T4，或非门IC3/IC4/IC5，单片机的I/O接口S1、S2、S3、S4、PWM、CW；H桥电路的输出端MC+/MC-。

如图1、图2、图3和图4所示，本实施例的直流电机多路复用驱动电路，是由依次信号连接的保护电路2、驱动电路3、H桥4，选择驱动电路5和继电器电路6构成；H桥4包括由四颗功率场效应管T1/T2/T3/T4构成的H桥电路，H桥的四颗场效应管分为构成两个半桥，其中一个半桥上的两颗功率场效应管连接在同一颗半桥驱动芯片IR2104上；保护电路2由或非逻辑门电路构成，用于提供整个电路的速度和方向信号的信号接口，选择驱动电路5包括单片机1，其用于控制继电器的开闭，继电器电路包括四个继电器KM1/KM2/KM3/KM4，四个继电器的公共触点并联在H桥输出的一端，继电器的常开触点分别接到接线端子7上，四个继电器的线圈一端分别连接有电源，另一端分别连接有三极管Q1/Q2/Q3/Q4，三极管Q1/Q2/Q3/Q4的基极连接电路R5～R8然后连接在单片机S1/S2/S3/S4的接口上，单片机的输出端还包括速度信号输出端PWM和方向信号输出端CW，速度信号输出端PWM和方向信号输出端CW连接在或非逻辑门电路的输入端上，保护电路的或非门逻辑门电路包括三路或非门IC3/IC4/IC5。三通道的或非门逻辑门电路，PWM信号经过一个限流电阻同时连接到第一路或非门的一端和第二路或非门的全部输入端，第二路或非门的输出端连接到第三路或非门的输入端，方向信号连接到第一路或非门的输入另一端和第三路或非门的另一端，第一路的输出接到其中一个半桥驱动芯片的输入端，第三路或非门的输出端接到另一个半桥驱动芯片的输入端。此逻辑电路提供了速度和方向的输入接口，同时将单片机和半桥驱动芯片这两个不同工作电压的芯片隔开，避免驱动芯片直接和单片机接通防止发生意外后烧毁单片机，起到了保护作用。

本方案的四颗继电器分别驱动扫雪车的张紧轮电机、搅笼方向电机、扬雪筒方向电机和扬雪高度电机，四个电机的特点是对于速度要求不高，但是需要控制其方向，所以控制这四个电机转动，速度可以调节成恒定，既在单片机中调节的PWM波的占空比相同，使得四个电机的速度一致；方向信号根据单片机高低电平的切换，单片机出来的方向信号和速度信号经过逻辑电路分别接到半桥驱动芯片的输入端，电机正转时两颗功率场效应管T1/T4导通，反转时另外两颗功率场效应管T2/T3导通，H桥电路的输出端同时连接在四个继电器KM1/KM2/KM3/KM4的常开触点，常开触点外部对应连接张紧轮电机、搅笼方向电机、扬雪筒方向电机和扬雪高度电机；让继电器常开触点闭合需要驱动继电器的线圈得电，四个继电器的线圈信号连接在单片机的I/O接口上，单片机1控制其中一个I/O接口得电，相应的继电器线圈得电；线圈得电使得对应的常开触点闭合，即驱动了相应直流电机的运动。

本方案中或非门的型号为74HC02；选用的功率场效应管驱动芯片的型号为IR2104；单片机1选用STM32F103C8T6单片机。

由于单片机1的输出的电流较小，单片机的信号输出口连接在由三极管Q1/Q2/Q3/Q4、继电器线圈和电源构成的线圈驱动回路上，这里的三极管通过单片机信号控制其导通或者关闭，这样来实现四个电机启动和停止；继电器线圈在接通或断开电源的瞬间会产生一个上负下正的感生电压(这个感生电压要比电源电压高数倍)，这个感生电压将与电源电压叠加后加到三极管的c-e两极，若此时管子的耐压值不够高，便可能将这个管子击穿，为了保证安全性，每个继电器线圈均连接有续流二极管D1/D2/D3/D4。