一种五相步进电机驱动器的制作方法

本实用新型涉及电机驱动电路技术领域，更具体涉及一种五相步进电机驱动器。

背景技术：

步进电机的驱动器是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速和定位的目的。

在步进电机运动控制系统中，步进电机运动控制信号分为两部分，电机运动信号和编码器信号，这两种信号在布局上要求从运动控制器端分开引出到驱动系统和编码器接口板上。在建设光束线站工程时需要大量的步进电机驱动系统，而现有技术中并没有可以和光束线站工程中的运动控制器直连的步进电机驱动模块，如果采用现有的步进电机驱动模块，则极其不便于安装、维修或者更换。

有鉴于此，有必要发明一款可以和光束线站工程中的运动控制器直连的步进电机驱动模块，以解决上述问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于公开一种五相步进电机驱动器，用以和光束线站工程中的运动控制器直连，并能调节输出电流的大小，提高稳定性和可靠性，且便于安装、维修和更换。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种五相步进电机驱动器，包括：驱动模块、信号逻辑处理模块、光电信号显示模块及电源模块；所述驱动模块通过连接器连接至五相步进电机，所述驱动模块的型号为gdb-5f40；所述信号逻辑处理模块通过信号输入转接模块连接驱动模块，所述信号逻辑处理模块包括选择电路、脉冲和方向驱动电路和基准电压调整电路；所述光电信号显示模块连接信号逻辑处理模块，以多个发光二极管显示信号逻辑处理模块、电源模块和五相步进电机的实时工作状态；所述电源模块用于给信号逻辑处理模块和光电信号显示模块供电。

作为本实用新型的进一步改进，所述选择电路包括六个下级开关，所述下级开关的一端均接地，所述下级开关的另一端分别连接脉冲和方向驱动电路。

作为本实用新型的进一步改进，电源模块包括电源开关、电源转换电路，所述电源开关控制驱动模块工作电源的通断，所述电源转换电路包括功率变换电路、滤波电路和稳压电路。

作为本实用新型的进一步改进，功率变换电路包括二级功率变换电路，所述第一级功率变换电路是通过芯片u2将48v电压转换为24v电压，所述第二级功率变换电路是通过芯片u3将24v电压转换为5v电压。

作为本实用新型的进一步改进，连接器具有48个管脚，所述48个管脚分别对应信号逻辑处理模块或者步进电机的连接端口。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、采用模块化单元结构，便于设计、生产、安装、维护和检修，利于缩短研发、生产周期和降低成本，易于升级系统功能以拓宽使用范围。

2、通过信号逻辑处理模块中的选择电路、脉冲和方向驱动电路和基准电压调整电路，可以调节输出电流的大小，避免步进电机过流过载，提高了控制步进电机的精度和稳定性。

3、通过光电信号显示模块可以即时看到驱动模块的工作状态，给驱动模块的安装、维护及检修带来便利。

附图说明

图1为本实用新型所示出的一种五相步进电机驱动器的总体结构框图；

图2为连接器din1的管脚示意图；

图3为驱动模块转接口j2的电路示意图；

图4为光电信号显示模块和光电信号显示模块转接口j5连接的电路示意图；

图5为选择电路的示意图；

图6为脉冲和方向驱动电路的示意图；

图7为转接口j1的电路示意图；

图8为芯片u11的电路示意图；

图9为第一级功率变换电路的电路示意图；

图10为第一级功率变换电路的电路示意图；

图11为稳压电路的示意图；

图12为滤波电路的示意图；

图13为芯片u4的电路示意图；

图14为芯片u5的电路示意图；

图15为芯片u6的电路示意图；

图16为芯片u7的电路示意图；

图17为芯片u8的电路示意图；

图18为芯片u9的电路示意图；

图19为芯片u10的电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解所述术语的具体含义。

请参图1至图19所示出的本实用新型5相步进电机驱动器的一种具体实施方式。

图1本实用新型所示出的一种5相步进电机驱动器的总体结构框图，包括驱动模块、信号逻辑处理模块、光电信号显示模块及电源模块。

驱动模块通过连接器连接至步进电机，驱动模块的型号为gdb-5f40。gdb-5f40驱动模块是一款专业的两相步进电机驱动模块，其生产厂家是日本melec公司，gdb-5f40采用分档选择电流大小，电流调节精确可控，而且调节非常方便，可以直接从面板窗口调节，无须每次都从机箱拔出。驱动模块的输出端pa、pb、pc、pd、pe通过步进电机接口j3连接到步进电机的相线上。驱动模块的反转信号输入端cw+、cww+通过接口j2连接到可编程逻辑芯片uinterface上；运动控制器将脉冲信号clkin和反转信号dirin提供给驱动模块，驱动模块再将脉冲信号clkin和反转信号dirin通过连接器连接信号逻辑处理模块中的脉冲和方向驱动电路。

连接器采用din41612，其是符合工业标准的din41612系列接插件，接口定义如图2所示。连接器din41612是连接两个有源器件的器件，传输电流或信号。连接器din1具有48个管脚，连接器din1的48个管脚分别连接信号逻辑处理模块或者步进电机的连接端口，示意图中未标注功能的管脚在本实用新型中不起作用。连接器din1设有与运动控制器连接的接口，运动控制器将脉冲信号clk_in和反转信号dir_in提供给脉冲和方向驱动电路。

信号输入转接模块包括驱动模块转接口j2和光电信号显示模块转接口j5，驱动模块转接口j2的电路示意图如图3所示，光电信号显示模块和光电信号显示模块转接口j5连接的电路示意图如图4所示。

驱动模块转接口j2包括12个管脚，其第6、8、10、12管脚均连接接地端，第1、2、3、4管脚分别连接电阻ra8一端，电阻ra8的另一端均连接5v的vcc。第1、2、3、4管脚还分别连接电阻ra7一端，电阻ra7的另一端分别连接gdb-5f40驱动模块的cw+、cw-、ccw+、ccw-信号输出端。第5管脚连接gdb-5f40驱动模块的onoff_output信号输出端，第9管脚连接gdb-5f40驱动模块的overheat信号输出端，第11管脚连接gdb-5f40驱动模块的step_cs信号输出端。

光电信号显示模块连接信号逻辑处理模块，以多个发光二极管显示信号逻辑处理模块输出的实时信号信息。具体的，光电信号显示模块转接口j5包括10个管脚，其第1、2、3、4管脚分别连接overheat_led、n_lim_led、onoff_led、home_led信号输出端，之后第1、2、3、4管脚分别连接电阻ra9一端，电阻ra9的另一端分别连接发光二极管d2、d3、d4、d5后再连接5v的vcc。第5、6管脚连接的p_lim_led和busy_led信号输出端，之后第5、6管脚分别连接电阻ra10一端，电阻ra10的另一端分别连接发光二极管d6、d7后再连接5v的vcc。第7、10管脚均连接接地端。第9管脚连接5v的vcc。第8管脚连接clk_in信号输出端，clk_in信号输出端连接电阻ra10的一端，电阻ra10的另一端连接发光二极管d8后再连接5v的vcc。发光二极管d9一端连接5v的电压，另一端通过电阻r12连接接地端，在五相步进电机驱动器接入连接步进电机的机箱后，当机箱的电源开关开启时，发光二极管d9发光。开关s1导通时，gdb-5f40驱动模块处于工作状态，发光二极管d4发光。五相步进电机驱动器工作时，运动控制器通过自检及逻辑运算后给home_led发出是低电平信号，此时发光二极管d5发光。

信号逻辑处理模块包括选择电路、脉冲和方向驱动电路和基准电压调整电路。

选择电路如图5所示，其可以减弱步进电机驱动器的低频振动，提高电机的运转精度。选择电路中的拨码开关swr1包括六个下级开关，六个下级开关的一端均连接接地端，六个下级开关的另一端分别连接信号逻辑处理模块的细分设置端sw_1_lim、sw_2_home、sw_3_holdcurrent、sw_4_dir、sw_5_limlog和sw_6_aux；通过拨动swr1开关来选择实现切换信号输入功能。六个开关的另一端还分别通过电阻ra3、ra4连接+5v的电压vcc。

拨码开关swr1的六个下级开关分别控制各个信号端的工作与否。

sw_1_lim信号分别连接芯片u4的第9、13管脚；swr1的1级开关正常工作时处于打开或者关闭状态时，sw_1_lim提供信号给芯片u4第9、13管脚，等待p_lim和n_lim信号状态输入后，经过芯片u4运算后输出nlimled信号和plimled信号，nlimled信号通过光电信号显示模块转接口j5的第2管脚依次串接电阻ra9、发光二极管d3和5v的电源，导通发光二极管d3，表示步进电机到达正限位位置，电机停止运转。plimled信号通过光电信号显示模块转接口j5的第5管脚依次串接电阻ra10、发光二极管d6和5v的电源，导通发光二极管d6，表示步进电机到达负限位位置，电机停止运转。

sw_2_home端连接芯片u7的第10管脚；homein信号是由步进电机反馈回的零位信号，其连接到芯片u1的第9管脚，经芯片u1运算后自u1的第8管脚输出home信号。swr1的2级开关为关闭状态时，sw_2_home将高电平输入到芯片u7的第10管脚。当home信号和sw_2_home信号都是高电平时，芯片u7的第8管脚输出homeled低电平信号，homeled信号通过光电信号显示模块转接口j5的第4管脚依次串接电阻ra9、发光二极管d5和5v的电源，导通发光二极管d5，表示电机处于可以正常工作状态。

swr1的3级开关为电流激励选择开关。sw_3_holdcurrent信号依次经过芯片u5、u6运算后输出holdcurrent1信号，holdcurrent1信号分别输出给芯片u8、u10运算后，输出onoffled，onoffoutput、stepcs和busyled信号。在开关s1打开时，onoffled为低电平信号，发光二极管d4发光，表示gdb-5f40驱动模块处于工作状态；onoffoutput为低电平信号，通过接口j2的第5脚输入到驱动模块上；stepcs为低电平信号，通过接口j2的第11脚输入到驱动模块上；上述电路处于正常运转工作状态时，busyled信号发送给接口j5的第6脚，发光二极管d7发光。

swr1的4级开关为方向选择开关。此开关为关闭状态时，芯片u7的第2脚是高电平输入；此开关为打开状态时，芯片u7的第2脚是低电平输入。

swr1的5级开关为限位处理逻辑选择开关。此开关为关闭状态时，芯片u7的第4脚输入高电平；此开关为打开状态时，芯片u7的第4脚输入低电平。

swr1的6级开关为激励开关信号输出极性选择开关。此开关为关闭状态时，芯片u7的第13脚输入高电平输入；此开关为打开状态时，芯片u7的第13脚输入低电平输入。

脉冲和方向驱动电路通过连接器din1连接运动控制器和驱动模块。脉冲和方向驱动电路的电路示意图如图6所示。

连接器din1接收到低电平的脉冲信号clk_in后，其通过转接口j1-8连接j5-8，并串接ra10、发光二极管d8和5v的电源，导通发光二极管d8。另一方面，脉冲信号clk_in还通过电阻ra5连接脉冲和方向驱动电路中的芯片u1的第3管脚，经过芯片u1运算处理后的信号clkdir通过第4管脚输出，信号clkdir分别连接到芯片u9的第5、9管脚，芯片u9的第1、2、3管脚分别输入的信号-dir1、pn_lim、overheat_1和第5管脚的信号clkdir一起经过芯片u9的运算后输出cw_clk信号。cw_clk信号通过电阻r1连接3.3v的电压，还连接到芯片u11的第1管脚，经过芯片u11运算处理后自第2、3管脚分别输出cw+、cw-信号，用于连接步进电机，控制步进电机的转动方向和速度。转接口j1的电路示意图如图7所示，芯片u11的电路示意图如图8所示。本实施方式和附图中，芯片或转接口的管脚采用简化表示，如芯片u3的第1管脚，简化为u3-1，其他的芯片管脚也依此方式简化表示。

反转信号dir_in为低电平时通过上拉电阻ra5连接到脉冲和方向驱动电路的芯片u1的第1管脚，经过芯片u1运算处理后输出dir信号，dir信号与拨码开关swr1的sw_5_limlog端口分别连接到芯片u7的第4管脚和第5管脚，经过芯片u7的运算输出dir_limlog信号；dir_limlog信号连接到芯片u8的第1管脚运算后自第2管脚输出-dir_limlog信号，-dir_limlog信号与n_lim_led信号分别连接到芯片u5的第4、5管脚，运算后再连接到芯片u6的第2管脚。dir_limlog信号与p_lim_led信号分别连接到芯片u5的第1、2管脚，经芯片u5运算后自第3管脚输出并连接到芯片u6第1管脚。芯片u6的第1、2管脚的信号经芯片u6运算后自第3管脚输出pn_lim信号。pn_lim信号再连接到芯片9的第1管脚。芯片u1的型号为sn7414nsr。

pos信号通过电阻ra6连接芯片u1的第11管脚，经芯片u1运算后将p_lim信号自第10管脚输出；p_lim信号与拨码开关swr1的sw_1_lim端口分别连接到芯片u4的第12、13管脚，经芯片u4运算处理后自第11管脚输出p_lim_led信号。p_lim_led信号是限位信号的输入端，一路控制限位指示灯的亮灭，另外一路输入到芯片u5、u6运算后输出pn_lim信号，pn_lim信号经芯片u9、u10运算后直接输入到驱动模块，通过驱动模块控制步进电机的启停。

neg信号通过上拉电阻ra6连接芯片u1的第13管脚，经芯片u1运算后将n_lim信号自第12管脚输出，n_lim信号与拨码开关swr1的sw_1_lim端口分别连接芯片u4的第9、10管脚，两路信号经过芯片u4运算后自芯片u4的第8管脚输出n_lim_led信号。n_lim_led信号是限位信号的输入端，一路控制限位指示灯的亮灭，另外一路输入到芯片u5、u6运算后输出pn_lim信号，pn_lim信号经芯片u9、u10运算后直接输入到驱动模块，通过驱动模块控制步进电机的启停。p_lim_led、n_lim_led信号为低电平时，发光二极管d3、d6发光。

homein信号是由步进电机反馈回的零位信号，通过上拉电阻ra6连接芯片u1的第9管脚，经芯片u1运算后将home信号自第8管脚输出，home信号与拨码开关swr1的sw_2_home端口分别连接芯片u7的第9、10管脚，两路信号经过芯片u7运算后自芯片u7的第8管脚输出home_led信号，home_led信号依次串联电阻ra9和发光二极管d5,使得发光二极管d5导通发亮。

本实施方式中涉及到的芯片u4至芯片u10的电路示意图如图13、图14、图15、图16、图17、图18和图19所示。

电源模块包括电源开关s1、电源转换电路，电源开关s1控制驱动模块工作电源的通断，电源转换电路包括功率变换电路、滤波电路和稳压电路。

功率变换电路包括二级功率变换电路，第一级功率变换电路是通过芯片u2将48v电压转换为24v电压，第二级功率变换电路是通过芯片u3将24v电压转换为5v电压。芯片u2的电路示意图如图9所示，芯片u3的电路示意图如图10所示。

稳压电路是通过稳压器q3将5v电压稳定输出为3.3v的电压。稳压电路的电路示意图如图11所示。

滤波电路的示意图如图12所示。滤波电路是将芯片u2运算后输出的电压信号vcc_24v经过电感l1滤去高频干扰信号输出vcc_24v_1，电感l1串联两个电容c7、c8并连接接地端。

另外增加了过热保护电路，当步进电机因出现故障、机械卡死等引起温度过高时，发送overheat信号给芯片u8，经运算后输出overheatled信号，overheatled信号一路通过转接口j1连接到发光二极管d2，使d2发亮；另一路连接到芯片u6，运算后输出overheat1信号，overheat1信号输出给芯片u9、u10运算后，控制步进电机停止工作。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。