一种光电直读光谱仪步进电机控制装置制造方法
【专利摘要】本实用新型专利属于电机控制技术，特别涉及一种光电直读光谱仪步进电机控制装置，其控制的步进电机不会发生失步现象，降低电机运行的噪声，提高入缝扫描精度，且可以实现在线快速计算，应用灵活，其包括步进电机，步进电机连接步进电机驱动芯片，其特征在于，步进电机驱动芯片通过光耦隔离逻辑变换电路连接DSP处理器，光耦隔离逻辑变换电路实现电平的转换和隔离。
【专利说明】一种光电直读光谱仪步进电机控制装置
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型专利属于电机控制技术，特别涉及一种光电直读光谱仪步进电机控制装置。
【背景技术】
[0002]光电直读光谱仪是一种通过检测样品被激发后的原子光谱强度来得到样品各元素含量的检测仪器，广泛应用于冶金、机械及其它工业部门，进行冶炼炉前的快速分析以及中心实验室的成品检验。
[0003]步进电机是自动控制系统与数字控制系统中广泛应用的执行元件，在数控机床、打印机、绘图机、机器人控制、石英钟表等场合都有应用。但是步进电机由于受本身结构的限制，步距角不可能做的很小，因而在低频控制时容易产生振荡、而在高频时候易发生失步现象，且电机噪声十分明显。
[0004]光电直读光谱仪入缝扫描装置采用步进电机驱动，传统的步进电机采用模拟电路及分离式元件组成的电路来控制，由于其控制电路复杂，且存在零点漂移现象，稳定性不强。因此，逐步被高级的数字控制方式所取代，这些高级的数控方式主要采用单片机控制，与复杂的模拟电路相比，单片机具有电路设计简单、运算快、程序修改方便、控制精度高、无零点漂移等优点。但是，由于入缝扫描运动形式多样，单片机无法完成复杂控制算法要求，特别是运动控制中的速度曲线设计。
【发明内容】
[0005]为了解决上述问题，本实用新型提供了一种光电直读光谱仪步进电机控制装置，其控制的步进电机不会发生失步现象，降低电机运行的噪声，提高入缝扫描精度，且可以实现在线快速计算，应用灵活。
[0006]其技术方案是这样的:其包括步进电机，所述步进电机连接步进电机驱动芯片，其特征在于，所述步进电机驱动芯片通过光耦隔离逻辑变换电路连接DSP处理器，所述光耦隔离逻辑变换电路实现电平的转换和隔离。
[0007]其进一步特征在于，所述DSP处理器为TMS320F2806处理器，所述TMS320F2806处理器外设模块包括EPWM脉宽调制、ECAP捕获单元和SCI串行通讯口，所述EPWM脉宽调制传输所述步进电机驱动芯片的脉冲、方向和使能信号，所述ECAP捕获单元实现限位传感器的信号捕获，所述SCI串行通讯口实现所述TMS320F2806处理器与上位机的串行通信；
[0008]所述SCI串行通讯口连接ΜΑΧ3232收发器，所述ΜΑΧ3232收发器外接四个小尺寸电荷泵电容C36、C37、C38、C39，所述ΜΑΧ3232收发器的T10UT、RlOUT端口连接电脑试验板载DB9母头的发送接收管脚，所述ΜΑΧ3232收发器的TIN、RlOUT端口分别连接所述TMS320F2806 处理器的 SCITXDA、SCIRXDA 端口 ；
[0009]所述TMS320F2806处理器连接时钟电路、电源电路和EEPROM掉电存储保护电路；
[0010]所述EEPROM掉电存储保护电路包括AT24C256存储芯片，所述AT24C256存储芯片的SCL、SDA端口分别连接TMS320F2806处理器的通用I/O端口的GP1033端口和GP1032端Π ；
[0011]所述步进电机为两相四线步进电机，所述步进电机驱动芯片为东芝公司的TB6560驱动芯片，所述TB6560驱动芯片包括细分设定接口、电流衰减设定接口和自动半流接口 ；
[0012]所述TB6560驱动芯片的电流检测端NFA、NFB端口并联连接三个单刀双掷开关，所述TB6560驱动芯片的DCYl、DCY2、Ml、M2、TQ2端口连接拨码开关SWDIP-6，所述TB6560驱动芯片的TQ2端口连接单稳态可重复触发芯片74HC123的反向输出端IP端口、CLK端口连接单稳态可重复触发芯片74HC123的负边沿触发输入端I 3端口，所述TB6560的输出端0UT_AP、0UT_AM、0UT_BP、0UT_BM端口连接六脚插座C0N6的4个插口，所述六脚插座C0N6的另外两个插口连接保护电路，所述保护电路由压敏电阻RZ1、二极管D10、电容C55、极性电容C4并联后与保险丝FUSE2串联组成，所述TB6560驱动芯片的MO、PROTECT端口连接指示灯D4、D5 ;
[0013]所述光耦隔离逻辑变换电路包括高速光耦合器TLP2531和光耦隔离器PC817，所述高速光耦合器TLP2531连接所述TB6560驱动芯片的时钟信号端和脉冲信号端，所述光耦隔离器PC817连接所述TB6560驱动芯片的使能端，所述光耦隔离逻辑变换电路的TOL+和DIR+端口分别连接所述TMS320F2806处理器的EPWMlB和EPWMlA端口，所述光耦隔离逻辑变换电路的ENA+端口悬空，PUL-, DIR-和ENA-接地。
[0014]采用本实用新型的结构后，步进电机驱动芯片通过光耦隔离逻辑变换电路连接DSP处理器，光耦隔离逻辑变换电路实现电平的转换和隔离，采用DSP处理器对步进电机驱动芯片进行控制，可以实现复杂算法的控制，降低电机运行的噪声，提高入缝扫描精度，在计算步进电机的速度曲线时，DSP处理器可以在线计算，不占用ROM空间，应用比较灵活。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为光电直读光谱仪电机控制系统图；
[0016]图2为步进电机控制梯形加减速曲线示意图；
[0017]图3为加/减速度对速度曲线影响效果图；
[0018]图4为TMS320F2806处理器芯片管脚结构图；
[0019]图5为TB6560步进电机驱动电路结构图；
[0020]图6为MAX3232收发器电路结构图；
[0021 ]图7为EEPROM掉电存储保护电路结构图；
[0022]图8为指令信号与NFA电阻上电流测试示意图；
[0023]图9为绕组串接无感电阻测试两相电流示意图。
【具体实施方式】
[0024]见图1所示，一种光电直读光谱仪步进电机控制装置，其包括步进电机1，步进电机I连接步进电机驱动芯片2，步进电机驱动芯片2通过光耦隔离逻辑变换电路3连接DSP处理器4，光耦隔离逻辑变换电路3实现电平的转换和隔离。
[0025]见图1，图4所示，DSP处理器4为TMS320F2806处理器5，TMS320F2806处理器5是基于TMS320C2XX内核的定点DSP，是集成度较高、性能较强的运动控制系列器件，内核与I/o电压分别为1.8V与3.3V，由+5V输入经ASM1117芯片转换提供，模拟电源与数字电源、模拟地与数字地之间用电感隔离，电源管脚去藕选用0.1uF无极性电容，外部20M无源时钟频率经内部锁相环倍频后可达100MHz，片内32k的FLASH提供用户存储指令与数据，TMS320F2806处理器5外设模块包括EPWM脉宽调制6、ECAP捕获单元7和SCI串行通讯口8，EPWM脉宽调制6传输步进电机驱动芯片2的脉冲、方向和使能信号，ECAP捕获单元7实现限位传感器的信号捕获，SCI串行通讯口 8实现TMS320F2806处理器5与上位机的串行通信；TMS320F2806处理器5连接时钟电路9、电源电路10和EEPROM掉电存储保护电路11。
[0026]见图6所示，SCI串行通讯口 8连接MAX3232收发器，MAX3232收发器外接四个小尺寸电荷泵电容C36、C37、C38、C39，MAX3232收发器的T10UT、RlOUT端口连接电脑试验板载DB9母头的发送接收管脚，MAX3232收发器的TIN、RlOUT端口分别连接TMS320F2806处理器的 SCITXDA、SCIRXDA 端 口。
[0027]见图7所示，光电直读光谱仪在工作过程中用户必须实时控制扫描过程，特别是掉电或意外发生时电机当前运动位置记录，所以设计了 EEPROM掉电存储保护电路11，EEPROM掉电存储保护电路11包括AT24C256存储芯片，AT24C256存储芯片的SCL、SDA端口分别连接TMS320F2806处理器5的通用I/O端口的GP1033端口和GP1032端口，即第5管脚和第100管脚。
[0028]见图5所示，步进电机I为两相四线步进电机，步进电机驱动芯片2为东芝公司的TB6560驱动芯片，内部集成双全桥MOSFET驱动；最高耐压40V，单相输出最大电流3.5A(峰值)。基于恒流斩波驱动原理，采用正弦波作为细分驱动的电流波形，很大程度上改善了步进电机驱动低频噪声偏大，高速丢步的缺点，TB6560驱动芯片包括细分设定接口、电流衰减设定接口和自动半流接口 ；TB6560驱动芯片的电流检测端NFA、NFB端口并联连接三个单刀双掷开关，TB6560驱动芯片的DCY1、DCY2、M1、M2、TQ2端口连接拨码开关SWDIP-6，通过拨码开关可以灵活设定细分、电流衰减与自动半流的功能，TB6560驱动芯片的TQ2端口连接单稳态可重复触发芯片74HC123的反向输出端I g端口、CLK端口连接单稳态可重复触发芯片74HC123的负边沿触发输入端I 3端口，TB6560的输出端0UT_AP、0UT_AM、0UT_BP、0UT_BM端口连接六脚插座C0N6的4个插口，两相四线步进电机连接该4个插口，六脚插座C0N6的另外两个插口连接保护电路，保护电路由压敏电阻RZ1、二极管D10、电容C55、极性电容C4并联后与保险丝FUSE2串联组成，TB6560驱动芯片的MO、PROTECT端口连接指示灯D4、D5 ;TB6560驱动芯片提供了整步、半步、1/8、1/16微细分设置，NFA、NFAB管脚外接无感电阻对输出电流控制，I=1/NFe，阻值大小分别为1.2欧姆、330毫欧、500毫欧，MO、Protect管脚用做工作状态与保护指示，Reset为复位管脚，低电平有效，OSC管脚所接电容C3大小决定斩波频率大小，推荐10(Tl000PF对应斩波频率40KHZ到400KHZ ,DCY1/DCY2外接拨码开关设置电流衰减模式为0，25%，50%，100% ;设置步进驱动系统“自动半流”功能:选择单稳态可重复触发芯片74HC123检测CLK信号，当电机正常工作时TQ2是低电平，电流维持在NFA、NFB管脚设定值100%，无脉冲输入时，TQ2是高电平，TQl与TQ2不同状态决定当前工作电流大小，外接电压为不超过40V，推荐+24V，输入端加保险丝FUSE2与压敏电阻RZl保护与滤波，电流大小、衰减模式以及自动半流设置可通过拨码开关SWDIP-6实现，见表1，表2所示
[0029]
【权利要求】
1.一种光电直读光谱仪步进电机控制装置，其包括步进电机，所述步进电机连接步进电机驱动芯片，其特征在于，所述步进电机驱动芯片通过光耦隔离逻辑变换电路连接DSP处理器，所述光耦隔离逻辑变换电路实现电平的转换和隔离。
2.根据权利要求1所述的一种光电直读光谱仪步进电机控制装置，其特征在于，所述DSP处理器为TMS320F2806处理器，所述TMS320F2806处理器外设模块包括EPWM脉宽调制、ECAP捕获单元和SCI串行通讯口，所述EPWM脉宽调制传输所述步进电机驱动芯片的脉冲、方向和使能信号，所述ECAP捕获单元实现限位传感器的信号捕获，所述SCI串行通讯口实现所述TMS320F2806处理器与上位机的串行通信。
3.根据权利要求2所述的一种光电直读光谱仪步进电机控制装置，其特征在于，所述SCI串行通讯口连接MAX3232收发器，所述MAX3232收发器外接四个小尺寸电荷泵电容C36、C37、C38、C39，所述MAX3232收发器的T10UT、RlOUT端口连接电脑试验板载DB9母头的发送接收管脚，所述MAX3232收发器的TIN、RlOUT端口分别连接所述TMS320F2806处理器的 SCITXDA、SCIRXDA 端 口。
4.根据权利要求2所述的一种光电直读光谱仪步进电机控制装置，其特征在于，所述TMS320F2806处理器连接时钟电路、电源电路和EEPROM掉电存储保护电路。
5.根据权利要求4所述的一种光电直读光谱仪步进电机控制装置，其特征在于，所述EEPROM掉电存储保护电路包括AT24C256存储芯片，所述AT24C256存储芯片的SCL、SDA端口分别连接TMS320F2806处理器的通用I/O端口的GP1033端口和GP1032端口。
6.根据权利要求2所述的一种光电直读光谱仪步进电机控制装置，其特征在于，所述步进电机为两相四线步进电机，所述步进电机驱动芯片为东芝公司的TB6560驱动芯片，所述TB6560驱动芯片包括细分设定接口、电流衰减设定接口和自动半流接口。
7.根据权利要求6所述的一种光电直读光谱仪步进电机控制装置，其特征在于，所述TB6560驱动芯片的电流检测端NFA、NFB端口并联连接三个单刀双掷开关，所述TB6560驱动芯片的DCY1、DCY2、M1、M2、TQ2端口连接拨码开关SWDIP-6，所述TB6560驱动芯片的TQ2端口连接单稳态可重复触发芯片74HC123的反向输出端I g端口、CLK端口连接单稳态可重复触发芯片74HC123的负边沿触发输入端11端口，所述TB6560的输出端0UT_AP、0UT_AM、0UT_BP、0UT_BM端口连接六脚插座C0N6的4个插口，所述六脚插座C0N6的另外两个插口连接保护电路，所述保护电路由压敏电阻RZl、二极管D10、电容C55、极性电容C4并联后与保险丝FUSE2串联组成，所述TB6560驱动芯片的MO、PROTECT端口连接指示灯D4、D5。
8.根据权利要求6所述的一种光电直读光谱仪步进电机控制装置，其特征在于，所述光耦隔离逻辑变换电路包括高速光耦合器TLP2531和光耦隔离器PC817，所述高速光耦合器TLP2531连接所述TB6560驱动芯片的时钟信号端和脉冲信号端，所述光耦隔离器PC817连接所述TB6560驱动芯片的使能端，所述光耦隔离逻辑变换电路的I3UL+和DIR+端口分别连接所述TMS320F2806处理器的EPWMlB和EPWMlA端口，所述光耦隔离逻辑变换电路的ENA+ 端口 悬空，PUL-, DIR-和 ENA-接地。
【文档编号】G01N21/62GK203813709SQ201420147284
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2014年3月28日
【发明者】李军科, 叶反修 申请人:无锡市金义博仪器科技有限公司