一种3轴步进电机运动控制电路的制作方法

1.本实用新型涉及一种多轴步进电机控制技术领域，尤其是涉及一种3轴步进电机运动控制电路。


背景技术：

2.步进电机是一种能够输出位移的直流电机，由多个按中心对称分布的电磁铁、缠绕在电磁铁上的线圈以及绕中心转动的永久磁铁组成。当给一组线圈通电后，根据安培定律，转子发生偏转；切断这组线圈的电流，并给相邻的线圈通电，转子继续偏转；重复该过程，直至转子回到起始位置。每组线圈称为电机相位，通过依次激励每个相位，实现对电机一个周期的电激励。步进电机将一系列输入脉冲(通常是方波脉冲)转换成轴位置的精确增量，每个脉冲对应输出一个固定的角度，电机的输出只取决于脉冲信号的频率和脉冲数。由于计算机控制的步进电机可以实现非常精密的定位输出，并且，步进电机具有低成本、高可靠性、低速的高扭矩等优点，因此，步进电机广泛应用于精密定位设备。
3.目前市场中多轴步进电机运动控制电路将主控制器与步进电机驱动电路直接连接，主控制器损坏概率高。


技术实现要素：

4.为解决现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种基于cortex-m3内核的3轴步进电机运动控制电路，从而解决上述问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.第一方面，本技术提供一种3轴步进电机运动控制电路，该运动控制电路包括：步进电机驱动电路、数字隔离电路、单稳态触发器、主控制器、通讯电路、逻辑缓冲电路；
7.其中，所述步进电机驱动电路的输出端连接步进电机；所述步进电机驱动电路通过所述数字隔离电路与所述主控制器连接；所述逻辑缓冲电路的输出端连接所述主控制器，所述逻辑缓冲电路的输入端连接限位开关；所述主控制器与所述通讯电路连接；
8.所述数字隔离电路用于将所述主控制器和所述步进电机驱动电路进行光耦隔离，保证主控制器安全稳定工作；所述逻辑缓冲电路用于接收限位开关信号，并将限位开关信号电平与主控制器信号电平匹配。
9.在一种可能的实现中，所述步进电机驱动电路采用型号为tb67s109aftg的步进电机驱动芯片；所述的步进电机为3轴步进电机。
10.在一种可能的实现中，所述步进电机驱动电路通过单稳态触发器与所述数字隔离电路连接；所述单稳态触发器用于在步进电机运行状态下，减小步进电机的力矩，使步进电机在较小功率下正常运行，降低系统功耗。
11.在一种可能的实现中，所述单稳态触发器采用型号为74hc123d的芯片。
12.在一种可能的实现中，所述数字隔离电路包括：型号为hcpl-0600-500e的芯片和型号为tlp521的芯片；所述逻辑缓冲电路采用型号为74ac245mtc的芯片。
13.在一种可能的实现中，所述主控制器包括单片机；所述主控制器采用arm型号为stm32f401rbt6的cortex-m3内核，所述主控制器用于处理所述步进电机运动控制电路的信号处理和收发所述步进电机运动控制电路的数据。
14.在一种可能的实现中，所述通讯电路包括：485通讯电路和网口电路；所述主控制器通过所述网口电路与上层控制器连接。
15.在一种可能的实现中，所述网口电路采用usr-k3 v2串口转以太网模块，用于进行所述上层控制器和所述主控制器的数据交互。
16.在一种可能的实现中，所述485通讯电路采用型号为adm2587e的芯片，用于与其它控制电路进行数据交互。
17.在一种可能的实现中，所述3轴步进电机运动控制电路还包括：电源电路；
18.所述电源电路采用型号为xl1509-5v的低功耗电源芯片，用于将输入28v电源降压至5v给外设电路供电；采用型号为tp78633dcq的芯片将5v稳压至3.3v给3轴步进电机运动控制电路供电。
19.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：使用时，通过电源电路给整个3轴步进电机控制系统供电，mcu主控器通过网口电路接收到上层控制器的指令后，对接收的信号数据进行综合分析后传输给数字隔离电路，然后由数字隔离电路将信号通过单稳态触发器输出到步进电机驱动电路，进而控制各轴步进电机运行，主控制器在通过逻辑缓冲电路收到限位开关信号后，向步进电机驱动电路发送停止指令，使步进电机保持当前的停止状态，同时将该信号通过网口电路反馈给上层控制器，等待上层控制器发送下一个控制指令。在整个系统运行中，逻辑缓冲电路将接收的限位开关信号分批传输到主控制器，确保主控制器不被限位开关信号冲击损坏。数字隔离电路主控制器和步进电机驱动电路间的光耦隔离，当步进电机驱动电路故障时，避免主控制器损坏。
附图说明
20.附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。
21.图1为本实用新型所述一种3轴步进电机运动控制电路结构原理示意图。
22.附图标记说明：
23.1.电源电路、2.上层控制器、3.网口电路、4.主控制器、5.数字隔离电路、6.单稳态触发器、7.步进电机驱动电路、8.步进电机、9.485通讯电路、10.逻辑缓冲电路、11.限位开关
具体实施方式
24.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.图1为本实用新型所述一种3轴步进电机运动控制电路结构原理示意图。请参阅图1，本实用新型提供一种3轴步进电机运动控制电路，该控制电路可以包括：
26.电源电路1、上层控制器2、网口电路3、主控制器4、数字隔离电路5、单稳态触发器6、步进电机驱动电路7、步进电机8、485通讯电路9、逻辑缓冲电路10、限位开关11。
27.所述步进电机驱动电路7的输出端连接步进电机8；所述步进电机驱动电路7通过所述数字隔离电路5与所述主控制器4连接；所述逻辑缓冲电路10的输出端连接所述主控制器4，所述逻辑缓冲电路10的输入端连接限位开关11；所述主控制器4与所述通讯电路连接。
28.作为一种示例，所述步进电机驱动电路7采用型号为tb67s109aftg的步进电机驱动芯片；所述的步进电机8为3轴步进电机。
29.所述数字隔离电路5用于隔离所述主控制器4和所述步进电机驱动电路7间的异常信号；所述逻辑缓冲电路10用于接收限位开关11的信号，并根据主控制器4的信号接收阈值，将限位开关11信号分批输入所述主控制器4。
30.在一种可选的实施方式中，所述逻辑缓冲电路10采用型号为74ac245mtc的芯片，将外设的限位开关11的信号经逻辑缓冲电路9将电平转换后发送给主控制器4的单片机，将限位开关信号电平与单片机信号电平匹配一致，避免将限位开关信号直接输入单片机，对单片机造成损坏。
31.在一种可选的实施方式中，所述步进电机驱动电路7通过单稳态触发器6与所述数字隔离电路5连接；所述单稳态触发器6采用型号为74hc123d的芯片，所述单稳态触发器6用于减小步进电机8在运动时的力矩，使步进电机8在较小功率下正常运行，降低系统功耗，在步进电机8停止时增大步进电机8的力矩，保证步进电机8静止时状态稳定。步进电机力矩可通过软件编程实时调整。
32.作为一种示例，所述数字隔离电路5包括：型号为hcpl-0600-500e的芯片和型号为tlp521的芯片；利用所述hcpl-0600-500e芯片隔离主控制器对电机驱动电路的时钟信号，利用所述tlp521隔离主控制器对电机驱动电路的使能信号；即所述hcpl-0600-500e芯片允许主控制器对电机驱动电路发送时钟信号，所述tlp521芯片允许主控制器对电机驱动电路的使能信号，所述hcpl-0600-500e芯片和所述tlp521芯片具有信号单向传输特性，能够阻挡电机驱动电路向主控制器信号传输。
33.在一种可选的实施方式中，所述数字隔离电路5将主控制器电路4与步进电机驱动电路7信号隔离，避免主控制器4外部连接设备损坏时引起主控制器4的损坏，保护主控制器4运行。
34.在一种可选的实施方式中，所述主控制器4包括单片机；所述主控制器4采用arm型号为stm32f401rbt6的cortex-m3内核，所述主控制器4用于处理所述步进电机运动控制电路的信号和收发所述步进电机运动控制电路的数据。
35.作为一种示例，所述通讯电路包括：485通讯电路9和网口电路3；所述主控制器4通过所述网口电路3与上层控制器2连接。
36.作为一种示例，所述网口电路3采用usr-k3 v2串口转以太网模块，用于进行所述上层控制器2和所述主控制器4的数据交互。
37.作为一种示例，所述485通讯电路9采用型号为adm2587e的芯片，用于与其它控制电路进行数据交互。
38.在一种可选的实施方式中，所述3轴步进电机运动控制电路还包括：电源电路1；
39.所述电源电路1采用型号为xl1509-5v的低功耗电源芯片，用于将输入28v电源降
压至5v给外设电路供电；采用型号为tp78633dcq的芯片将5v稳压至3.3v给3轴步进电机运动控制的控制电路供电。
40.下面对本技术提供的3轴步进电机运动控制电路工作原理进行示例性说明。
41.主控器4通过网口电路3接收到上层控制器2的指令后，对接收到的信号数据进行综合分析后发出控制信号给数字隔离电路5，然后由数字隔离电路5将信号输出到步进电机驱动电路7，进而控制各轴步进电机运行，主控制器4在通过逻辑缓冲电路10收到限位开关11信号后，向步进电机驱动电路7发送停止指令，使步进电机8保持当前状态，同时将该信号通过网口电路3反馈给上层控制器2，等待上层控制器2发送下一个控制指令。
42.本实用新型还提供一种有轨道巡检机器人，巡检机器人上设置有步进电机运动控制电路，通过接收上层控制器的指令完成巡检机器人的多轴操作。
43.最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。