专利名称：步进电机两线驱动控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于机、电控制技术领域，涉及对步进电机驱动控制装置的改进。
背景技术：
本实用新型之前，两相步进电机驱动控制方法是由PC机或单片机控制一套控制电路，再经过步进电机驱动器实现驱动和控制步进电机的运动。每个电机都要配备一套控制电路和步进电机驱动器，当所需控制电机数目较多时，驱动控制部分体积较大，成本较高。由于这种控制方法对两相步进电机的两组线圈独立加电控制电机的旋转方向，因而，由步进电机驱动器到每个电机之间至少需要4根驱动控制线。
例如在天文望远镜多光纤驱动定位项目中，焦平面转台直径φ1750mm，要排布4000个两维运动的光纤定位机构，在焦平面转台上共有8000只两相步进电机，按常规方法，控制驱动部分与焦平面转台间至少应有32000根驱动控制线，这对将来天文望远镜工作时焦平面转台跟踪空域的旋转非常不利。另外，按照常规方法，控制驱动8000只两相步进电机的控制部分体积也会非常庞大。
发明详细内容为解决上述背景技术，当所需控制电机数目较多时，步进电机驱动控制连线多、驱动控制部分体积较大、成本较高。本发明的目的是为减少驱动控制部分与焦平面转台间的驱动控制线，减小步进电机控制部分的体积，将要提供一种对步进电机进行分时、独立运动控制的较小体积的步进电机两线驱动控制装置。
本实用新型的主要组成部件是主控计算机1、单片机2、电源3、功率驱动器4、功率驱动器5、电子继电器6、电机7、电机8、数据传输线9、印刷电路板10、焦平面转台11和光纤定位机构12；其中，单片机2、功率驱动器4、功率驱动器5固定于印刷电路板10上面，电子继电器6、电机7、电机8安装于光纤定位机构12内，光纤定位机构12固定于焦平面转台11上，在上述电路结构中，主控计算机1的输出口与单片机2的控制口由数据传输线9连接，主控计算机1发送指令改变单片机2的数据输出口c、d、r的电平高低和时序状态；单片机2的a、b输出口分别与电源3的5V和0V两个输出端相连；电源3的一个输出端(15V端)与功率驱动器4和功率驱动器5的电源输入口b相连，电源3的另一个输出(0V)端与功率驱动器4和功率驱动器5的电源输入口a相连；单片机2的数据输出口c与功率驱动器5的数据输入口c相连，单片机2的数据输出口d与功率驱动器5的数据输入口d相连，单片机2的数据输出口r与功率驱动器4的数据输入口c相连，由功率驱动器5、功率驱动器4将单片机2的数据输出口c、d、r的电平进行功率放大，再由功率驱动器4的功率输出口h、功率驱动器5的功率输出口h、g输出；功率驱动器4的功率输出口h与电子继电器6的控制输入口a相连，通过功率驱动器4控制电子继电器6的导通状态；功率驱动器5的功率输出口g与电子继电器6的功率输入口h相连，功率驱动器5的功率输出口h与电子继电器6的功率输入口c相连，电子继电器6实现转接切换；电子继电器6的功率输出口g与电机7的连接点a相连，电子继电器6的功率输出口d与电机7的连接点b相连，电子继电器6的功率输出口f与电机8的连接点a相连，电子继电器6的功率输出口e与电机8的连接点b相连，电子继电器6对电机7和电机8进行分时转接切换；电子继电器6的控制输入口b连接到电源3的0V输出端；电机7和电机8的连接点c相连并连接到电源3的0V输出端。根据被控电机的数量，并行增加功率驱动器5、电子继电器6和单片机2的数量，可对多电机实行并行控制。
本实用新型的工作原理1.驱动控制电路原理若单片机2选用16位数据输出口的芯片时，主控计算机1接到控制指令后，通过数据传输线9给单片机2发送指令改变单片机2的数据输出口c、d、r的电平高低和时序状态，并通过功率驱动器4控制电子继电器6的导通状态，通过功率驱动器5和电子继电器6控制电机7或电机8的定子内旋转磁场方向和磁场脉冲个数，使上述两个电机的转子正、反方向定角度转动，以实现驱动控制功能。
2.两线驱动原理将常规的两相步进电机的两相独立线圈的四个连接点的中间两点相连接，使两相步进电机的四个连接点变为如图1中电机7或电机8的a、b、c三个连接点，将中间连接点c与电源3的0V输出端口相连接，步进电机的连接点a、b通过电子继电器6和功率驱动器5连接到单片机2的数据输出口上。
单片机2的数据输出口各点的输出电平可通过主控计算机1进行适时控制，输出电平经功率驱动器5进行功率放大后通过电子继电器6加到对应的两相步进电机的连接点a、b上。通过主控计算机1对单片机2数据输出口各点输出电平的时序进行控制，使电机7或电机8内产生顺时针或逆时针旋转电磁场，由旋转电磁场驱动使电机7或电机8正向或反向转动。
3.分时工作原理如图1所示当单片机2的数据输出口r为高电平时，使电子继电器6的功率输出口g、d接通，单片机2控制电机7转动。当单片机2的数据输出口r为低电平时，电子继电器6的功率输出口f、e接通，单片机2控制电机8转动。
通过控制电子继电器6的导通状态，实现电机7和电机8的分时工作。
利用两线驱动和分时工作方法，最终可实现焦平面转台上的驱动控制导线根数等于步进电机数+2根。
本实用新型的积极效果由于本实用新型采用控制电子继电器的导通状态，实现了电机的分时工作；本实用新型还采用将常规的两相步进电机的两相独立线圈的四个连接点的中间两点相连接，使常规的两相步进电机的由四个连接点变为电机的a、b、c三个连接点；根据上述工作方式本实用新型可实现在多电机并行工作时，使驱动控制导线的数量大大减少、驱动控制结构体积也会相对减小，能够实现简化结构、降低成本和提高可靠性的目的。本实用新型可应用于多点并行加工及测量等领域。在本实用新型的实施例中实现了对七只电机只用九根驱动控制线来完成各自独立的运动控制，并使电机控制部分体积也大大减小。本实用新型已在天文望远镜密集排列光纤驱动定位试验机构中得到验证。本实用新型的电路结构简单，工作稳定可靠，制作成本较低，维护方便。
图1是本实用新型的结构示意图，亦是摘要附图。
图2是本实用新型一个实施例的结构示意图具体实施方式
本实用新型已用于LAMOST天文望远镜中密集排列光纤定位机构的试验装置，由一台主控计算机1、一片单片机2、一个电源3、一个功率驱动器4、七个功率驱动器5、七个电子继电器6、电机7采用七只旋转驱动电机、电机8采用七只直线驱动电机、一条数据传输线9、一套印刷电路板10、一个焦平面转台11和七只光纤定位机构12组成。
本实用新型单片机2与功率驱动器4、各功率驱动器5之间采用印刷电路板10的印刷电路连接各接口，其它接口及连接点通过导线相连接。
主控计算机1采用PC台式计算机；单片机2型号为AT89C51，电源3可提供5V和15V直流电源，功率为100W；功率驱动器4和七个功率驱动器5型号均为ICL7667CPA；七个电子继电器6的型号均为EA2-24；七只旋转驱动电机7和七只直线驱动电机8的型号均为AM1020两相步进电机，数据传输线9采用专用计算机串口传输线，印刷电路板10采用双面覆铜板制造，其它导线采用多股铜芯导线。
单片机2、功率驱动器4、七个功率驱动器5安装在印刷电路板10上并装在独立的控制箱内；七个电子继电器6、七只旋转驱动电机7和七只直线驱动电机8分别安装在七只光纤定位机构12内，七只光纤定位机构12安装在焦平面转台11上。
主控计算机1与单片机2由数据传输线9相联接，其余各部件由导线联接。
单片机2的a、b输出口分别与电源3的5V和0V输出端相连；电源3的15V输出端与功率驱动器4和七个功率驱动器5的电源输入口b相连，电源3的0V输出端与功率驱动器4和七个功率驱动器5的电源输入口a相连；单片机2的数据输出口c、e、g、i、k、m、o分别依次与七个功率驱动器5的数据输入口c相连，单片机2的数据输出口d、f、h、j、l、n、p分别依次与七个功率驱动器5的数据输入口d相连，单片机2的数据输出口r与功率驱动器4的数据输入口c相连；功率驱动器4的功率输出口h与七个电子继电器6的控制输入口a相连七个功率驱动器5的功率输出口g分别依次与七个电子继电器6的功率输入口h相连，七个功率驱动器5的功率输出口h分别依次与七个电子继电器6的功率输入口c相连；七个电子继电器6的功率输出口g分别依次与七只旋转驱动电机7的连接点a相连，七个电子继电器6的功率输出口d分别依次与七只旋转驱动电机7的连接点b相连，七个电子继电器6的功率输出口f分别依次与七只直线驱动电机8的连接点a相连，七个电子继电器6的功率输出口e分别依次与七只直线驱动电机8的连接点b相连；七个电子继电器6的控制输入口b连接到电源3的0V输出端；七只旋转驱动电机7和七只直线驱动电机8的连接点c相连并连接到电源3的0V输出端。
除了上述实施例之外的设计，可根据权利要求的限定来选择参数或部件。可根据不同的设计要求需要选择上述部件的数量，如采用多片单片机2、多个功率驱动器4、N个功率驱动器5、N个电子继电器6、N只旋转驱动电机7、N只直线驱动电机8和N只光纤定位机构12。多条数据传输线9、多套印刷电路板10。
权利要求1.步进电机两线驱动控制装置，包括主控计算机1、电源3、数据传输线9、印刷电路板10、焦平面转台11和光纤定位机构12；其特征在于还包括单片机2、功率驱动器4、功率驱动器5、电子继电器6、电机7、电机8，其中单片机2、功率驱动器4、功率驱动器5固定于印刷电路板10上面，电子继电器6、电机7、电机8安装于光纤定位机构12内，光纤定位机构12固定于焦平面转台11上，主控计算机1的输出口与单片机2的控制口由数据传输线9连接，主控计算机1发送指令改变单片机2的数据输出口c、d、r的电平高低和时序状态；单片机2的a、b输出口分别与电源3的两个输出端相连；电源3的一个输出端与功率驱动器4和功率驱动器5的电源输入口b相连，电源3的另一个输出端与功率驱动器4和功率驱动器5的电源输入口a相连；单片机2的数据输出口c与功率驱动器5的数据输入口c相连，单片机2的数据输出口d与功率驱动器5的数据输入口d相连，单片机2的数据输出口r与功率驱动器4的数据输入口c相连，由功率驱动器5、功率驱动器4将单片机2的数据输出口c、d、r的电平进行功率放大，再由功率驱动器4的功率输出口h、功率驱动器5的功率输出口h、g输出；功率驱动器4的功率输出口h与电子继电器6的控制输入口a相连，通过功率驱动器4控制电子继电器6的导通状态；功率驱动器5的功率输出口g与电子继电器6的功率输入口h相连，功率驱动器5的功率输出口h与电子继电器6的功率输入口c相连，电子继电器6实现转接切换；电子继电器6的功率输出口g与电机7的连接点a相连，电子继电器6的功率输出口d与电机7的连接点b相连，电子继电器6的功率输出口f与电机8的连接点a相连，电子继电器6的功率输出口e与电机8的连接点b相连，电子继电器6对电机7和电机8进行分时转接切换；电子继电器6的控制输入口b连接到电源3的输出端；电机7和电机8的连接点c相连并连接到电源3的输出端。
2.步进电机两线驱动控制装置，其特征在于根据被控电机的数量，并行增加功率驱动器5、电子继电器6和单片机2的数量，可对多电机实行并行控制。
专利摘要本实用新型涉及对步进电机驱动控制装置的改进。主控计算机1、单片机2、电源3、功率驱动器4、功率驱动器5、电子继电器6、旋转驱动电机7、直线驱动电机8、数据传输线9、印刷电路板10、焦平面转台11和光纤定位机构12；采用控制电子继电器的导通状态，实现旋转驱动电机和直线驱动电机的分时工作；采用将常规的两相步进电机的两相独立线圈的四个连接点的中间两点相连接，使常规的两相步进电机由四个连接点变为旋转驱动电机或直线驱动电机的a、b、c三个连接点；可实现在多电机并行工作时，使驱动控制导线的数量大大减少、驱动控制结构体积相对减小，实现简化结构、降低成本和提高可靠性的目的。应用于多点并行加工及测量等领域。
文档编号H02P8/00GK2671229SQ20032011261
公开日2005年1月12日 申请日期2003年10月22日 优先权日2003年10月22日
发明者高云国, 刘伟 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所