专利名称：步进电机运动控制插头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及步进电机控制技术，特别是一种通过计算机串口接受控制信号的单轴或多轴的运动控制装置。
技术背景步进电机在自动化仪器、医疗器械、数控机床和生产流水线上面得到了广泛的应用。常用计算机控制步进电机的方法是采用在计算机内部安装运动控制卡，运动控制卡上面的输出插头与步进电机驱动器相连接，控制一轴或多轴步进电机运行。但由于通用的运动控制卡是一种必须要插入计算机机箱的板卡式部件，所以没有计算机插槽的笔记本电脑和一些没有插槽的计算机无法使用。加上安装必须打开计算机机箱，拆装运动控制卡十分不方便。这样在不同计算机上使用就需要购买较多的运动控制卡，加上每块卡动则上千，成本很高。
发明内容
为了解决上述问题，本实用新型将运动控制卡的基本功能浓缩到一块小小的芯片上，并将其安装在计算机外面的串行接口插头内部，并通过这个插头将通过串口传来的步进电机控制命令接收到嵌入式单片机内部进行解析和执行，然后通过这个插头上面的电缆直接输出步进脉冲和运行方向信号到步进电机驱动器，实时控制步进电机实现直线、圆弧插补以及进给和高速运行控制，由此获得一种体积小、成本低、易于拆装、携带的步进电机运动控制插头。
本实用新型的技术方案如下本步进电机运动控制插头它是在一个计算机串口插头内部安装一块嵌入式单片机、一块串口转换芯片和一块电源管理芯片而形成。该控制插头的串口插头对外与上位计算机连接，对内通过串口转换芯片连接嵌入式单片机，将上位计算机发出的的运动控制指令传送到嵌入式单片机，完成计算机输入的串口信号的电平转换和数据传输工作。嵌入式单片机内部嵌入已编写好的指令分解和转换成通用驱动器需要的步进脉冲、运动方向、驱动器选通和半流锁定控制程序，通过其内部程序将接收到的运动控制指令转换成步进电机控制脉冲和控制电平，嵌入式单片机通过其步进脉冲输出端、运行方向输出端、半流控制输出端、驱动器选通输出端连接步进电机输出控制插头，将步进脉冲、方向、半流控制、驱动器选通信号输送给步进电机驱动器。电源管理芯片为插头的串行接口电平转换芯片和嵌入式单片机提高工作电源，它的输出端分别连接插头的串口转换芯片和嵌入式单片机的电源端。
由上述技术方案可知，本运动控制插头在用于步进电机控制的时候，可代替运动控制卡，直接将上位计算机的运动控制命令转换成为可直接与步进电机驱动器连接的步进脉冲、运动方向、半流控制、驱动器选通信号，并且可通过接受机械运动部件的限位开关信号，完成使用步进电机带动机械部件运动的基本控制要求。由于嵌入式软件的运行环境是不受计算机操作系统影响的独立运行的嵌入式单片机系统，所以步进电机运转实时性好，精度高。本发明的运动控制插头具有体积小、成本低、易于拆装和携带的优点，真正使运动控制插头做到了即插即用，在不停机的情况下无需任何额外安装，直接通过串口固定螺钉固定即可使用，可广泛用于步进电机控制场合。
图1为本运动控制插头用于双轴步进电机控制系统中的示意图；图2为本实用新型的运动控制插头的结构示意框图；图3是实现本实用新型技术方案的一种用于控制双轴步进电机的运动控制插头的电路原理图。
具体实施方式
参见图2，步进电机运动控制插头由RS232、485或USB串行接口21、嵌入式单片机22、电源管理芯片25、电源输入端24(见图3)和步进电机输出控制插头23组成的一个插头形式，可直接插到计算机串口上面。该控制插头的串行接口21对外与上位计算机1连接(见图1)，对内连接嵌入式单片机22，将上位计算机1发出的的运动控制指令传送到嵌入式单片机22，完成计算机输入的串口信号的电平转换和数据传输工作。嵌入式单片机22内部嵌入已编写好的指令分解和转换成有自动升降频功能的步进脉冲、运动方向等控制程序，通过其内部程序将接收到的运动控制指令转换成步进电机控制脉冲和控制电平，嵌入式单片机通过其步进脉冲输出端、运行方向输出端、半流控制输出端、驱动器选通输出端连接步进电机输出插头23，将步进脉冲、方向、驱动器选通、半流控制信号输送给步进电机驱动器。在运动控制插头内部装有电源管理电路25，它的输出端分别连接插头的串行接口21和嵌入式单片机22的电源端，这个电源管理电路负责从单独的电源输入端24输入5V~12V的电源，转换成能够提供串口芯片和单片机及芯片的供电电压。
参见图1，在双轴步进电机控制系统中，本运动控制插头2通过串行接口21(见图2)接收上位计算机1发来的指令过程中，不同的指令内容，代表不同的运动描述。装在运动控制插头2内部的嵌入式单片机22根据不同的指令，计算出步进电机运行需要的距离、方向、起始频率、最高运动频率、运行加速时间和加速曲线，并分别通过步进电机输出插头的两个输出端23A、23B输送到A、B步进电机驱动器3和4；在嵌入式单片机22接收到插补指令时，通过插补运算软件包运算，完成两轴或者多轴联动的运动分解，计算出要进行插补运行的步进电机需要的距离、方向、起始频率、最高运动频率、运行加速时间和加速曲线，并通过输出端23A、23B输送到对应的A、B步进电机驱动器3和4，由此控制A、B步进电机及运动装置5和6。
图3给出了一种用于控制双轴步进电机的运动控制插头的电路原理图它将通过安装在电路板上的9芯RS232串口插头211上面引脚2(RXD)、3(TXD)对应接在RS232串口转换芯片(Max202)212上面的T-OUT、R-IN脚上，然后将RS232串口转换芯片9的引脚R-OUT、T-IN脚对应接在嵌入式单片机(LPC932A1)22的RXD、TXD脚上，这样就完成了嵌入式单片机与上位计算机通讯电平的转换。
将嵌入式单片机22的输出口P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5、P1.6、P1.7连接在步进电机输出端23A和23B上面，P1.0作为X轴步进脉冲输出端；P1.1作为X轴方向电平输出端；P1.2作为X轴电机通电选通输出端；P1.3作为X轴半流控制输出端；P1.4作为Y轴步进脉冲输出端；P1.5作为Y轴方向电平输出端；P1.6作为Y轴电机通电选通输出端；P1.7Y轴半流控制输出端。
将嵌入式单片机22的输出口P0.0、P0.1连接在步进电机输出端23A和23B上面，PO.0作为X限位开关输入端，P0.1作为Y限位开关输入端。
通过电源输入端24引入工作电源，通过电源管理电路(1117)25，将工作电压转换成嵌入式单片机22和RS232串口转换芯片212的3.3V工作电压。
权利要求1.一种步进电机运动控制插头，其特征在于它包括由串口插头和串口转换芯片组成的串行接口、一块嵌入式单片机和一块电源管理芯片；所述的串口插头对外与上位计算机连接，对内通过串口转换芯片连接嵌入式单片机，将上位计算机发出的运动控制指令传送到嵌入式单片机；所述嵌入式单片机由内部程序将接收到的运动控制指令转换成步进电机控制脉冲和控制电平，通过其步进脉冲输出端、运行方向输出端、半流控制输出端、驱动器选通输出端连接步进电机输出控制插头，将步进脉冲、方向、半流控制、驱动器选通信号输送给步进电机驱动器；所述的电源管理芯片的输出端分别连接串口转换芯片和嵌入式单片机的电源端。
2.根据权利要求1所述的步进电机运动控制插头，其特征在于所述的串行接口选用RS232口、485口或USB接口，集成在嵌入式单片机内部。
3.根据权利要求1或2所述的步进电机运动控制插头，其特征在于在嵌入式单片机上引出一I/O口作为机械限位开关输入端，与外接机械限位开关连接。
专利摘要一种步进电机运动控制插头，属步进电机控制技术。该控制器包括串口插头、串口转换电路、嵌入式单片机、电源管理芯片和步进电机输出控制插头；所述串口插头对外与上位计算机连接，对内通过串口转换芯片连接嵌入式单片机，嵌入式单片机通过其步进脉冲输出端、运行方向输出端、半流控制输出端、驱动器选通输出端连接步进电机输出控制插头，电源管理芯片的输出端分别连接串口转换芯片和嵌入式单片机的电源端。该控制器通过串口接收来自计算机的运动控制指令，经嵌入式单片机处理，将运动控制指令转换成单轴或两轴以上的步进电机控制脉冲和控制电平实现对步进电机各种运动的控制，无需安装在计算机内部的扩展槽内，体积小巧，价格低廉，即插即用。
文档编号H02P8/14GK2781644SQ200520105660
公开日2006年5月17日 申请日期2005年8月26日 优先权日2005年4月28日
发明者朱文 申请人:朱文