专利名称：步进电机阵列控制系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种自动控制技术领域，特别涉及一种步进电机阵列控制系统及其控制方法。
背景技术：
随着微电子技术、电力电子技术、自动控制技术和材料科学的飞速发展，国内外出现了许多性能优越的新型步进电机。此类步进电机与计算机控制技术相结合，被广泛应用于各种光路调整、交通运输、家用电器、电气传动及武器装备、医疗设备等领域。
步进电机的使用需要与控制器配合，而不能直接使用普通交直流电源。一般情况下，一台控制器可以控制一台电机或同步控制几台步进电机运行。在实际应用当中，经常会出现需要控制两个或多个步进电机的情况。通常，是利用微处理器(MCU)的I/O接口来控制。当大量电机运行时，意味着需要选用具有更多I/O接口的MCU来进行控制，而如果为每台步进电机配备相应的控制器和驱动器，则成本会更高。
在现有技术中，多采用一个控制器，通过继电器切换的方式来实现对多台步进电机的控制，此方法能够节约成本，便于推广应用。然而，这种做法需要较多的继电器，以及驱动继电器的三极管以及电流泄放二极管等元件，使得整个系统的可靠性较低；同时，为了使步进电机切换后停止在上次运行结束的位置，需要为每台步进电机配备在断电情况下的弹簧或永磁抱死装置，此方法不但成本较高，且由于采用继电器切换方式完成控制，其实时性也不高。
有鉴于此，需要提供一种新的步进电机阵列控制技术。 发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种步进电机阵列控制系统及其控制方法，以解决现有技术中需要大量继电器、实时性不高、可靠性较低等问题。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案
一种步进电机阵列控制系统，其中，包括
主机，用于接收用户输入的指令，并将用户指令传达给控制器；
控制器，其进一步包括一存储器，所述存储器存储步进电机阵列中各个步进电机的上一次运行信息；所述控制器根据运行信息和用户指令推导出所需进行控制的步进电机机本次运行的驱动指令，并将驱动指令发送到CPLD驱动装置；
CPLD驱动装置，用于将驱动指令发送到H桥驱动芯片；
H桥驱动芯片，其用于根据驱动指令来驱动步进电机阵列；
步进电机阵列，其进一步包括多个步进电机；
所述主机、控制器、CPLD驱动装置、H桥驱动芯片和步进电机阵列依次连接。
所述的步进电机阵列控制系统，其中，所述主机为通用计算机或工控机。
所述的步进电机阵列控制系统，其中，所述CPLD驱动装置包括
控制接口，其用于接收来主控制器的驱动指令，将需要进行控制的步进电机的地址信息送入电机地址切换控制器；
电机地址切换控制器，其用于生成使能控制信号，并将其发送到驱动信号控制器；
驱动信号控制器，用于根据所述使能控制信号生成公共H桥驱动信号并发送到驱动信号发生器；
驱动信号发生器，用于将公共H桥驱动信号以及该路电机H桥驱动信号送入死区控制器；
死区控制器，用于将加入死区时间的驱动信号送入H桥驱动芯片；
所述控制接口、电机地址切换控制器、驱动信号控制器、驱动信号发生器和死区控制器依次连接。
所述的步进电机阵列控制系统，其中，所述CPLD驱动装置还包括；与电机地址切换控制器连接的限位信号三态控制器，其用于控制带有限位信号的步进电机。
所述的步进电机阵列控制系统，其中，所述H桥驱动芯片包括
主驱动芯片，其连接所有步进电机的绕组一端；
与各个步进电机相对应的副驱动芯片，其分别与相对应的步进电机的绕组的另一端连接。
一种上述步进电机阵列控制系统的控制方法，包括以下步骤
Si、主机接收控制指令，并传达给控制器；
S2、所述控制器读取存储器中存储的所要进行控制的步进电机的上一次运行信息，并与控制指令相结合，推导出驱动指令，并发送给CPLD驱动装置；
S3、所述CPLD驱动装置将驱动指令发送到H桥驱动芯片；
S4、H桥驱动芯片根据驱动指令来驱动步进电机阵列进行工作；
S5、控制器将此次进行控制的步进电机的运行信息存储到存储器中，覆盖前次的运行信息。
所述的步进电机阵列控制系统的控制方法，其中，所述步骤S2还包括控制器还可以检测步进电机是否已经执行完成，如没有则使步进电机继续执行。
所述的步进电机阵列控制系统的控制方法，其中，所述步骤S3还包括当控制带有限位信号的步进电机时，CPLD驱动装置只将本次进行控制的步进电机的限位信号输出到控制器。
本发明提供的步进电机阵列控制系统及其控制方法，所述步进电机阵列控制系统包括依次连接的主机、控制器、CPLD驱动装置、H桥驱动芯片和包含有多个步进电机的步进电机阵列，可以准确记录步进电机上一次的运行信息，保证步进电机切换时按照控制指令精确运转；还通过CPLD驱动装置扩展接入步进电机数量，省去切换继电器，降低了整个系统的成本；同时，还可以避免驱动电路中上、下桥的同时开启而造成电路短路的现象；利用 CPLD驱动装置完成逻辑切换，分时或同时控制多路步进电机工作。所述步进电机阵列控制系统还具有成本低、操作方便等优点。
图1为本发明步进电机阵列控制系统的结构示意图。
图2为本发明中CPLD驱动装置的较佳实施例的结构示意图。
图3为本发明的H桥驱动芯片的较佳实施例的电路图。
图4为本发明的步进电机阵列控制系统的控制方法的流程图。
具体实施方式
本发明提供一种步进电机阵列控制系统及其控制方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解， 此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，图1为本发明步进电机阵列控制系统的结构示意图。如图所示，所述步进电机阵列控制系统包括主机100、控制器200、CPLD驱动装置300、H桥驱动芯片400 和包含有多个步进电机M的步进电机阵列500，所述主机100、控制器200、CPLD驱动装置 300、H桥驱动芯片400和步进电机阵列500依次连接。
具体来说，所述主机100用于接收用户输入的指令，并将用户指令传达给控制器 200。其中，所述用户指令包括用户对步进电机阵列500中某个或某些个步进电机的控制指令等。所述主机可以为工控机或通用计算机，其工作原理为现有技术，此处不再详细叙述。
所述控制器200进一步包括存储器，所述存储器为非易失存储器，比如Flash， EEPROM等，用于存储所述步进电机阵列500中各个步进电机的上一次运行信息(比如，上次运行时的方向和相序信息)。当所述控制器200接收主机100下达的用户指令后，对用户指令进行解析，在所述用户指令无误的情况下，控制器200从存储器中读取所要进行控制的步进电机的上一次运行信息，并与此次的控制指令相结合，从而推导出所需进行控制的步进电机本次运行的驱动指令，并将此驱动指令发送给CPLD驱动装置300。所述控制器200 再将此次进行控制的步进电机的运行信息存储到存储器中，覆盖上一次的运行信息。同时， 所述控制器200还可以检测步进电机是否已经执行完成，如没有则使步进电机继续执行。
所述CPLD驱动装置300为本发明的重点，用于根据控制器200发送的驱动指令， 使与其连接的H桥驱动芯片400驱动需要进行控制的步进电机进行工作。
本发明提供了一种CPLD驱动装置的较佳实施例，如图2所示。所述CPLD驱动装置包括控制接口 310、电机地址切换控制器320、驱动信号控制器330、驱动信号发生器340、 死区控制器350。其实施流程如下控制接口 310接收来自控制器200的驱动指令后，将需要进行控制的步进电机的地址信息送入电机地址切换控制器320，电机地址切换控制器 320生成使能控制信号，并将其送入驱动信号控制器330，驱动信号控制器330根据所述使能控制信号生成公共H桥驱动信号并发送到驱动信号发生器340，所述驱动信号发生器340 将公共H桥驱动信号以及该路电机H桥驱动信号送入死区控制器350，死区控制器350将加入死区时间的驱动信号送入H桥驱动芯片，避免驱动电路中上、下桥的同时开启而造成电路短路，从而保证驱动电路可靠稳定运行。
进一步地，如图2所示，所述CPLD驱动装置还可以包括一限位信号三态控制器360，用于控制带有限位信号的电机(如图所示的电机1、电机2......电机N)。其具体方式如下当所述限位信号通过控制接口 310送入限位信号三态控制器360后，限位信号三态控制器360受电机地址切换控制器320输出的使能控制信号的控制，只有本次进行控制的电机的限位信号输出到控制器200中，从而节约了控制器200的资源。
请继续参阅图3，图3为本发明的H桥驱动芯片的较佳实施例的电路图。本发明的H桥驱动芯片400用于根据驱动指令来驱动步进电机阵列500。在本实施例中，所述H桥驱动芯片400包括主驱动芯片410、第一副驱动芯片420、第二副驱动芯片430和第N副驱动芯片440，其中，所述主驱动芯片410作为电机驱动阵列的公共驱动芯片。公共H桥主驱动芯片410的输出端M HA，M HB分别连接第一路电机14、第二路电机15、...第η路电机 16的线圈绕组A+和B+端，第一副驱动芯片420、第二副驱动芯片430、...第N副驱动芯片 440分别连接第一路电机14、第二路电机15、...第η路电机16的线圈绕组A-和B-端。 CPLD 驱动装置 300 分别产生控制信号(LM1_AH，LM1_AL, LM1_BH，LM1_BL)、(LM2_AH, LM2_ AL, LM2_BH, LM2_BL)禾Π (LMn_AH, LMn_AL, LMn_BH, LMn_BL)，以达到对第一路电机 14、第二路电机15...第η路电机16控制的目的。当所述H桥驱动芯片400控制多路步进电机时， 其原理和上述相同。
如图4所示，本发明还提供了一种上述的步进电机阵列控制系统的控制方法，其具体包括以下步骤
Si、主机接收控制指令，并传达给控制器；
S2、所述控制器读取存储器中存储的所要进行控制的步进电机的上一次运行信息，并与控制指令相结合，推导出驱动指令，并发送给CPLD驱动装置；
S3、所述CPLD驱动装置将驱动指令发送到H桥驱动芯片；
S4、H桥驱动芯片根据驱动指令来驱动步进电机阵列进行工作；
S5、控制器将此次进行控制的步进电机的运行信息存储到存储器中，覆盖前次的运行信息。
其中，步骤S2还包括控制器还可以检测步进电机是否已经执行完成，如没有则使步进电机继续执行。
所述步骤S3还包括当控制带有限位信号(可通过限位开关实现)的步进电机时，CPLD驱动装置只将本次进行控制的步进电机的限位信号输出到控制器(可通过CPLD驱动装置根据控制电机的地址切换限位开关的输入，其他电机的限位以高阻的三态形式并联接入到主控制器)；这样一来，节约了资源，还可以保证步进电机的平稳运行。
本发明提供的步进电机阵列控制系统及其控制方法，所述步进电机阵列控制系统包括依次连接的主机、控制器、CPLD驱动装置、H桥驱动芯片和包含有多个步进电机的步进电机阵列，可以准确记录步进电机上一次的运行信息，保证步进电机切换时按照控制指令精确运转；还通过CPLD驱动装置扩展接入步进电机数量，省去切换继电器，降低了整个系统的成本；同时，还可以避免驱动电路中上、下桥的同时开启而造成电路短路的现象；利用 CPLD驱动装置完成逻辑切换，分时或同时控制多路步进电机工作。所述步进电机阵列控制系统还具有成本低、操作方便等优点。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种步进电机阵列控制系统，其特征在于，包括主机，用于接收用户输入的指令，并将用户指令传达给控制器； 所述控制器，其进一步包括一存储器，所述存储器存储步进电机阵列中各个步进电机的上一次运行信息；所述控制器根据所述运行信息和所述用户指令推导出所需进行控制的步进电机本次运行的驱动指令，并将驱动指令发送到CPLD驱动装置； 所述CPLD驱动装置，用于将所述驱动指令发送到H桥驱动芯片； 所述H桥驱动芯片，用于根据所述驱动指令来驱动步进电机阵列； 步进电机阵列，其进一步包括多个步进电机；所述主机、控制器、CPLD驱动装置、H桥驱动芯片和步进电机阵列依次连接。
2.根据权利要求1所述的步进电机阵列控制系统，其特征在于，所述主机为通用计算机或工控机。
3.根据权利要求1所述的步进电机阵列控制系统，其特征在于，所述CPLD驱动装置包括控制接口，其用于接收来主控制器的驱动指令，将需要进行控制的步进电机的地址信息送入电机地址切换控制器；电机地址切换控制器，其用于生成使能控制信号，并将其发送到驱动信号控制器； 驱动信号控制器，用于根据所述使能控制信号生成公共H桥驱动信号并发送到驱动信号发生器；驱动信号发生器，用于将公共H桥驱动信号以及该路电机H桥驱动信号送入死区控制器；死区控制器，用于将加入死区时间的驱动信号送入H桥驱动芯片； 所述控制接口、电机地址切换控制器、驱动信号控制器、驱动信号发生器和死区控制器依次连接。
4.根据权利要求3所述的步进电机阵列控制系统，其特征在于，所述CPLD驱动装置还包括与电机地址切换控制器连接的限位信号三态控制器，其用于控制带有限位信号的步进电机。
5.根据权利要求1所述的步进电机阵列控制系统，其特征在于，所述H桥驱动芯片包括主驱动芯片，其连接所有步进电机的绕组一端；与各个步进电机相对应的副驱动芯片，其分别与相对应的步进电机的绕组的另一端连接。
6.一种权利要求1所述的步进电机阵列控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤S1、主机接收控制指令，并传达给控制器；S2、所述控制器读取存储器中存储的所要进行控制的步进电机的上一次运行信息，并与控制指令相结合，推导出驱动指令，并发送给CPLD驱动装置；S3、所述CPLD驱动装置将驱动指令发送到H桥驱动芯片；S4、H桥驱动芯片根据驱动指令来驱动步进电机阵列进行工作；S5、控制器将此次进行控制的步进电机的运行信息存储到存储器中，覆盖前次的运行信息。
7.根据权利要求6所述的步进电机阵列控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤 S2还包括控制器检测步进电机是否已经执行完成，如果否，则使步进电机继续执行。
8.根据权利要求6所述的步进电机阵列控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤 S3还包括当控制带有限位信号的步进电机时，CPLD驱动装置只将本次进行控制的步进电机的限位信号输出到控制器。
全文摘要
本发明公开了一种步进电机阵列控制系统及其控制方法，所述步进电机阵列控制系统包括依次连接的主机、控制器、CPLD驱动装置、H桥驱动芯片和包含有多个步进电机的步进电机阵列，可以准确记录步进电机上一次的运行信息，保证步进电机切换时按照控制指令精确运转；还通过CPLD驱动装置扩展接入步进电机数量，省去切换继电器，降低了整个系统的成本；同时，还可以避免驱动电路中上、下桥的同时开启而造成电路短路的现象；利用CPLD驱动装置完成逻辑切换，分时或同时控制多路步进电机工作。所述步进电机阵列控制系统还具有成本低、操作方便等优点。
文档编号H02P8/40GK102545753SQ201110218899
公开日2012年7月4日 申请日期2011年8月1日 优先权日2011年8月1日
发明者张东升, 樊仲维 申请人:北京国科世纪激光技术有限公司