一种基于新型步进电机驱动装置的建筑用平台吊篮的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于新型步进电机驱动装置的建筑用平台吊篮，包括平台、栏杆、提升机、主力支架、受力支架、超速锁、控制箱、主钢索和副钢索，栏杆固定在平台上，提升机设置于平台上，其特征在于：提升机设置有步进电机驱动装置，步进电机驱动装置包括数字信号控制器、驱动电路、功率放大电路、步进电机相电流反馈电路、CAN收发器和CAN总线端口。本实用新型的吊篮步进电机驱动装置采用DSPIC30F6010A高性能数字信号控制器，提出并实现了一种新型的集成CAN总线接口的步进电机驱动装置，可对多种类型步进电机的相电流实现精确闭环控制，具有系统集成度高、准确性好、可靠性好、灵活性好和布线数量与成本低的特点。
【专利说明】一种基于新型步进电机驱动装置的建筑用平台吊篮
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及建筑技术类领域，尤其是涉及一种基于新型步进电机驱动装置的建筑用平台吊篮。
【背景技术】
[0002]建筑吊篮是当今世界建筑领域外装修的重要设备，其驱动装置绝大多数采用步进电机，步进电机作为一种数字伺服执行元件，具有结构简单、运行可靠、定位方便等优点，在精密机械运动控制领域有着广泛的应用。但是，目前的吊篮控制系统对于电机控制的灵活性差、可靠性不高、准确性不够，布线数量和成本大，很难适应日益发展的高层建筑装修操作。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于新型步进电机驱动装置的建筑用平台吊篮，本实用新型的吊篮步进电机驱动装置采用DSPIC30F6010A高性能数字信号控制器，提出并实现了一种新型的集成CAN总线接口的步进电机驱动装置，实现了 CAN总线通讯电路和步进电机驱动电路一体化设计，具有系统集成度高和编程灵活的特点，不仅可对多种类型步进电机的相电流实现精确闭环控制，而且以嵌入式微控制器技术为核心，实现了从独立的步进电机驱动器到具有CAN总线通讯能力的智能控制单元的技术升级。不仅极大地降低了控制系统的布线数量与成本，而且有效地提高了控制信号数据传输的准确性、可靠性和灵活性。
[0004]本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现:一种基于新型步进电机驱动装置的建筑用平台吊篮，包括平台、栏杆、提升机、主力支架、受力支架、超速锁、控制箱、主钢索和副钢索，栏杆固定在平台上，提升机设置于平台上，主力支架固定在栏杆上，超速锁设置在主力支架上，控制箱设置在栏杆内，主钢索穿过受力支架与提升机相连，副钢索穿过受力支架与超速锁相连，其特征在于:提升机设置有步进电机驱动装置，所述步进电机驱动装置包括数字信号控制器、驱动电路、功率放大电路、步进电机相电流反馈电路、CAN收发器和CAN总线端口。
[0005]上述的一种基于新型步进电机驱动装置的建筑用平台吊篮，其特征在于:所述数字信号控制器采用美国MICROCHIP公司的高性能数字信号控制器DSPIC30F6010A作为主控
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[0006]上述的一种基于新型步进电机驱动装置的建筑用平台吊篮，其特征在于:所述驱动电路采用美国FAIRCHILD半导体公司生产的型号为FAN7384的单片高压半桥驱动集成电路。
[0007]上述的一种基于新型步进电机驱动装置的建筑用平台吊篮，其特征在于:所述功率放大电路为两个FDS3992功率MOSFET构成的功率放大电路。
[0008]上述的一种基于新型步进电机驱动装置的建筑用平台吊篮，其特征在于:所述驱动电路与功率放大电路相连接。
[0009]上述的一种基于新型步进电机驱动装置的建筑用平台吊篮，其特征在于:所述相连的驱动电路与功率放大电路共四组。
[0010]上述的一种基于新型步进电机驱动装置的建筑用平台吊篮，其特征在于:所述CAN收发器采用MCP2551作为CAN总线收发器芯片。
[0011]与现有技术相比，本实用新型有一下优点:
[0012]1、本实用新型的吊篮步进电机驱动装置采用DSPIC30F6010A高性能数字信号控制器，提出并实现了一种新型的集成CAN总线接口的步进电机驱动装置，实现了 CAN总线通讯电路和步进电机驱动电路一体化设计，具有系统集成度高和编程灵活的特点，不仅可对多种类型步进电机的相电流实现精确闭环控制，而且以嵌入式微控制器技术为核心，实现了从独立的步进电机驱动器到具有CAN总线通讯能力的智能控制单元的技术升级。
[0013]2、本实用新型的吊篮步进电机驱动装置不仅极大地降低了控制系统的布线数量与成本，而且有效地提高了控制信号数据传输的准确性、可靠性和灵活性。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1本实用新型的建筑用平台吊篮结构示意图；
[0015]图2本实用新型的步进电机驱动装置系统结构框图；
[0016]图3本实用新型的驱动电路和功率放大电路原理图；
[0017]图4本实用新型的电机相电流测量电路原理图；
[0018]图5本实用新型的CAN总线收发器电路原理图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图进一步详细描述本实用新型的【具体实施方式】:
[0020]如图1和图2所示，一种基于新型步进电机驱动装置的建筑用平台吊篮，包括平台1、栏杆2、提升机3、主力支架4、受力支架5、超速锁6、控制箱7、主钢索8和副钢索9，栏杆2固定在平台I上，提升机3设置于平台I上，主力支架4固定在栏杆2上，超速锁6设置在主力支架4上，控制箱7设置在栏杆2内，主钢索8穿过受力支架5与提升机3相连，副钢索9穿过受力支架5与超速锁6相连，其特征在于:提升机3设置有步进电机驱动装置，所述步进电机驱动装置包括数字信号控制器、驱动电路、功率放大电路、步进电机相电流反馈电路、CAN收发器和CAN总线端口。
[0021]本实施例中，所述数字信号控制器采用美国MICROCHIP公司的高性能数字信号控制器DSPIC30F6010A作为主控芯片。该芯片的内核采用改进型的哈佛架构，工作速度最高可达30 MIPS,内嵌的DSP引擎不仅集成了两个具备可选饱和逻辑的40位宽累加器，而且包含了一个17位乘17位单周期的硬件乘法器，非常适用于高速数据处理的应用场合。该芯片内部集成了一个电机专用的PWM控制模块，该PWM模块具备4个占空比发生器和8个PWM 输出引脚，分别为 PWMlH / PWM1L、PWM2H / PWM2L.PWM3H / PWM3L.PWM4H / PWM4L，这8个PWM输出引脚可组合为4组互补输出的PWM引脚对，能够满足多种类型的电机控制应用要求。
[0022]DSPIC30F6010A芯片的外设非常丰富，不仅集成了高达16通道的高速10位A / D转换模块，而且还集成了 2个2.0B标准的CAN总线模块，只需外接CAN收发器，就可以胜任集成CAN总线的步进电机驱动装置的硬件设计要求。
[0023]DSPIC30F6010A芯片的高速A / D转换模块具有4路采样保持器，可同时对4路模拟量电压信号进行采样，最高采样速率可达I MHz。本设计充分发挥这一硬件优势，将步进电机相电流反馈电路和直流母线电压监视电路的电压信号接入A / D转换模块，实现了主控芯片对电机相电流信号和直流母线电压信号的同时采样功能，有效地提高了步进电机驱动装置的控制精度和响应速度。
[0024]DSPIC30F6010A芯片内嵌的CAN总线模块实现了一个完整的CAN控制器系统，该CAN模块具备2个可区分优先级的接收报文存储缓冲器和3个可指定优先级的发送缓冲器，并支持自检操作的可编程环回通讯模式，最高波特率可达1Mbps。本设计将步进电机驱动功能与CAN总线通讯功能整合为一体化设计，集成CAN总线的步进电机驱动装置不再仅是一个电机驱动器，而成为了一个智能化的电机控制单元，该控制单元可以直接接入标准的CAN总线网络，成为CAN总线上的一个智能节点，实现了步进电机的网络控制功能。
[0025]本实施例中，所述驱动电路采用美国FAIRCHILD半导体公司生产的型号为FAN7384的单片高压半桥驱动集成电路。FAN7384具有独立的高端输入(HIN)和低端输入(LIN)通道。由于HIN/ LIN管脚兼容3.3 V和5 V逻辑电平输入，所以可以直接接收DSPIC30 F6010A芯片的PWMlH和PWMlL脉冲信号。FAN7384的高端输出(HO)和低端输出(LO)通道具备250 mA的驱动能力，可以直接驱动两个FDS3992功率M0SFET，二极管D16和电容C40构成自举充电电路，充电电流由电阻R52限定。由FAN7384半桥驱动器和FDS3992功率MOSFET构成的PWM驱动与功率放大电路只需单路15V控制电源供电，克服了常规驱动电路需要多路隔离直流稳压电源供电的缺点，并且具有高端(HO)和低端(LO)欠压锁定保护功能，大大简化了硬件电路设计。
[0026]本实施例中，共设计了四组结构相同的半桥驱动和功率放大电路，每一组电路都是由一个FAN7384半桥驱动器和两个FDS3992功率MOSFET构成。图3为PWMlH / PWMlL驱动与功率放大电路原理图，其他三组驱动与功率放大电路与其结构完全相同。
[0027]图2中双H桥功率放大电路底部的SHUNTl和SHUNT2是电机两个绕组的相电流采样电阻，SHUNTl和SHUNT2电阻的取值为0.1 Ω。电机相电流测量电路如图4所示。
[0028]电流检测电阻SHUNTl上的电压信号通过R28、R29、R33、R34和C27组成的滤波电路，以差分方式馈至运算放大器MCP6024的信号输入端。M CP6024是轨到轨(Rail-to-Rail)输入/输出型运算放大器，具有低噪声、低漂移的优良特性，带宽典型值为10 MHz，完全能够满足频率为40 kHz的PWM驱动方式下的电机相电流测量电路的要求。MCP6024将M0T0R1的输出电压幅值限定在O V至5 V的A / D转换模块采样电压范围内，在R28=R29=R33=R34且R27=R35的前提条件下，运算放大器MCP6024的增益为:
[0029]Gain= (Rshuntl X R27) / (R28+R29)(I)
[0030]该测量电路的最大检测电流数值为:
[0031]IMAX=VREFxGain=2.5xGain(2)
[0032]本实施例中，所述CAN收发器采用MCP2551作为CAN总线收发器芯片。MCP2551是一个可容错的高速CAN总线收发器件，适用于dsPIC30F6010A内部的CAN总线模块与物理总线接口电路设计。MCP2551可为CAN总线模块提供差分收发能力，该芯片完全符合ISO-11898标准，工作速率高达1Mbps。CAN总线收发器电路如图5所示。
[0033]MCP2551的TXD管脚直接接到dsPIC30F6010A的CANlTX信号输出端，RXD管脚直接接到dsPIC30F6010A的CANlRX信号输入端，CANH和CANL管脚直接接入CAN总线端口，R5为终端匹配电阻。MCP2551可以通过Rs引脚选择三种操作模式:当Rs引脚电压为OV时芯片进入高速模式；当兄引脚引脚电压为5 V时芯片进入休眠模式；当Rs引脚通过外接电阻R6与O V电压相连时则进入斜率控制模式。本设计将R6阻值设为O Ω，MCP2551工作在高速模式下，CAN总线收发器的输出驱动具有快速的上升和下降时间，可以满足高速CAN总线的通讯速率要求。
[0034]吊篮步进电机驱动装置工作过程如下:DSPIC30F6010A的通用数字I / O 口接收CMD输入信号，作为步进电机控制的使能信号，该使能信号具有最高的优先级，只有当该使能信号有效时，DSPIC30F6010A才会接受CAN总线的控制指令，产生相应的PWM驱动脉冲，通过FAN7384驱动电路和双H桥功率放大电路，实现步进电机的驱动控制功能，进而带动吊篮运动。步进电机相电流反馈电路将电机相电流信号通过采样电阻SHUNTl和SHUNT2转换为直流电压信号，由DSPIC30F6010A内部的高速A / D转换模块采样并转换为数字信号，从而实现电机相电流的精确闭环控制。DSPIC30F6010A内嵌的CAN总线模块通过CANlRX /CANlTX管脚与CAN收发器实现数据通讯功能。步进电机的转速设定有两个途径，一种途径是由Sro电压信号经DSPIC30F601A的模拟量输入接口采样设定，另一种途径可以通过CAN总线通讯方式以数字量的形式直接设定。
[0035]本实用新型不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于新型步进电机驱动装置的建筑用平台吊篮，包括平台(I)、栏杆(2)、提升机(3)、主力支架(4)、受力支架(5)、超速锁(6)、控制箱(7)、主钢索(8)和副钢索(9)，栏杆(2)固定在平台(I)上，提升机(3)设置于平台(I)上，主力支架(4)固定在栏杆(2)上，超速锁(6)设置在主力支架(4)上，控制箱(7)设置在栏杆(2)内，主钢索(8)穿过受力支架(5)与提升机(3)相连，副钢索(9)穿过受力支架(5)与超速锁(6)相连，其特征在于:提升机(3)设置有步进电机驱动装置，所述步进电机驱动装置包括数字信号控制器、驱动电路、功率放大电路、步进电机相电流反馈电路、CAN收发器和CAN总线端口。
2.根据权利要求1所述的一种基于新型步进电机驱动装置的建筑用平台吊篮，其特征在于:所述数字信号控制器采用美国MICROCHIP公司的高性能数字信号控制器DSPIC30F6010A作为主控芯片。
3.根据权利要求1所述的一种基于新型步进电机驱动装置的建筑用平台吊篮，其特征在于:所述驱动电路采用美国FAIRCHILD半导体公司生产的型号为FAN7384的单片高压半桥驱动集成电路。
4.根据权利要求1所述的一种基于新型步进电机驱动装置的建筑用平台吊篮，其特征在于:所述功率放大电路为两个FDS3992功率MOSFET构成的功率放大电路。
5.根据权利要求1所述的一种基于新型步进电机驱动装置的建筑用平台吊篮，其特征在于:所述驱动电路与功率放大电路相连接。
6.根据权利要求5所述的一种基于新型步进电机驱动装置的建筑用平台吊篮，其特征在于:所述相连的驱动电路与功率放大电路共四组。
7.根据权利要求1所述的一种基于新型步进电机驱动装置的建筑用平台吊篮，其特征在于:所述CAN收发器采用MCP2551作为CAN总线收发器芯片。
【文档编号】H02P8/14GK204079411SQ201420544116
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月22日 优先权日:2014年9月22日
【发明者】朱佳宁, 朱玲玲 申请人:宁夏力远计算机科技有限公司, 朱佳宁, 朱玲玲