一种双闭环多功能直流电机控制器的制作方法

本实用新型涉及直流电机控制领域，特别涉及到一种双闭环多功能直流电机控制器。

背景技术：

直流电机在现实生活中广泛使用。专利CN201621234867.4公开了一种直流电机控制器，包括发出电机控制信号的控制信号输入模块和供电模块、针对驱动电压的输出进行闭环反馈的驱动电压反馈模块、对输入信号及反馈信号进行计算处理的控制模块、对控制模块输出的电压信号进行处理与保护的电机驱动输出模块，供电模块给其它模块进行供电，驱动电压反馈模块分别与控制信号输入模块、控制模块和电机驱动输出模块信号连接。此款直流电机控制器有效抑制高频PWM导致电机具有明显的电磁干扰以及对其他控制造成干扰，可在电机全运行范围内无极调速，能使电机转速控制更加平稳、转速控制更加精确、误差控制较好，能实时调整负载变化而引起的波动，实时反馈控制信号，控制简单、方便、可靠。

然而，该直流电机控制器仅针对驱动电压的输出进行闭环反馈，动态响应不够快，抗干扰能力不足。且该直流电机控制器未实现电机正反转功能，并不能满足某些设备对电机反转的需求。另外，该直流电机控制器不能实时显示电机正反转转速，使得在使用时不能实时了解以及记录电机的工作情况。除此之外，当电机转速过高或者电机工作时温度过高，不能给出相应的信号反映此时电机工作状态。再者，若电机转速或温度持续过高，会影响电机的使用寿命甚至直接对电机造成严重损害，该直流电机控制器不能在电机转速或温度过高时使得电机停止运转。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种双闭环多功能直流电机控制器，以解决上述问题。

本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种双闭环多功能直流电机控制器，包括K60核心板、隔离模块和电机驱动模块，所述电机驱动模块包括结构相同的第一驱动模块和第二驱动模块，第一驱动模块包括第一模块以及对称设于第一模块两侧的第二模块和第三模块，第一模块包括场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4、场效应管Q5和电机，场效应管Q2的D极以及场效应管Q3的D极均与7.2V电源相连，场效应管Q4的S极以及场效应管Q5的S极均接地，场效应管Q2的S极与场效应管Q4的D极相连，场效应管Q3的S极与场效应管Q5的D极相连，电机的两端分别与场效应管Q2的S极以及场效应管Q3的S极相连；第二模块包括半桥驱动器IR2104S、电阻R14、电阻R16、二极管D6、电容C11和电容C13，半桥驱动器IR2104S的HO引脚通过电阻R14与场效应管Q2的G极相连，半桥驱动器IR2104S的VB引脚通过电容C11与其VS引脚相连，半桥驱动器IR2104S的VS引脚与场效应管Q2的S极相连，半桥驱动器IR2104S的LO引脚通过电阻R16与场效应管Q4的G引脚相连；IR2104S的VCC引脚与12V电源相连，12V电源还通过二极管D6与半桥驱动器IR2104S的VB引脚相连；半桥驱动器IR2104S的SD引脚与12V电源相连，半桥驱动器IR2104S的SD引脚还通过电容C13接地，半桥驱动器IR2104S的COM引脚接地；

第二模块和第三模块的半桥驱动器IR2104S的IN引脚以及第二驱动模块中的两个半桥驱动器IR2104S的IN引脚均通过隔离模块与K60核心板相连。

进一步的，所述隔离模块包括四通隔离器ADUM1400和排阻RP2，第二模块和第三模块的半桥驱动器IR2104S的IN引脚以及第二驱动模块中的两个半桥驱动器IR2104S的IN引脚分别与四通隔离器ADUM1400的OB引脚、OA引脚、OD引脚和OC引脚相连，四通隔离器ADUM1400的IA引脚、IB引脚、IC引脚和ID引脚分别与K60核心板的PTE7引脚、PTE8引脚、PTE9引脚和PTE10引脚相连，排阻RP2包括四个电阻，排阻RP2的四个电阻的一端分别与四通隔离器ADUM1400的IA引脚、IB引脚、IC引脚和ID引脚相连，排阻RP2的四个电阻的另一端均接地。

进一步的，还包括编码器模块，编码器模块包括编码器P3，编码器P3的电源引脚接5V电源，编码器P3的GND引脚接地，编码器P3的A相引脚和B相引脚分别接K60核心板的PTB18引脚和PTB19引脚。

进一步的，还包括显示模块，显示模块包括液晶显示屏F2，液晶显示屏F2的电源引脚接3.3V电源，液晶显示屏F2的GND引脚接地，液晶显示屏F2的KEY-SELECT引脚、KEY-DOWN引脚、D7引脚、D6引脚、D5引脚、D4引脚、D3引脚、D2引脚、D1引脚、D0引脚、CS引脚、RD引脚、KEY-UP引脚、KEY-LEFT引脚、RS引脚、KEY-RIGHT引脚、WR引脚和RST引脚分别与K60核心板的PTC17引脚、PTC16引脚、PTC15引脚、PTC14引脚、PTC13引脚、PTC12引脚、PTC11引脚、PTC10引脚、PTC9引脚、PTC8引脚、PTC7引脚、PTC6引脚、PTC5引脚、PTC4引脚、PTC3引脚、PTC2引脚、PTC0引脚和PTB10引脚相连。

进一步的，还包括蜂鸣模块，蜂鸣模块包括蜂鸣器LS1、三极管Q1、电阻R13、电阻R12和电阻R10，三极管Q1的C极通过蜂鸣器LS1以及电阻R10与5V电源相连，蜂鸣器LS1的E极接地，三极管Q1的B极通过电阻R13接地，三极管Q1的B极还通过电阻R12接K60核心板的PTD0引脚。

进一步的，还包括拨码开关模块，拨码开关模块包括开关组S1、排阻RP1、开关S2和电阻R9，开关S2的一端接3.3V电源，开关S2的另一端分别与电阻R9的一端以及K60核心板的PTA25引脚相连，电阻R9的另一端接地；排阻RP1包括四个电阻，开关组S1包括四个开关，排阻RP1的四个电阻的一端分别与开关组S1的四个开关的一端相连，且分别与K60核心板的PTC19引脚、PTC18引脚、PTD1引脚和PTD2引脚相连，排阻RP1的四个电阻的另一端均接地，开关组S1的四个开关的另一端均与3.3V电源相连。

进一步的，还包括发光模块，发光模块包括发光二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R5和电阻R7，二极管D1的负极通过电阻R1接地，二极管D2的负极通过电阻R2接K60核心板的PTD10引脚，二极管D3的负极通过电阻R3接K60核心板的PTD11引脚，二极管D4的负极通过电阻R5接K60核心板的PTD15引脚，二极管D5的负极通过电阻R7接K60核心板的PTD13引脚；二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4和二极管D5的正极均与K60核心板的P3V3引脚相连。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本实用新型采用转速、电流双闭环控制直流调速系统，达到动态响应快、抗干扰能力强等优点。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳定的条件下实现转速无静差。能实现电机正反转，满足某些设备对电机反转的需求；能够实现电机无极调速，并且能用按键进行档调，旋钮进行微调，电机调速精度高；当电机转速以及温度过高时，能够通过发光二极管发光以及蜂鸣器鸣叫起到报警功能，并且当电机转速或者温度过高时，电机能够自动停止运转，避免对电机造成严重损害。SD卡可以记录每天电机的工作状态，方便使用者了解电机工作状态，便于对电机的维修与保养。

附图说明

图1为本实用新型所述的双闭环多功能直流电机控制器的结构示意图。

图2为本实用新型所述的K60核心板的原理图。

图3为本实用新型所述的电机驱动模块的原理图。

图4为本实用新型所述的隔离模块的原理图。

图5为本实用新型所述的编码器模块的原理图。

图6为本实用新型所述的蜂鸣模块的原理图。

图7为本实用新型所述的显示模块的原理图。

图8为本实用新型所述的拨码开关模块的原理图。

图9为本实用新型所述的发光模块的原理图。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

参见图1～图9，本实用新型所述的一种双闭环多功能直流电机控制器，包括K60核心板、隔离模块和电机驱动模块。电机驱动模块包括结构相同的第一驱动模块和第二驱动模块。第一驱动模块包括第一模块以及对称设于第一模块两侧的第二模块和第三模块。第一模块包括场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4、场效应管Q5和电机。场效应管Q2的D极以及场效应管Q3的D极均与7.2V电源相连，场效应管Q4的S极以及场效应管Q5的S极均接地。场效应管Q2的S极与场效应管Q4的D极相连，场效应管Q3的S极与场效应管Q5的D极相连。电机(图中未画)的两端分别与场效应管Q2的S极以及场效应管Q3的S极相连。第二模块包括半桥驱动器IR2104S、电阻R14、电阻R16、二极管D6、电容C11和电容C13。半桥驱动器IR2104S的HO引脚通过电阻R14与场效应管Q2的G极相连。半桥驱动器IR2104S的VB引脚通过电容C11与其VS引脚相连。半桥驱动器IR2104S的VS引脚与场效应管Q2的S极相连。半桥驱动器IR2104S的LO引脚通过电阻R16与场效应管Q4的G引脚相连。IR2104S的VCC引脚与12V电源相连，12V电源还通过二极管D6与半桥驱动器IR2104S的VB引脚相连。半桥驱动器IR2104S的SD引脚与12V电源相连，半桥驱动器IR2104S的SD引脚还通过电容C13接地，半桥驱动器IR2104S的COM引脚接地。

第二模块和第三模块的半桥驱动器IR2104S的IN引脚以及第二驱动模块中的两个半桥驱动器IR2104S的IN引脚均通过隔离模块与K60核心板相连。

第一驱动模块为H桥式电机驱动电路，包括四个场效应管和一个电机。要使电机运转，必须导通对角线上的一对场效应管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。若场效应管Q2、场效应管Q5导通，电流从左流至右边，电机正转；若场效应管Q3、场效应管Q4导通，电流从右边流至左边，电机反转，实现电机正反转的目的。

K60核心板具有众多引脚外设，具有电源引脚、调试/编程接口、复位电路、晶振电路、引脚复位等功能。其中包括引脚复用为GPIO功能，引脚输出高低电平来实现发光二极管、蜂鸣器以及开关等功能。除此之外，可以控制K60核心板来改变PWM的占空比进而实现对直流电机的无极调速功能。

隔离模块包括四通隔离器ADUM1400和排阻RP2。第二模块和第三模块的半桥驱动器IR2104S的IN引脚以及第二驱动模块中的两个半桥驱动器IR2104S的IN引脚分别与四通隔离器ADUM1400的OB引脚、OA引脚、OD引脚和OC引脚相连。四通隔离器ADUM1400的IA引脚、IB引脚、IC引脚和ID引脚分别与K60核心板的PTE7引脚、PTE8引脚、PTE9引脚和PTE10引脚相连。排阻RP2包括四个电阻，排阻RP2的四个电阻的一端分别与四通隔离器ADUM1400的IA引脚、IB引脚、IC引脚和ID引脚相连。排阻RP2的四个电阻的另一端均接地。

还包括编码器模块，编码器模块包括编码器P3。编码器P3的电源引脚接5V电源，编码器P3的GND引脚接地。编码器P3的A相引脚和B相引脚分别接K60核心板的PTB18引脚和PTB19引脚。编码器P3是将信号(如比特流)或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器P3有4个引脚，其中A相、B相为2个相差90°的脉冲，分别接到K60核心板的PTB18引脚、PTB19引脚上，由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器P3的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。实现编码器测速的功能，并且能够得知电机是正转还是反转。

还包括显示模块，显示模块包括液晶显示屏F2。液晶显示屏F2的电源引脚接3.3V电源，液晶显示屏F2的GND引脚接地。液晶显示屏F2的KEY-SELECT引脚、KEY-DOWN引脚、D7引脚、D6引脚、D5引脚、D4引脚、D3引脚、D2引脚、D1引脚、D0引脚、CS引脚、RD引脚、KEY-UP引脚、KEY-LEFT引脚、RS引脚、KEY-RIGHT引脚、WR引脚和RST引脚分别与K60核心板的PTC17引脚、PTC16引脚、PTC15引脚、PTC14引脚、PTC13引脚、PTC12引脚、PTC11引脚、PTC10引脚、PTC9引脚、PTC8引脚、PTC7引脚、PTC6引脚、PTC5引脚、PTC4引脚、PTC3引脚、PTC2引脚、PTC0引脚和PTB10引脚相连。液晶显示屏简称为LCD，液晶显示屏F2有电源引脚、GND引脚、KEY-SELECT、KEY-DOWN、KEY-UP、KEY-LEFT、KEY-RIGHT为液晶显示屏上的五向控制开关，可以操控显示屏。其中D0-D7为8个用于数据传输的引脚，RST用于重置连接或复位连接，RD为路由标识。液晶显示屏用于显示电机正反转转速以及电机工作时温度，并且可以通过液晶显示屏上的五向开关对液晶显示屏进行控制。

还包括蜂鸣模块，蜂鸣模块包括蜂鸣器LS1、三极管Q1、电阻R13、电阻R12和电阻R10。三极管Q1的C极通过蜂鸣器LS1以及电阻R10与5V电源相连，蜂鸣器LS1的E极接地。三极管Q1的B极通过电阻R13接地，三极管Q1的B极还通过电阻R12接K60核心板的PTD0引脚。蜂鸣器的原理图内有一个NPN三极管，蜂鸣器LS1的工作原理利用了三极管的开关作用，当K60核心板给PTD0引脚一个低电平，根据三极管的工作原理，三极管Q1的C极、B极和E极导通，此时蜂鸣器LS1开始工作。若K60核心板给PTD0引脚一个高电平，此时三极管Q1并不能导通，蜂鸣器LS1也并不会工作。利用这个特性，可以在当编码器测得电机转速过快或温度传感器测得电机工作温度过高时，K60核心板给PTD0引脚一个低电平，此时蜂鸣器鸣叫，起到报警效果。

还包括拨码开关模块，拨码开关模块包括开关组S1、排阻RP1、开关S2和电阻R9。开关S2的一端接3.3V电源，开关S2的另一端分别与电阻R9的一端以及K60核心板的PTA25引脚相连，电阻R9的另一端接地。排阻RP1起到限流作用，防止工作电流过大，电路烧坏，排阻RP1包括四个电阻。开关组S1包括四个开关，排阻RP1的四个电阻的一端分别与开关组S1的四个开关的一端相连，且分别与K60核心板的PTC19引脚、PTC18引脚、PTD1引脚和PTD2引脚相连。排阻RP1的四个电阻的另一端均接地，开关组S1的四个开关的另一端均与3.3V电源相连。利用拨码开关可以改变电机的工作状态，比如作为电源开关、改变电机的正反转、在编码器测得电机转速过快或温度传感器测得电机工作温度过高时，用开关紧急制动等。

还包括发光模块，发光模块包括发光二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R5和电阻R7。二极管D1的负极通过电阻R1接地，二极管D2的负极通过电阻R2接K60核心板的PTD10引脚，二极管D3的负极通过电阻R3接K60核心板的PTD11引脚，二极管D4的负极通过电阻R5接K60核心板的PTD15引脚，二极管D5的负极通过电阻R7接K60核心板的PTD13引脚。二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4和二极管D5的正极均与K60核心板的P3V3引脚相连。发光二极管有5个，D1发光二极管常亮。根据二极管的单向导通性可知，当K60核心板给PTD10、PTD11、PTD13、PTD15引脚低电平时，D2、D3、D4、D5发光二极管可以导通，反之不能。根据这个特性，当电动机工作时，有一个发光二极管会亮，作为工作指示灯。当编码器测得电机转速过快或温度传感器测得电机工作温度过高时，K60核心板给PTD10或PTD11或PTD13或PTD15引脚低电平时，此时发光二极管导通，起到报警效果。

本实用新型采用转速、电流双闭环控制直流调速系统，达到动态响应快、抗干扰能力强等优点。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳定的条件下实现转速无静差。通过改变各个电机所对应的场效应管的通断状态，改变流经电机的电流方向，进而实现控制电机正反转，满足某些设备对电机反转的需求。通过控制芯片改变PWM的占空比进而实现对直流电机的无极调速，使得电机控制效果更好。通过编码器可以测量电机转速，通过温度传感器可以测量电机运转时的工作温度。当电机工作转速或温度过高时，通过蜂鸣器以及发光二极管起到报警功能，并且可以通过一个开关自动使得电机停止运转。通过SD卡记录电机每天工作状态，方便使用者了解电机工作状态。

本实用新型利用K60核心板高速信息处理的能力和众多引脚外设以及能够改变PWM的占空比的特征、编码器在双闭环控制中的测速功能、场效应管的开关特性、通过蜂鸣器的鸣叫实现报警功能，实现电机的实时控制和SD能够存储记录数据的特征。通过PCB电路板将各个模块联接成一个整体，构成本双闭环多功能直流电机控制器。本实用新型实现电机正反转、无极调速、液晶显示正反转转速、按键以及旋钮控制转速，蜂鸣器以及小灯报警，SD卡记录工作状态等目的。方便人们对直流电机的控制，并且在控制电机时采用转速、电流双闭环控制直流调速系统，达到动态响应快、抗干扰能力强等优点。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳定的条件下实现转速无静差。改善现有直流电机控制器动态响应慢，抗干扰能力弱等问题，使得直流电机多功能化，实用性更强。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。