多轴电机控制器的制作方法

本实用新型涉及电工电子技术领域，特别涉及一种多轴电机控制器。

背景技术：

目前仪器操作往往都是多自由度的，比如半自动生化分析仪的取样针移位系统，该系统的执行动作需要在垂直方向上升的降运动，以及水平方向上的旋转运动，以实现取样横臂的位置变换，再比如广泛应用于医学工程的细胞采集、图像处理及集成电路的探伤、检测系统中的电子显微镜，它在各种应用场合尽管要求的参数不同，为了满足摄像头精确定位要求，需要实现两轴x、y平面或者在三轴x、y、z空间上操作，所以当前仪器内部的机械系统日益复杂，通常需要利用多个电机的运动合成来实现系统的各种动作。而各种动作的流程运作，就要有效处理多电机运动内部的协调关系，就需要通过电机控制器对使用的多电机实行有效管理。

为实现有效的多电机控制器，公告号为CN 204886768U，名称为“可扩展的多路步进驱动器和可扩展的多路电机控制系统”的实用新型专利，提出了多路步进控制器的一对多控制方案，该方案中的步进电机共用一个控制模块，以及公告号为CN206117549U，名称为“多路步进电机控制器”的实用新型专利，提出了通过单片机控制一个驱动芯片，驱动芯片输出信号控制H桥电路，然后通过切换电路，对多个电机实现分时复用控制，这类控制方式只能通过共用的控制模块，对一个电机进行控制，无法对多个电机进行并行控制。文献“基于FPGA的五轴联动控制器的设计”.凌松，骆敏舟，王善杰.制造业自动化，2014，06.36(6)：138-140.利用FPGA芯片，采用DDS算法产生5路脉冲，并通过设计的SPI接口和通讯协议与DSP主控芯片通信，完成对5路脉冲的实时控制。但是采用该方案，在FPGA外部需要加一个处理器，这样会增加控制器的尺寸，而且该文献中的控制器未设置编码器信道接口，无法实现闭环控制。

技术实现要素：

为解决以上技术问题，本实用新型提供一种多轴电机控制器。

本实用新型一种多轴电机控制器，包括：电源模块、MCU、485通信模块、USB通信模块、第一电机驱动模块、第二电机驱动模块和地址选择器，其特征在于，所述MCU分别与485通信模块，USB通信模块，第一电机驱动模块，第二电机驱动模块，指示灯和地址选择器相连，所述MCU包括电机限位接口、数字I/O接口和编码器接口，所述485通信模块和USB通信模块均与MCU中的串口收发模块连接。

进一步，所述电源模块包括9-36V电压源、电压转换器DC-DC和线性稳压器LDO，所述9-36V电压源分别与第一电机驱动模块和第二电机驱动模块相连。

进一步，9-36V电压源通过电压转换器DC-DC后将电压转换为5V电压，为485通信模块和限位传感器提供5V工作电压，同时该5V电压通过线性稳压器LDO输出3.3V电压，为MCU提供3.3V工作电压。

进一步，第一电机驱动模块包含四个电机驱动芯片，MCU与该模块中四个电机驱动芯片相连，每个第一电机驱动芯片与一个电机相连，MCU并行地将控制信号送至第一电机驱动芯片控制。

进一步，MCU与第一电机驱动模块的连接关系包括：MCU其中一个定时器管脚与第一电机驱动芯片的STEP管脚连接，则定时器输出脉冲信号传送到第一电机驱动芯片的STEP管脚，MCU其中三个I/O端口分别与第一电机驱动芯片的DIR管脚、Decay Mode管脚和Step Size管脚连接。

进一步，第二电机驱动模块包含两个第二电机驱动芯片，MCU与该模块中两个第二电机驱动芯片连接，两个第二驱动芯片协同控制一个电机，第二电机驱动模块中的两个第二电机驱动芯片也可以分别与两个电磁阀相连。

进一步，MCU与第二电机驱动模块的连接关系包括：MCU其中一个定时器管脚与第二电机驱动芯片的Enable管脚相连，MCU其中两个I/O端口分别与第二电机驱动芯片的Mode管脚和Phase管脚相连，两I/O端口输出的高、低电平分别传输至第二电机驱动芯片的Mode管脚和Phase管脚。

进一步，第二电机驱动模块中的两个第二电机驱动芯片与电磁阀相连包括：所述MCU中一个定时器管脚与第二电机驱动芯片的Enable管脚相连，定时器输出脉冲传送到第二电机驱动芯片的Enable管脚，可控制电磁阀的工作状态，例如当定时器输出高电平传送到第二电机驱动芯片的Enable管脚，即Enable管脚一直为高电平，则Enable使能有效，可使电磁阀处于开启状态。

进一步，指示灯包含有两个LED指示灯，分别为STATUS指示灯和LIFE指示灯，当控制器接收到上位机指令是，STATUS指示灯亮，当控制器正常控制时，LIFE指示灯闪烁。

本实用新型的有益效果是，结合本实用新型的电源模块和所采用的驱动芯片模块，可以实现9-36V宽范围单电压供电，两个驱动模块的联合使用，可以实现多电机的并行控制，最大能实现五轴电机并行控制，或四轴电机+两电磁阀并行控制，通过MCU发送的并行控制指令，可以使每轴输出电流通过指令连续变化，支持对每个轴进行单独细分精度控制，可实现程序的离线或在线执行功能，本实用新型通过MCU设置了电机限位接口，以便于接入限位开关，以防止堵转，以保护器件的机械结构，本实用新型可实现每轴2个限位开关，本实用新型通过MCU设置了编码器信道接口，可实现2轴电机的闭环控制，对电机进行高精度，高稳定度控制，本实用新型中多轴电机控制器的硬件结构清晰，易于复制再现，具有体积小，驱动力强，发热量低等特点，同时对于类似的应用只需要修改其应用软件即可，便于应用扩展。

附图说明

图1本实用新型提供的多轴电机控制器的结构示意图；

图2本实用新型提供的电源模块的连接示意图；

图3本实用新型提供的第一驱动模块的连接示意图；

图4本实用新型提供的第二驱动模块控制电机时的连接示意图；

图5本实用新型提供的第二驱动模块控制电磁阀时的连接示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的结构、方案以及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明实施例进一步详细说明。

本实用新型，一种多轴电机控制器，如图1所示，包括：电源模块，MCU，485通信模块，USB通信模块，第一电机驱动模块，第二电机驱动模块，地址选择器，指示灯；所述MCU分别与485通信模块、USB通信模块、第一电机驱动模块、第二电机驱动模块、指示灯和地址选择器连接，所述MCU设置了电机限位接口，每路接口可接一个限位传感器，实现每轴对应2个限位开关，则可利用限位传感器防止堵转，从而保护器件的机械结构；所述MCU设置了数字I/O接口，与地址选择器通信，通过板载的16位旋转编码开关选择，然后通过总线对数据进行读取操作，所述MCU设置了编码器接口，该接口可以传递闭环控制的反馈信号，从而实现电机的高精度，高稳定度控制，所述485通信模块和USB通信模块均与MCU中的串口收发模块连接，则可通过USB接口或者RS485联网控制，所述第一电机驱动模块包含四个第一电机驱动芯片，每个电机驱动芯片分别与第一电机、第二电机、第三电机和第四电机相连，第二电机驱动模块包含两个第二电机驱动芯片，两个电机驱动芯片可以协同工作，从而控制一个电机，也可以分别与两个电磁阀相连接，从而控制两个电磁阀，所述指示灯包含有两个LED指示灯，分别为STATUS指示灯和LIFE指示灯，当控制器接收到上位机指令时，STATUS指示灯亮，当控制器正常控制时，LIFE指示灯闪烁。

进一步的，如图2所示，电源模块包括9-36V电压源、电压转换器DC-DC和线性稳压器LDO，9-36V电压源分别与第一电机驱动模块和第二电机驱动模块连接，直接为第一电机驱动模块和第二电机驱动模块供电，9-36V电压源通过电压转换器DC-DC后将电压转换为5V电压，为485通信模块、外部编码器和限位传感器提供5V工作电压，所述电压转换器DC-DC输出的电压通过线性稳压器LDO输出3.3V电压，为MCU提供3.3V工作电压。

作为五轴电机并行控制的优选实施例，如图3所示，第一电机驱动模块包含四个第一电机驱动芯片，每个第一电机驱动芯片分别可与一个电机相连，MCU直接与四个电机驱动芯片连接，且连接方式相同，这里以MCU与其中一个第一电机驱动芯片连接为例进行详述，所述MCU中一个定时器管脚与第一电机驱动芯片的STEP管脚连接，则定时器输出脉冲信号传送到电机驱动芯片的STEP管脚，可控制电机转动的角度以及速度，MCU的一个I/O端口与第一电机驱动芯片的DIR管脚相连，I/O端口输出的高、低电平传输至电机驱动芯片的DIR管脚，可以控制电机的转动方向，MCU的一个I/O端口与电机驱动芯片的Decay Mode管脚相连，I/O端口输出的高、低电平传输至第一电机驱动芯片的Decay Mode管脚，可以控制第一电机驱动芯片中H桥电路中MOS管的状态，从而控制电流的衰减路径，即控制电机的衰减模式，MCU的一个I/O端口与第一电机驱动芯片的Step Size管脚相连，I/O端口输出的高、低电平传输至电机驱动芯片的Step Size管脚，可以控制电机的细分功能；所以，MCU可将控制信号并行送至第一电机驱动芯片，从而可以对所有第一电机驱动芯片所连接的四个电机实现多种并行控制方式，如2台电机的并行控制，3台电机的并行控制等等；

进一步的，如图4所示，第二电机驱动模块包含两个第二电机驱动芯片，实现一个电机的控制，MCU直接与两个第二电机驱动芯片相连，且连接方式相同，这里以MCU与其中一个第二电机驱动芯片连接为例进行详述，所述MCU中一个定时器管脚与第二电机驱动芯片的Enable管脚相连，则定时器输出脉冲信号传送到电机驱动芯片的Enable管脚，可以对电机进行控制，所述MCU的一个I/O端口与第二电机驱动芯片的Mode管脚相连，I/O端口输出的高、低电平传输至第二电机驱动芯片的Mode管脚，可以控制第二电机驱动芯片中H桥电路中MOS管的状态，从而控制电机的衰减模式；MCU的一个I/O端口与第二电机驱动芯片的Phase管脚相连，I/O端口输出的高、低电平传输至电机驱动芯片的Phase管脚，可以控制驱动器输出电流的方向，使得电机能正常被驱动。

作为四轴电机+两电磁阀并行控制的优选实施例，其中第一电机驱动模块与MCU之间的连接和五轴电机并行控制中的第一电机驱动模块与MCU之间的连接相同，第二电机驱动模块与MCU的连接如图5所示，第二电机驱动模块中两个第二驱动芯片分别与两个电磁阀相连，通过MCU的控制信号对两个电磁阀进行控制，所述MCU其中一个定时器管脚与第二电机驱动芯片的Enable管脚相连，则定时器输出高电平传送到第二电机驱动芯片的Enable管脚，即Enable管脚一直为高电平，则Enable使能有效，可使电磁阀处于开启状态。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征，不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。