一种多通道步进电机驱动器的制作方法

本发明涉及电机驱动器领域，特别涉及一种多通道步进电机驱动器。

背景技术：

步进电机在各种高精度的位移控制系统中应用十分广泛，如：打印机、雕刻机、电子检验分析仪器等。

众所周知步进电机的运行离不开驱动器，目前常规的驱动器只能驱动一台步进电机，而打印机、雕刻机、电子检验分析仪等位移控制系统一般需要4台步进电机，分别控制上下、左右、前后及旋转方向的位移量，如此则必须配备四台驱动器。

使用四台独立的步进电机驱动器时，由于各驱动器之间彼此独立、无法相互通讯协调，故还需一台协调主控器对于四台步进电机驱动器进行动作协调。最终造成控制系统整机系统架构复杂、体积大、成本高。

另外，目前常规的步进电机驱动器对于步进电机的驱动是开环控制，当步进电机因为负载过大堵转时，驱动器不能准确的反馈系统位置及进行实际位移量补偿。

对于产品整机体积有限、位移精确度要求高、系统成本预算低的位移控制系统，此发明的四通道输出、实时位置反馈的步进电机驱动器具有明显的优势和意义。

技术实现要素：

本发明目的是：提供一种多通道步进电机驱动器，仅用一片mcu同时独立驱动四台步进电机，简化系统复杂度。

本发明的技术方案是：

一种多通道步进电机驱动器，包括mcu,所述mcu输出8对互补的pwm，分别驱动四台步进电机；所述四台步进电机的增量式编码器连接至mcu的输入捕获功能口cap，四台步进电机的相电流经过采样电阻采样后连接至mcu的adc口。

优选的，所述四台步进电机分别通过各自的零位开关、限位开关连接至mcu的io口，以防止运行位移量超过实际的机械行程。

优选的，所述四台步进电机都通过磁场定向技术控制，驱动电流波形为正弦波。

优选的，所述mcu还通过串口连接上位机，接收上位机下发的控制指令，进而转换为四台电机的运行动作。

优选的，所述上位机直接下发指令，让步进电机回归机械零位处或者机械限位处，修改每台电机的加速率、减速率、运行速度、驱动电流和细分比例的参数。

优选的，所述上位机读取当前每台步进电机的工作状态、实际位置，包括是否有故障发生、运行中或待机中、正转或反转、是否在机械零位处、是否在机械限位处。

优选的，所述上位机启动驱动器的自检功能，以检测驱动器及四台步进电机的状态是否正常。

本发明的优点是：

本发明发明支持四台步进电机同时驱动，且支持实时位置反馈，相比目前常规的驱动器，有如下优势：

1、产品系统架构简单，省略了多台电机驱动器之间的协调主控器。

2、且仅需一片mcu及外围器件，相较独立驱动器，降低了三片mcu及其外围器件的成本。

3、只需一块pcb，相较独立驱动器需用4块pcb，很大程度降低了产品体积。

4、相较传统驱动器，增加的指令控制功能，使驱动控制更加便捷、灵活。

5、完善的状态、位置反馈，很大程度提高了系统的闭环可控性、稳定性。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的多通道步进电机驱动器的结构原理图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的多通道步进电机驱动器，包括mcu,所述mcu输出8对互补的pwm，分别驱动四台步进电机；所述四台步进电机的增量式编码器连接至mcu的输入捕获功能口cap，四台步进电机的相电流经过采样电阻采样后连接至mcu的adc口。所述四台步进电机分别通过各自的零位开关、限位开关连接至mcu的io口，以防止运行位移量超过实际的机械行程。

四台步进电机都通过磁场定向技术控制，驱动电流波形为正弦波，降低了运行噪音，提高了位移量精度。

所述mcu还通过串口连接上位机，接收上位机下发的控制指令，进而转换为四台电机的运行动作。通过上位机可修改每台电机的加速率、减速率、运行速度、驱动电流、细分比例等参数。通过上位机可直接下发指令，让步进电机回归机械零位处或者机械限位处，提高了操作便利性。

所述上位机读取当前每台步进电机的工作状态、实际位置，包括是否有故障发生、运行中或待机中、正转或反转、是否在机械零位处、是否在机械限位处。

为了兼容不带位置编码器的步进电机，可通过上位机将编码器位置反馈功能关闭。

通过上位机可启动驱动器的自检功能，以检测驱动器及四台步进电机的状态是否正常。对于带位置编码器的步进电机，驱动器可时刻检测出步进电机是否有失步事件发生。

驱动器的四个输出通道都有过流保护功能，多种异常状态造成输出短路时，都会及时关闭电流输出，防止驱动器的损坏。

四台步进电机都支持抱紧功能。即当步进电机运行到指定位置后，驱动器输出一个小电流，使步进电机保持在原位，既避免了步进电机的发热，又可避免外力的作用使电机位置发生改变，提高了系统静态稳定性。

具体实施时，在一款细胞分析仪中，需用到四个步进电机分别控制实验样品的前后移动、左右移动、放大镜头的上下移动、放大镜头的倍镜转换移动，在此发明之前，该细胞分析仪的位移控制系统是使用四台独立的步进电机驱动器及协调主控器构成的，此系统架构复杂，连接线凌乱，且不能实时反馈系统状态。

使用此发明的四通道步进电机驱动器替代了之前独立驱动器后，系统架构简洁、省略了原有的部分连接线，通过串口实时读取系统状态，进而闭环控制，使产品工作更加稳定、可靠。另外，相较之前使用四台驱动器及协调主控器，此发明大幅降低了产品的成本。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种多通道步进电机驱动器，包括MCU,所述MCU输出8对互补的PWM，分别驱动四台步进电机；所述四台步进电机的增量式编码器连接至MCU的输入捕获功能口CAP，四台步进电机的相电流经过采样电阻采样后连接至MCU的ADC口。所述四台步进电机分别通过各自的零位开关、限位开关连接至MCU的IO口，以防止运行位移量超过实际的机械行程。本发明发明支持四台步进电机同时驱动，且支持实时位置反馈，产品系统架构简单，省略了多台电机驱动器之间的协调主控器，且仅需一片MCU及外围器件，相较独立驱动器，降低了三片MCU及其外围器件的成本。

技术研发人员：赵晓明;俞玉春
受保护的技术使用者：苏州易德龙科技股份有限公司
技术研发日：2019.04.24
技术公布日：2019.06.14