一种多路步进电机有线控制系统的制作方法

本发明涉及步进电机控制，特别的是在特殊工况下，对多路步进电机进行有线控制。

背景技术：

1、步进电机现广泛应用于精密仪器、纺织、安防、工业控制系统、办公自动化、机器人等需要精确定位的要求的领域中。在实际使用中，常会涉及到需要控制多个步进电机或多个步进电机相互协作的工况，常规的方案是采用独立的步进电机驱动器分别驱动步进电机，各个驱动器再分别连接控制器，由控制器来控制步进电机的运行。

2、采用这种方案组成的系统具有各个组件之间连接复杂、系统包含的组件数量多、对于复杂的控制需要进行编程或者采用专业运动控制卡、使用和维护成本高的缺点。在一些特殊的工业环境下，要求人员可以通过有线控制的方式，远程地控制步进电机运行，如采用上述方案此要求实现较为困难，便利性差。

技术实现思路

1、针对现有实施方案存在的上述问题，本发明提供了一种多路步进电机有线控制系统。该系统将常规方案中的多路驱动器和控制器集成在一起，减少了所需组件的数量，简化了组件之间的连接；还具有双路冗余电源、无源信号输入和电源电压检测等功能，提高了系统的可靠性、稳定性和便利性；该系统还可通过有线控制的方式，远程地控制步进电机运行，实现多步进电机的协作。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种多路步进电机有线控制系统，由就地驱动器和远程控制器组成，就地驱动器的通信接口和远程控制器的通信接口之间通过线缆进行连接；这种通过线缆进行有线通信的方式，可以实现所需数据在两者之间的双向传输，并保障数据传输的稳定性、可靠性。

4、就地驱动器包括双路冗余电源电路、无源信号输入电路、故障指示电路、步进电机驱动电路、电压检测电路、有线通信电路、电源转换电路、微控制器及其最小系统电路；双路冗余电源电路提供两路冗余电源输入，再通过电源转换电路将输入的电源电压转换成各个电路所需的电压，并为其供电。无源信号输入电路、故障指示电路和微控制器的通用输入输出(gpio)引脚相连接，电压检测电路和微控制器的模数转换(adc)引脚相连接，步进电机驱动电路和微控制器的spi引脚相连接，有线通信电路和微控制器的有线通信引脚相连接。

5、远程控制器电路组成包括：按键检测电路、显示屏电路、led指示电路、有线通信电路、电源转换电路、微控制器及其最小系统电路；远程控制器由电池进行供电，电源转换电路将电池的电源电压转换成各个电路所需的电压，并为其供电。按键检测电路、led指示电路和微控制器的通用输入输出(gpio)引脚相连接，显示屏电路和微控制器的iic接口相连接，有线通信电路和微控制器的有线通信引脚相连接。

6、所述的双路冗余电源电路，可为就地驱动器提供带优先级控制的双路冗余电源，保障就地驱动器电源的可靠性与稳定性。

7、进一步地，该双路冗余电源电路可支持任意一路单电源(最高支持36v母线电压)为就地驱动器供电，也可支持冗余电源为就地驱动器供电；当作为冗余电源为就地驱动器供电时，默认主电源优先，主电源异常失电时，自动切换另一路备用电源为就地驱动器供电；该双路冗余电源电路还具有反接保护、短路保护和上电缓启动保护功能，其中的上电缓启动保护功能，可抑制就地驱动器上电时产生的冲击电流。

8、所述的无源信号输入电路，支持4路无源开关量输入，可为就地驱动器提供控制或触发信号，以供控制系统进行处理和决策。

9、进一步地，该无源信号输入电路，通过光耦隔离的方式使输入的开关量信号与就地驱动器之间实现电气隔离，提高电路的抗干扰能力，也增强了控制系统电路的稳定性。

10、所述的故障指示电路，当就地驱动器发生故障时，故障指示电路就会进行故障提示，便于操作或维修人员及时检查和维修。

11、进一步地，该故障指示电路，可通过声光提示的方式进行故障提示。当故障发生时，就地驱动器上的多个led灯会根据故障类型给出不同的故障提示，内置蜂鸣器也会进行鸣叫提示。

12、所述的步进电机驱动电路，可同时驱动3路两相式步进电机，可以精确控制步进电机的运动，提高步进电机运行效率，保障步进电机可靠运行。

13、进一步地，该步进电机驱动电路可驱动外置的mosfet(金属氧化物半导体场效应晶体管)，以支持额定电流1a至8a电流的步进电机；最高支持256细分的正弦波来驱动步进电机，实现步进电机高精度控制；采用恒流斩波控制技术，可以减少电流纹波和电机运行时的振动，提高电机运行效率；也支持过流、过温和失压保护，保障电机的可靠运行。

14、所述地电压检测电路，可检测就地驱动器输入电源电压的变化，为系统提供过压和欠压保护。在电池供电的应用中，也可提供电量监控的功能。

15、进一步地，该电压检测电路通过电阻分压的方式获取电源电压，再经过一级运放作为电压跟随器，通过微控制器的模数转换得到准确的电源电压值。

16、所述的有线通信电路，可通过现场总线的方式建立就地驱动器和远程控制器之间的数字通讯，这种方式可以便于控制系统的拓展和分散控制，同时也保障了数据传输的有效性和稳定性。

17、所述的电源转换电路，可以将输入电源电压转换为控制系统所需的各个等级的电压，以适应不同的电路要求，提供稳定的电源输出。

18、所述的微控制器及其最小系统电路，由时钟电路、复位电路、烧录接口和电源组成，可以保障微控制器(mcu)稳定地运行。

19、进一步地，微控制器可以实现逻辑控制、数据处理和通信控制；在就地驱动器中，其内置了多种步进电机控制策略和启停曲线、输入信号检测和故障处理，可以保障步进电机按照指定的程序进行工作。

20、在远程控制器中，其可以对步进电机进行协同控制和设定，控制步进电机的启停和获得控制系统状态。

21、所述的按键检测电路，通过电阻和电容进行硬件消抖，结合软件消抖的方式，可以防止按键因机械抖动造成的误判断，实现了按键的单击、双击和长按功能。

22、所述的显示屏电路，通过驱动一个液晶显示屏，可以显示控制系统实际所需的各类信息，方便操作人员对控制系统进行设置和控制。

23、所述的led指示电路，通过驱动一个三色led灯，来指示控制系统的状态。

24、本发明的有益技术效果：

25、本发明的一种多路步进电机有线控制系统，通过将多路步进电机驱动和传统控制器集成为就地驱动器的技术手段，实现了减少了控制系统总组件的数量，简化了控制系统组件之间的连接，提高了控制系统的集成度的技术效果；通过在就地驱动器中增加双路冗余电源、无源信号输入、电源电压检测等电路功能的技术手段，实现了提高控制系统稳定性、可靠性和便利性的技术效果；通过增加远程控制器，并可与就地驱动器进行有线通信的技术手段，实现了在特殊工况下对多路步进电机进行协同控制和设定，控制步进电机的启停，并可获得控制系统状态的技术效果。另外，本控制系统的优势还在于可以便利的应用于各类需要多路电机协同控制的领域或有特殊工业要求的有线控制领域，详见实施例。