CN101814878B - 一种集成多种输入信号接口电路的直流无刷电机控制器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

集成多种输入信号接口电路的直流无刷电机控制器及其控制方法，电机控制器包括用户控制系统、直流无刷电机控制器和直流无刷电机，用户控制系统、直流无刷电机控制器和直流无刷电机依次连接在一起，直流无刷电机控制器包括输入接口电路、微处理器单元和智能功率模块IPM，用户控制系统的控制信号通过输入接口电路输入到微处理器单元，微处理器单元的输出信号通过智能功率模块IPM输入到直流无刷电机并驱动控制直流无刷电机运行，本发明电机控制器具有应用范围广，易于控制，极大方便用户，节约了电机生产厂家的研发成本和生产成本等优点。本发明的控制方法集成了多种信号输入接口电路，利用档位开关接通不同输入信号接口电路，简单容易，使用方便。

Description

一种集成多种输入信号接口电路的直流无刷电机控制器及其控制方法

技术领域：

本发明涉及一种集成多种输入信号接口电路的直流无刷电机控制器及其控制方法。

背景技术：

目前，一般的直流无刷电机控制器只有一种形式的输入信号接口电路，其结构见图1所示，输入信号可以是UART控制信号、或者是电位器控制信号、或者是2-10V的电压控制信号、或者是4-20mA的电流控制信号、或者是PWM控制信号、或者是频率控制信号。用户控制系统输出控制信号必须匹配输入信号接口电路，这样的直流无刷电机存在如下问题：1)单一形式的输入信号，限制了直流无刷电机的应用范围，不能适应不同控制信号的用户控制系统，给用户带来极大的不便；2)当用户控制系统改良时使用新型的控制信号，原来的直流无刷电机就不适用，造成极大的浪费；3)电机生产厂家为了满足不同用户控制系统的不同控制信号，需要开发多种适应不同输入信号的控制器，这样会增加研发成本和生产成本，使研发周期加长。

发明内容：

本发明的一个目的是提供一种集成多种输入信号接口电路的直流无刷电机控制器，它应用范围广，极大方便了用户，节约了电机生产厂家的研发成本和生产成本。

本发明的直流无刷电机控制器是通过下述技术方案予以实现的。

一种集成多种输入信号接口电路的直流无刷电机控制器，包括输入接口电路、微处理器单元和智能功率模块IPM，用户控制系统的控制信号通过输入接口电路输入到微处理器单元，微处理器单元的输出信号通过智能功率模块IPM输入到直流无刷电机并驱动控制直流无刷电机运行，其中输入接口电路包括多种输入信号的接口电路，上述所述的输入接口电路包括电压电流信号输入接口电路，PWM信号输入接口电路，电位器信号输入接口电路，UART信号输入接口电路；微处理器单元还连接有一档位开关，档位开关向微处理器单元输入信号用于切换不同的输入接口电路工作。

上述所述的电压电流信号输入接口电路，电压输入信号可以是2-10V的电压控制信号，电流输入信号可以是4-20mA的电流控制信号。

上述所述的UART信号输入接口电路的输入信号可以是RS232串行口信号、RS485串行口信号、USB1.0串行口信号、或者USB2.0串行口信号。

本发明的直流无刷电机控制器与现有技术相比具有如下优点：1)电机控制器集成了多种信号输入接口电路，扩大了直流无刷电机的应用范围，适应了多种不同输入信号的用户控制系统，极大方便了用户；2)电机生产厂家无需开发多种适应不同输入信号的控制器，节约了电机生产厂家的研发成本和生产成本，缩短研发时间。

本发明的另一个目的是提供一种集成多种输入信号接口电路的直流无刷电机控制方法，使不同输入信号接口电路之间切换简单容易，控制方便。

一种集成多种输入信号接口电路的直流无刷电机控制方法，它包括以下步骤：

(1)用户控制系统发出一个输入信号给直流无刷电机控制器；

(2)直流无刷电机控制器判别该输入信号是否为UART信号：如果是UART信号，就接通UART信号输入接口电路，否则，就通过档位开关接通对应信号的输入接口电路，具体如下：

所述档位开关具有“0-7”8个档位：

档位开关“0”档，表示“停机”控制状态；

档位开关“1”档，表示“恒速1”控制状态；

档位开关“2”档，表示“恒速2”控制状态；

档位开关“3”档，表示“恒速3”控制状态；

档位开关“4”档，表示“电位器”控制状态，启动电位器信号输入接口电路；

档位开关“5”档，表示“恒功率1”控制状态；

档位开关“6”档，表示“恒功率2”控制状态；

档位开关“7”档，表示“PWM或者电压电流”控制状态，启动电压电流信号输入接口电路或者PWM信号输入接口电路；

(3)直流无刷电机控制器输出对应的控制信号控制直流无刷电机工作。

本发明直流无刷电机控制方法与现有技术相比具有如下的优点及技术效果：它集成了多种信号输入接口电路，利用档位开关接通不同输入信号接口电路，简单容易，使用方便。

附图说明：

图1是现有单一形式的输入信号的直流无刷电机控制系统方框图。

图2是本发明的系统方框图。

图3是本发明中直流无刷电机控制器的第一种控制流程图。

图4是本发明中直流无刷电机控制器的第二种控制流程图。

图5是UART信号输入接口电路的电路图。

图6是电位器信号输入接口电路的电路图。

图7是电压电流信号输入接口电路的电路图。

图8是PWM信号输入接口电路的电路图。

具体实施方式：

下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。

图2所出，本发明的集成多种输入信号接口电路的直流无刷电机控制器，包括输入接口电路、微处理器单元和智能功率模块IPM，用户控制系统的控制信号通过输入接口电路输入到微处理器单元，微处理器单元的输出信号通过智能功率模块IPM输入到直流无刷电机并驱动控制直流无刷电机运行，其中输入接口电路包括多种输入控制信号的接口电路。

所述的输入接口电路包括电压电流信号输入接口电路，PWM信号输入接口电路，电位器信号输入接口电路，UART信号输入接口电路。微处理器单元还连接有一档位开关，档位开关向微处理器单元输入信号用于切换不同的输入接口电路工作。电压电流信号输入接口电路，电压输入信号可以是2-10V的电压控制信号，电流输入信号可以是4-20mA的电流控制信号。UART信号输入接口电路的输入信号可以是RS232串行口信号、RS485串行口信号、或者USB1.0串行口信号、或者USB2.0串行口信号。档位开关具有“0-7”8个档位，它分别与电压电流信号输入接口电路，PWM信号输入接口电路，电位器信号输入接口电路和微处理器单元之间相互连接。电位器是用于分压的可变电阻器。微处理器单元可以采用8位MCU、16位MCU或者32位MCU，它可以对输入信号进行自动识别、排序处理。

本发明的集成多种输入信号接口电路的直流无刷电机控制方法有两种：第一种控制方案：如图3所示，包括以下具体步骤：

(1)用户控制系统发出一个输入信号给直流无刷电机控制器；

(2)直流无刷电机控制器对接收到的输入信号进行自动识别、排序处理、控制，它包括以下控制流程：步骤S201：微处理器单元初始化，针对不同的输入信号自动接通相应的信号输入接口电路；步骤S202：微处理器单元运行UART控制信号识别程序：如果输入信号是UART控制信号，则进入UART控制模式，启动UART信号输入接口电路，否则，微处理器单元就会自动进入档位开关控制阶段；步骤S203：微处理器单元进入档位开关控制阶段，它具有以下控制状态：①当用户选择档位开关“0”档，微处理器单元就进入停机控制状态；②当用户选择档位开关“1”档，微处理器单元就进入恒速1控制状态；③当用户选择档位开关“2”档，微处理器单元就进入恒速2控制状态；④当用户选择档位开关“3”档，微处理器单元就进入恒速3控制状态；⑤当用户选择档位开关“4”档，微处理器单元就进入电位器控制状态，启动，电位器信号输入接口电路；⑥当用户选择档位开关“5”档，微处理器单元就进入恒功率1控制状态；⑦当用户选择档位开关“6”档，微处理器单元就进入恒功率2控制状态；⑧当用户选择档位开关“7”档，微处理器单元就进入PWM控制状态或者电压电流控制状态，启动电压电流信号输入接口电路或者PWM信号输入接口电路。

(3)直流无刷电机控制器输出对应的控制信号控制直流无刷电机工作。第二种控制方案：如图所示，包括以下具体步骤：

(1)用户控制系统发出一个输入信号给直流无刷电机控制器；

(2)直流无刷电机控制器通过档位开关接通相应的信号输入接口电路，包括以下控制流程：步骤S201：微处理器单元初始化，针对不同的输入信号自动接通相应的信号输入接口电路；步骤S202：微处理器单元通过选择档位开关控制接收到的输入信号；步骤S203：微处理器单元进入档位开关控制阶段，①当用户选择档位开关“0”档，微处理器单元就进入停机控制状态；②当用户选择档位开关“1”档，微处理器单元就进入恒速1控制状态；③当用户选择档位开关“2”档，微处理器单元就进入恒速2控制状态；④当用户选择档位开关“3”档，微处理器单元就启动UART信号输入接口电路；⑤当用户选择档位开关“4”档，微处理器单元就进入电位器控制状态，启动，电位器信号输入接口电路；⑥当用户选择档位开关“5”档，微处理器单元就进入恒功率1控制状态；⑦当用户选择档位开关“6”档，微处理器单元就进入恒功率2控制状态；⑧当用户选择档位开关“7”档，微处理器单元就进入PWM控制状态或者电压电流控制状态，启动电压电流信号输入接口电路或者PWM信号输入接口电路。

(3)直流无刷电机控制器输出对应的控制信号控制直流无刷电机工作。

如图5所示的UART信号输入接口电路的电路图，它由一个隔离电路和电阻R1、R2、R3、R4组成。用户控制系统发出的UART信号经过UART信号输入接口电路后传输到微处理器单元；在微处理器单元中作进一步处理后，再传输到智能功率模块IPM中，最后驱动控制直流无刷电机运行。

如图6所示的电位器信号输入接口电路的电路图，它由一个可变电阻器R0、电阻R1和电容C1组成。用户控制系统发出一个电位器信号传输到直流无刷电机控制器的电位器信号输入接口电路；接着直流无刷电机控制器中的微处理器单元初始化并运行UART识别程序，判定其不是UART信号后，通过选择控制档位开关“4”档自动接通电位器信号输入接口电路，进入电位器控制状态。电位器信号在微处理器单元中作进一步处理后，再传输到智能功率模块IPM中，最后驱动控制直流无刷电机运行。

如图7所示的电压电流信号输入接口电路的电路图，它由二极管D1、D2，一个稳压二极管D3，两个功率放大器T1、T2，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8等元器件组成。户控制系统发出一个电压或者电流信号传输到直流无刷电机控制器的电压电流信号输入接口电路；接着直流无刷电机控制器中的微处理器单元初始化并运行UART识别程序，判定其不是UART信号后，通过选择控制档位开关“7”档自动接通电压电流信号输入接口电路，对电压或者电流信号进行识别处理后进入电压电流控制状态。电压或者电流信号在微处理器单元中作进一步处理后，再传输到智能功率模块IPM中，最后驱动控制直流无刷电机运行。

如图8所示的PWM信号输入接口电路的电路图，它由电阻R1、R2、R3，电容C1、C2和一个光电耦合器等元器件组成。用户控制系统发出一个PWM信号传输到直流无刷电机控制器的PWM信号输入接口电路；接着直流无刷电机控制器中的微处理器单元初始化并运行UART识别程序，判定其不是UART信号后，通过选择控制档位开关“7”档自动接通PWM信号输入接口电路，对PWM信号进行识别处理后进入PWM控制状态。PWM信号在微处理器单元中作进一步处理后，再传输到智能功率模块IPM中，最后驱动控制直流无刷电机运行。

此外，当用户需要控制直流无刷电机以预定的速度或者以预定的功率运行时，可以通过选择档位开关的不同档位进入对应的控制状态：选择档位开关“1”档，直流无刷电机控制器进入“恒速1”控制状态；选择档位开关“2”档，直流无刷电机控制器进入“恒速2”控制状态；选择档位开关“3”档，直流无刷电机控制器进入“恒速3”控制状态；选择档位开关“5”档，直流无刷电机控制器进入“恒功率1”控制状态；选择档位开关“6”档，直流无刷电机控制器进入“恒功率2”控制状态。最后用户只需选择档位开关“0”档进入“停机”控制状态即可驱动控制直流无刷电机停止运行。

上述实施例为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式不限于此，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种集成多种输入信号接口电路的直流无刷电机控制器，包括输入接口电路、微处理器单元和智能功率模块IPM，用户控制系统的控制信号通过输入接口电路输入到微处理器单元，微处理器单元的输出信号通过智能功率模块IPM输入到直流无刷电机并驱动控制直流无刷电机运行，其特征在于：所述输入接口电路包括多种输入信号的接口电路；

所述输入接口电路包括电压电流信号输入接口电路，PWM信号输入接口电路，电位器信号输入接口电路，UART信号输入接口电路；

微处理器单元还连接有一档位开关，档位开关向微处理器单元输入信号用于切换不同的输入接口电路工作。

2.根据权利要求1所述的一种集成多种输入信号接口电路的直流无刷电机控制器，其特征在于：所述电压电流信号输入接口电路，电压输入信号是2-10V的电压控制信号，电流输入信号是4-20mA的电流控制信号。

3.根据权利要求1所述的一种集成多种输入信号接口电路的直流无刷电机控制器，其特征在于：UART信号输入接口电路的输入信号可以是RS232串行口信号、RS485串行口信号、USB1.0串行口信号、或者USB2.0串行口信号。

4.一种集成多种输入信号接口电路的直流无刷电机控制方法，其特征在于，它包括以下步骤：

(1)用户控制系统发出一个输入信号给直流无刷电机控制器；

(2)直流无刷电机控制器判别该输入信号是否为UART信号，如果是UART信号，就接通UART信号输入接口电路，否则，就通过档位开关接通对应输入信号的输入接口电路，具体如下：

所述档位开关具有“0-7”8个档位：

档位开关“0”档，表示“停机”控制状态；

档位开关“1”档，表示“恒速1”控制状态；

档位开关“2”档，表示“恒速2”控制状态；

档位开关“3”档，表示“恒速3”控制状态；

档位开关“4”档，表示“电位器”控制状态，启动电位器信号输入接口电路；

档位开关“5”档，表示“恒功率1”控制状态；

档位开关“6”档，表示“恒功率2”控制状态；

档位开关“7”档，表示“PWM或者电压电流”控制状态，启动电压电流信号输入接口电路或者PWM信号输入接口电路；

(3)直流无刷电机控制器输出对应的控制信号控制直流无刷电机工作。

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