CN102577087B - 步进电机控制器 - Google Patents

Abstract

一种使用单个微控制器输出组来控制多个步进电机的方法，使用多路分离器将单个微控制器输出组分成用于多个步进电机的独立控制信号。

Description

步进电机控制器

技术领域

本申请涉及使用单组微控制器输出来控制多于一个步进电机的方法和设备。

背景技术

在需要精确转动的现代机械应用中，已知使用步进电机。步进电机通过每当在电机输入接收正脉冲时转动电机轴精确角度且每当接收负脉冲时以相反方向转动该轴相等角度来操作。这些部分转中的每个称为“步”。取决于所需精度，步进电机可以具有每完整转的不同步数。

步进电机理想用于需要高精度同时不需要高扭矩幅值的用途。满足这些标准的典型用途是计量器，例如车辆中的燃料计量器或冷却剂计量器。在这些和类似情况下，期望读数准确，且来自于控制器的指令被精确地编译且在每次发送时相同，以便给操作者提供准确反馈。

使用步进电机取代标准电机的一个缺陷在于步进电机的控制方案比标准电机更复杂且需要来自于控制器的更多控制信号。此外，由于步进电机控制信号的脉冲性质，通常需要脉宽调制器以实现准确步进电机控制。

作为实践规则，所有系统在它们可以用单个微控制器控制的步进电机的数量上都具有物理限制。通常，该限制由选择用于该系统的微控制器设计上的输出引线的数量限定。例如，如果微控制器设计具有八个输出引线，其通常可以使用闭环控制方案控制最大两个步进电机。当多个步进电机用于给定系统时，事实通常是，步进电机控制输入的所需数量将超过可能的微控制器输出。本领域已知在单个微控制器不能提供足够输出引线时引入附加微控制器。

典型步进电机在使用开环控制时使用两个微控制器输出，或在使用闭环控制时使用四个微控制器输出。在闭环控制方案中，四个引线中的两个用于脉冲信号，四个引线中的两个用于反馈控制。使用足以需要多个微控制器的步进电机的装置是本领域常见的。

期望使得特定装置中包含的微控制器的数量最小化，然而，当前系统没有办法减少微控制器的数量，同时适当地控制所需步进电机。

发明内容

公开了一种使用单组微控制器输出引线来控制多个步进电机的设备和方法。所述微控制器输出多路复用控制信号，所述多路复用控制信号然后在多路分离器中多路分离。所述多路分离器输出与每个步进电机相对应的步进电机控制信号，且将所述步进电机控制信号传输给步进电机。

本发明的这些和其它特征可以从以下说明和附图最佳地理解，以下是其简要说明。

附图说明

图1是由单组微控制器输出控制的多个计量器的示例性计量器组件。

图2是用单组微控制器输出控制多个步进电机的设备。

图3是用单组微控制器输出控制多个步进电机的设备。

图4是图示用单组微控制器输出控制多个步进电机的示例性方法的流程图。

图5是图示用单组微控制器输出控制多个步进电机的另一个示例性方法的流程图。

图6是图示使用脉宽调制器的示例性方法的流程图。

具体实施方式

车辆计量器组件通常包括具有独立读数的多个计量器，例如，燃料液位计量器、油温度计量器、速度计、转速计等。通常，这些计量器中的每个都包括由一组微控制器输出控制的步进电机。图1图示了根据本申请的示例性车辆计量器组件20，其使用来自于微控制器100的单组微控制器输出110控制多个计量器12、14、16。图2的单组微控制器输出110在多路分离器102中分成独立控制信号，其然后将控制信号114、116和117传输给每个计量器12、14、16。图1的每个计量器12、14、16都包括用于转动指针的步进电机104、106、108（参见图2）。在图1、2和3的示例性实施例中，第一步进电机104是第一计量器12的部件，第二步进电机106是第二计量器14的部件，第三步进电机108是第三计量器16的部件。

要认识到，使用步进电机驱动的计量器的计量器组件的可选设计可以构造且仍落入本申请的公开范围内。本文所述的方法优选用于指针不经常移动的用途（即，不需要频繁更新的计量器），例如燃料计量器、油温度计量器或其它类似计量器。

为了控制典型步进电机，微控制器必须输出脉宽调制控制信号或者在控制信号到达其目的地之前将控制信号传送通过脉宽调制器。一旦信号被脉宽调制，信号就可以用于在没有其它调节的情况下准确地控制单个步进电机。为了独立地控制多个步进电机，通常需要附加控制信号。在历史上，对附加控制信号的需要意味着还需要更多微控制器输出，因而更多微控制器。在图2所示的示例性方法中，多个步进电机使用从微控制器输出的单组控制信号控制。

图2图示使用单组微控制器输出控制多个步进电机的装置，包括初始地输出多路复用控制信号110和多路分离器控制信号112的微控制器100。图2的多路复用控制信号被脉宽调制。多路分离器102在其主输入处接收多路复用控制信号110且在控制输入处接收多路分离器控制信号112。多路分离器102使用多路分离器控制信号112内的信息来多路分离控制信号110。一旦控制信号110被多路分离，多路分离器102就将控制信号114、116、117输出给指定步进电机104、106、108。可选地，多路分离器控制信号112可以省去，且多路分离器102可以使用内部编程来执行多路分离操作。

图3图示使用单组微控制器输出控制多个步进电机的另一个示例性装置。图3的示例包括初始地输出多路复用控制信号110以及多路分离器控制信号112的微控制器100。多路复用控制信号110发送到脉宽调制器122，在脉宽调制器122，多路复用控制信号110转换为脉宽调制信号120。脉宽调制信号用于控制步进电机104、106、108。脉宽调制信号120然后由多路分离器102接收。多路分离器102也接收多路分离器控制信号112。一旦信号120、112两者均由多路分离器102接收，所述装置就以与图5的装置相同的方式操作。

所示示例包括使用单组微控制器输出控制的三个步进电机104、106、108；然而，可以以相同方式控制任何数量的步进电机。多个被控步进电机104、106、108可以用于根据已知方法控制任何数量的装置。系统（如图2和3所示）的一个应用是控制车辆中的多个计量器（例如，燃料计量器）上的针，而同时通过使用单个微控制器而最小化成本。

用单组微控制器信号110控制多个步进电机104、106、108可以通过本领域已知为多路复用的方法实现。多路复用指的是将多个信号组合为单个数据流。这通常与接收器端上的多路分离操作耦合，其中，单个数据流分成多个信号。信号组可以独立地输出且然后在多路复用器部件中组合，或者由控制器输出为单个多路复用信号。执行多路复用的方法在图4中图示，执行多路复用的第二方法在图5中图示。

图5的方法通过从单组输出引线将包含用于多个步进电机104、106、108的控制信息的一组多路复用控制信号110初始地输出给多路分离器102（步骤150）而开始。多路分离器102然后通过将控制信号110上包含的信息分成多个独立控制信号而多路分离信号110（步骤160）。一旦控制信号110被多路分离，多路分离器102就产生用于每个步进电机的唯一控制信号114、116、117（步骤170），且将唯一控制信号114、116、117传输给相应步进电机104、106、108（步骤180）。

多路分离器102然后确定哪个步进电机控制信号114、116、117适用某时间段且在该时间段内将从微控制器100接收的所有控制信号110发送到指定步进电机114、116、117。图2的示例性方法使用三个时间段序列操作，其中，微控制器100在第一时间段期间输出包含用于第一步进电机104的控制信号的多路复用控制信号110，在第二时间段期间输出包含用于第二步进电机106的控制信号的多路复用控制信号110，且在第三时间段期间输出包含用于第三步进电机108的控制信号的多路复用控制信号110。所使用的时间段可以是适合期望应用的任何时间段。所述序列然后重复，从而允许三个步进电机104、106、108用单组微控制器输出引线连续地控制。

一旦对于某时间段确定相应步进电机104、106、108，多路分离器102就仅在连接到相应步进电机104、106、108的输出处输出独立控制信号114、116、117。由此，每当序列重复时，图4的示例性方法在步进电机的指定时间段期间用更新值控制每个步进电机104、106、108。

另一个示例性方法使用多路分离器控制信号112取代上述实施例的预定时间段，且在图5中图示。在图5的方法中，微控制器100与步进电机控制信号110同时地输出多路分离器控制信号112（步骤210）。多路分离器控制信号112包含用于多路分离器102的指令，其提供用于多路分离器102以确定从微控制器100接收的步进电机控制信号110的一部分与哪个步进电机104、106、108相对应。多路分离器102然后多路分离控制信号110（步骤230）且产生用于每个步进电机104、106、108的独立控制信号114、116、117（步骤240）。一旦产生控制信号114、116、117，多路分离器100就将相应控制信号114、116、117发送给每个步进电机104、106、108（步骤250）。

图5的示例性方法提供用于指导多路分离器102将多路复用信号110的一部分同时地发送给多个步进电机104、106、108，而不是在多路复用信号上多次发送相同控制指令（如图4的示例性方法那样）。例如，如果微控制器100需要转动步进电机104和102一步，其可以发送指令一次且使得多路分离器控制信号112表示指令应当发送给步进电机102、104两者。这提供更快响应时间和更有效控制的优势。图4和5的示例性方法使用输出脉宽调制信号110的微控制器100。

虽然上文描述了多路分离信号的两种方法，但是多路分离信号的其它已知方法处于本发明的设想内。

对于微控制器100不输出脉宽调制步进电机控制信号110且步进电机需要脉宽调制控制信号的系统，在微控制器输出和多路分离器输入之间执行附加脉宽调制步骤。参考图6，另一个示例性方法提供脉宽调制步骤（步骤310），其中，微控制器输出100使用任何已知技术转换为脉宽调制步进电机控制信号120。脉宽调制步进电机控制信号120然后可以由步进电机104、106、108适当地编译。

虽然已经公开了本发明的多个实施例，但是本领域普通技术人员将认识到，某些修改将落入本发明的范围内。由于该原因，应当研读所附权利要求来确定本发明的真实范围和内容。

Claims (18)

1.一种用于控制多个步进电机的方法，包括以下步骤：

由微控制器同时地产生多路复用信号和多路分离器控制信号；

接收源于单组微控制器输出的多路复用信号，所述多路复用信号包含用于多个步进电机的控制信息；

接收源于所述微控制器的多路分离器控制信号；

使用所述多路分离器控制信号中包含的信息来将所述多路复用信号多路分离，以获取与多个步进电机相对应的多个步进电机控制信号；以及

将所述多个步进电机控制信号中的每一个同时地传输给相应步进电机。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多路复用信号包括脉宽调制信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多路复用信号在接收多路复用信号的所述步骤之前通过脉宽调制器。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个步进电机控制信号包括至少两个不同的步进电机控制信号。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，传输所述多个步进电机控制信号中的每一个的所述步骤包括将不同的步进电机控制信号传输给所述多个步进电机中的每一个。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个步进电机中的每一个都控制车辆中的至少一个计量器。

7.一种用于控制多个步进电机的设备，包括：

微控制器，同时地产生多路复用信号和多路分离器控制信号；和

多路分离器，所述多路分离器通信地联接到微控制器的单组微控制器输出引线且通信地联接到多个步进电机，

所述多路分离器配置成：接收源于单组微控制器输出的多路复用信号，所述多路复用信号包含用于多个步进电机的控制信息；接收源于所述微控制器的多路分离器控制信号；使用所述多路分离器控制信号中包含的信息来将所述多路复用信号多路分离，以获取与多个步进电机相对应的多个步进电机控制信号；以及将所述多个步进电机控制信号中的每一个同时地传输给相应步进电机。

8.根据权利要求7所述的设备，还包括位于所述微控制器和多路分离器输入之间的脉宽调制器。

9.根据权利要求7所述的设备，其中，所述微控制器包括多路分离器控制输出，且所述多路分离器包括多路分离器控制输入。

10.根据权利要求9所述的设备，还包括在所述多路分离器控制输出和所述多路分离器控制输入之间的控制信号连接。

11.根据权利要求7所述的设备，其中，所述多路分离器包括的输出的数量至少等于所述多个步进电机的数量。

12.根据权利要求7所述的设备，其中，所述多个步进电机包括控制计量器的至少一个步进电机。

13.根据权利要求7所述的设备，其中，所述多个步进电机中的每个都连接到计量器。

14.一种仪表盘组件，包括：

微控制器，同时地产生多路复用信号和多路分离器控制信号；

多路分离器，所述多路分离器通信地联接到微控制器的单组微控制器输出引线且通信地联接到多个计量器；

所述多个计量器中的每个都包括至少一个步进电机；以及

所述步进电机中的每个都能够由所述微控制器控制，

所述多路分离器配置成：接收源于单组微控制器输出的多路复用信号，所述多路复用信号包含用于多个步进电机的控制信息；接收源于所述微控制器的多路分离器控制信号；使用所述多路分离器控制信号中包含的信息来将所述多路复用信号多路分离，以获取与多个步进电机相对应的多个步进电机控制信号；以及将所述多个步进电机控制信号中的每一个同时地传输给相应步进电机。

15.根据权利要求14所述的仪表盘组件，还包括位于所述微控制器和多路分离器输入之间的脉宽调制器。

16.根据权利要求14所述的仪表盘组件，其中，所述微控制器包括多路分离器控制输出，且所述多路分离器包括多路分离器控制输入。

17.根据权利要求16所述的仪表盘组件，其中，所述多路分离器包括的输出的数量至少等于所述多个计量器的数量。

18.根据权利要求14所述的仪表盘组件，还包括在所述多路分离器控制输出和所述多路分离器控制输入之间的控制信号连接。