CN106301112A - 一种电机驱动接口转换模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电机驱动接口转换模块,包括：信号检测电路，用于检测步进电机驱动接口的驱动信号转换成信号序列输入到MCU控制器；直流电机驱动电路，用于直流电机的驱动和方向控制；位置速度检测电路用于检测直流电机的速度和位置并将位置速度检测信号输入到MCU控制器；主电流回流电路，用于使直流电机电流回流到步进电机驱动接口；MCU控制器，用于解析步进电机驱动信号，判断步进电机驱动方向和速度、对主电流回流电路的回流控制以及控制直流电机与步进电机驱动的同步。本发明实现了由单极性步进电机驱动接口到有刷直流电机驱动接口的完全透明转换，不仅能实现直流电机方向控制，而且能实现速度及位置控制。

Description

一种电机驱动接口转换模块
技术领域
本发明属于金融自动服务终端内电机接口转换技术领域，具体涉及一种用于将双相单极性步进电机驱动接口转换成有刷直流电机驱动接口的电机驱动接口转换模块。
背景技术
现金处理设备(点钞机、循环机、清分机等)中应用了大量的电机用于钞票的驱动.比较常用的是步进电机，在不失步的情况下，步进电机的位置控制和速度控制不存在累计误差，因而在现金处理设备内很容易对钞票的位置和速度进行精确控制。所以前期设计中，控制主板一般为驱动机构提供步进电机驱动接口。此外，考虑到以后设备功能升级的需要，控制主板还可能预留一些步进电机驱动接口。但是，后期如果一些设备组件进行了结构升级而导致驱动电机变化，如果进行主控制板的重新设计与开发，则存在很高的价格成本和时间成本，并且存在结构与电路上的兼容性问题。
发明内容
本发明的目的在于解决上述技术问题而提供一种用于将双相单极性步进电机驱动接口转换成有刷直流电机驱动接口的电机驱动接口转换模块,其实现了由单极性步进电机驱动接口到有刷直流电机驱动接口的完全透明转换，不仅能实现直流电机的方向控制，而且能实现速度控制以及位置控制。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种电机驱动接口转换模块，包括：
信号检测电路，分别与步进电机驱动接口以及MCU控制器相连接，用于检测步进电机驱动接口的驱动信号转换成信号序列输入到MCU控制器；
直流电机驱动电路，分别与直流电机驱动接口以及MCU控制器相连接，用于直流电机的驱动和方向控制；
位置速度检测电路，与MCU控制器相连接，用于检测直流电机的速度和位置并将位置速度检测信号输入到MCU控制器；
主电流回流电路，接在直流电机驱动电路与步进电机驱动接口间并与MCU控制器相连接，用于使直流电机电流经直流电机驱动接口、直流电机驱动电路回流到步进电机驱动接口；
MCU控制器，用于对信号检测电路检测的步进电机驱动信号解析以判断步进电机驱动方向和速度、对所述主电流回流电路的回流进行控制以及根据位置速度检测信号控制直流电机与步进电机驱动的同步。
本发明实现了由单极性步进电机驱动接口到有刷直流电机驱动接口的完全透明转换，不仅能实现直流电机的方向控制，而且能实现速度控制及位置控制。
附图说明
图1是本发明提供的电机驱动接口转换模块的系统结构图；
图2是本发明提供的一种信号检测电路的电路图；
图3是本发明提供的一种直流电机驱动电路的电路图；
图4是本发明提供的一种位置速度检测电路的电路图；
图5是本发明提供的一种主电流回流电路的电路图；
图6是本发明提供的一种MCU控制器及外围电路的电路图。
具体实施方式
下面，结合实例对本发明的实质性特点和优势作进一步的说明，但本发明并不局限于所列的实施例。
参见图1所示，一种电机驱动接口转换模块，包括：
信号检测电路，分别与步进电机驱动接口以及MCU控制器相连接，用于检测步进电机驱动接口的驱动信号转换成信号序列输入到MCU控制器，经MCU控制器处理后判断步进电机驱动方向和速度；
直流电机驱动电路，分别与直流电机驱动接口以及MCU控制器相连接，用于直流电机的驱动和方向控制；
位置速度检测电路，与MCU控制器相连接，用于检测直流电机的速度和位置并将位置速度检测信号输入到MCU控制器，实现与步进电机驱动的同步；
主电流回流电路，接在直流电机驱动电路与步进电机驱动接口间并与MCU控制器相连接，用于使直流电机电流经直流电机驱动接口、直流电机驱动电路回流到步进电机驱动接口，即使直流电机电流回流到步进电机驱动电路；
MCU控制器，用于对信号检测电路检测的步进电机驱动信号解析以判断步进电机驱动方向和速度、对所述主电流回流电路的回流进行控制以及根据位置速度检测信号控制直流电机与步进电机驱动的同步。
本发明是能够自由变换电机驱动接口的电路模组，可实现电机驱动接口的变换，并且这种转换对主控制器来说是完全透明的，或者说主控制器可以将之视为一个步进电机，而实际驱动的是一个有刷直流电机。
本发明实现了由单极性步进电机驱动接口到有刷直流电机驱动接口的完全透明转换，不仅能实现直流电机的方向控制，而且能实现速度控制及位置控制。
作为一个实施例，所述信号检测电路可以采用如图2所示电路，包括四个三极管，三极管的发射极接地，集电极分别接AP_SIG、AN_SIG、BP_SIG、BN_SIG并与上拉电阻模拟线圈相接，基极分别接步进驱动接口AP,AN,BP,BN，上拉电阻模拟线圈与步进驱动接口AP,AN,BP,BN相接，如图2所示。
单极性步进电机是负极驱动，正常工作时,步进电机线圈的一端接电源24V，另一端接驱动接口AP,AN,BP,BN。但本发明里不存在步进电机，因而采用上拉电阻模拟线圈。当步进电机驱动工作时，此处可采集到Vpp为24V的方波信号，再通过三极管实现信号电压的转换，最终进入到MCU控制器。当步进电机驱动工作时，步进电机驱动接口轮流将AP，AN，BP，N打开，实现其到功率地的导通，因而此处可采集到Vpp＝24V的方波信号，再通过三极管实现信号电压的转换，最终被MCU采集到。在全步双相驱动模式时，如果当前为AP导通，如果下一步是BP导通，则为正向转动，如果下一步是BN导通，则为反向转动。此外，一般来说，全步对应电机轴转动1.8度而单步对应电机转动0.9度，由此可判断驱动的目标速度。
作为一实施例，所述直流电机驱动电路可以采用图3所示电路，采用PMOS和NMOS组成全桥驱动电路，实现直流电机的驱动和方向控制，包括两个PMOS，分别为Q4A、Q5A,两个NMOS，分别为Q4B、Q5B,其中，Q4A与Q5A相接并连接MOTOR+，Q4B与Q5B相接并连接MOTOR-,Q5B与Q5A连接后通过RSGND接MOTOR_G,Q5B与Q5A的2脚、4脚分别接电阻R191、R192后接地且分别接INR、INL端，包括两个三极管V15、V16,三极管V15发射极接地，集电极经电阻R59与Q4A的4脚相接，Q4A的4脚经过电阻R57与Q4A的3脚、Q4B的1脚相接,电阻R57串接电阻R58,电阻R58与Q4B的2脚相接并电阻R60相接，电阻R60接V16的集电极，V16的的发射极接地；电阻R57与电阻R58之间通过保险丝F4接24伏电压端，保险丝F4与24伏电压端间通过电容C74接地；三极管V16的基极接电容C90、电阻R56以及电阻R55，电容C90与电阻R56并联后INR端连接，电阻R55另一端接地；三极管V15的基极连接电容C89、电阻R53、电阻R54,电阻R53与电容C89并联后接INL端，电阻R54另一端接地。
由于要实现直流电机的正反转，所以采用H桥式驱动电路，当INL为高电平而INR为低电平时，左上桥臂和右下桥臂的PMOS和NMOS导通，电流从MOTOR+流向MOTOR-。反之，电流从MOTOR-流向MOTOR+，从而实现电机方向的控制。此外INL和INR可采用PWM脉宽控制的方式实现电机速度的调整
作为一个实施例，所述位置速度检测电路可以采用如图4所示电路，通过B02B-XASK-1插针J22的2脚连接U_SIG脚将采集的信号传送到MCU控制器、1脚与2脚通过并联的电阻R122、R123与VCC端连接、4脚接地。
其中，位置速度检测采用光栅式码盘，配合一个红外的U型传感器，将位置和速度信号转换成电信号传送到MCU控制器。在遮挡时，信号被电阻上拉到电源，而在不遮挡时，信号被强制拉低到地，从而实现将位置和速度信号转换成电信号。
作为一个实施例，所述主电流回流电路可以采用图5所示电路，包括四个NMOS管：Q8A、Q8B、Q9A、Q9B；分别接电机电流的正极与驱动负极AP，AN，BP，BN，其中，Q8B两端接AP及AP_CTL，Q8A两端接AN及AN_CTL，Q9B两端接BP及BP_CTL,Q9A两端接BN及BN_CTL,且Q8B的3脚与Q8A的1脚、Q9B的3脚、Q9A的1脚相接后连接MOTOR_G脚，每个NMOS管并通过一个电阻接地，如电阻R91-R94。
步进电机接口并不提供功率地，它只提供电流正极和驱动负极AP，AN，BP，BN，所以直流电机的电流最终需通过步进电机接口的驱动负极回流到主板的功率地。而步进电机的驱动负极在正常工作时是频繁变换的，因而本发明采四个NMOS，在MCU控制器的控制下实现轮流导通，实现直流电机电流的回流。
作为一个实施例，所述MCU采用通用的8位或16位单片机，主要用于采集步进电机驱动接口信号，控制直流电机驱动电路的占空比PWM，检测直流电机的位置和速度，控制主电流回流电路的NMOS导通，最终实现系统的控制逻辑。所述MCU控制器及外围电路的电路参见图6所示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种电机驱动接口转换模块，其特征在于，包括：
信号检测电路，分别与步进电机驱动接口以及MCU控制器相连接，用于检测步进电机驱动接口的驱动信号转换成信号序列输入到MCU控制器；
直流电机驱动电路，分别与直流电机驱动接口以及MCU控制器相连接，用于直流电机的驱动和方向控制；
位置速度检测电路，与MCU控制器相连接，用于检测直流电机的速度和位置并将位置速度检测信号输入到MCU控制器；
主电流回流电路，接在直流电机驱动电路与步进电机驱动接口间并与MCU控制器相连接，用于使直流电机电流经直流电机驱动接口、直流电机驱动电路回流到步进电机驱动接口；
MCU控制器，用于对信号检测电路检测的步进电机驱动信号解析以判断步进电机驱动方向和速度、对所述主电流回流电路的回流进行控制以及根据位置速度检测信号控制直流电机与步进电机驱动的同步。
2.根据权利要求1所述电机驱动接口转换模块，其特征在于，所述直流电机驱动电路采用全桥驱动电路。
3.根据权利要求2所述电机驱动接口转换模块，其特征在于，所述全桥驱动电路为H形全桥驱动电路。
4.根据权利要求3所述电机驱动接口转换模块，其特征在于，所述位置速度检测电路连接光栅式码盘以及红外传感器。
5.根据权利要求1-4任一项所述电机驱动接口转换模块，其特征在于，所述MCU控制器为8位或16单片机。
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