CN106712609A - 步进电机驱动控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种步进电机驱动控制系统，包括单片机U1，单片机U1通过SPI接口与三轴步进电机控制器通信连接，三轴步进电机控制器输出控制端通过光电耦合器与步进电机驱动器输入控制端连接，三轴步进电机控制器的采样信号输入端与光电位移传感器的采样信号输出端连接，光电位移传感器的采样信号输出端连接有过压保护模块；步进电机驱动器输出控制端与步进电机输入控制端连接，步进电机驱动器的控制信号输入端与自动半流模块的信号输出端连接。本发明优点在于大大简化了驱动控制系统的硬件结构，提高了驱动控制系统的可靠性、安全性和控制精度。
Description
技术领域
本发明涉及步进电机，尤其是涉及步进电机驱动控制系统。
背景技术
步进电机广泛用于自动化仪器中，如全自动化学发光免疫分析仪中所使用的步进电机多达数十个。而每个步进电机需要配置至少两个限位传感器以提高步进电机的驱动定位精度。目前，对步进电机的驱动控制多采用CPLD或FPGA加上CPU组成的控制系统，这种控制方式存在的不足是硬件结构复杂，大量使用的步进电机要求电源所提供的电功率大，机械式限位传感器定位精度和重复性差。
发明内容
本发明目的在于提供一种步进电机驱动控制系统。
为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
本发明所述的步进电机驱动控制系统，包括单片机U1，所述单片机U1通过SPI接口与三轴步进电机控制器通信连接，所述三轴步进电机控制器输出控制端通过光电耦合器与步进电机驱动器输入控制端连接，三轴步进电机控制器的采样信号输入端与光电位移传感器的采样信号输出端连接，所述光电位移传感器的采样信号输出端连接有过压保护模块；所述步进电机驱动器输出控制端与步进电机输入控制端连接，步进电机驱动器的控制信号输入端与自动半流模块的信号输出端连接。
所述三轴步进电机控制器由三轴步进电机控制芯片U2构成，所述光电耦合器由光电隔离芯片U3构成，所述步进电机驱动器由步进电机驱动芯片U4构成，所述自动半流模块由单稳态触发器芯片U5构成，所述过压保护膜块由肖特基二极管U6构成；所述三轴步进电机控制芯片U2采样信号输入端通过由电容C3和电阻R7组成的低通滤波器与光电位移传感器的采样信号输出端连接。
本发明优点在于在一块电路板上以STM32系列单片机为核心，通过SPI通信控制三轴步进电机控制器，由三轴步进电机控制器输出控制脉冲信号来控制步进，大大简化了本驱动控制系统的硬件结构。采用自动半流功能电路实现步进电机静止时的工作电流减半，降低了步进电机的电源电功率；采用光电位移传感器控制电路采集光电位移传感器状态的同时，通过采用保护电路对光电位移传感器信号进行过压保护，提高了本驱动控制系统的可靠性、安全性和控制精度。
附图说明
图1是本发明的电路原理框图。
图2是本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1-2所示，本发明所述的步进电机驱动控制系统，包括单片机U1（STM32系列），所述单片机U1通过SPI接口与三轴步进电机控制器通信连接，三轴步进电机控制器输出控制端通过光电耦合器与步进电机驱动器输入控制端连接，三轴步进电机控制器的采样信号输入端与光电位移传感器1的采样信号输出端连接，光电位移传感器1的采样信号输出端连接有过压保护膜块；步进电机驱动器输出控制端与步进电机2输入控制端连接，步进电机驱动器的控制信号输入端与自动半流模块的信号输出端连接。
如图2所示，所述三轴步进电机控制器由三轴步进电机控制芯片U2（TMC429-LI）构成，所述光电耦合器由光电隔离芯片U3（TLP2161）构成，所述步进电机驱动器由步进电机驱动芯片U4（A3977）构成，所述自动半流模块由单稳态触发器芯片U5（74HC123）构成，所述过压保护膜块由肖特基二极管U6（BAT54S）构成；所述三轴步进电机控制芯片U2采样信号输入端（管脚32）通过由电容C3和电阻R7组成低通滤波器与光电位移传感器1的采样信号输出端连接。
本发明的工作原理简述如下：
单片机U1将步进电机2运动的距离、速度、加速度、方向等参数通过SPI接口发送至三轴步进电机控制芯片U2的7、8、10、12管脚（管脚7是选择信号输入端，管脚8是同步时钟信号输入端，管脚10是数据输入端口，管脚12是数据输出端口）。三轴步进电机控制芯片U2收到上述相关参数后进行内部处理把距离转化为脉冲个数，速度和加速度转化为脉冲频率，通过管脚15输出给光电隔离芯片U3的3脚。三轴步进电机控制芯片U2将步进电机2的方向参数转化为高电平或低电平通过管脚17输出给光电隔离芯片U3的管脚2。经过光电隔离后的脉冲、方向信号通过光电隔离芯片U3的管脚6、7输出给步进电机驱动芯片U4的管脚19和管脚3，步进电机驱动芯片U4把脉冲和方向信号转化为步进电机2的转动角度、速度、转向信号。同时光电隔离芯片U3的管脚6接到单稳态触发器芯片U5的管脚1作为半流控制的输入信号，电阻R6和电容C1构成延时电路，电阻R3和R4、可调电阻R5组成分压电路，由电阻R5的中间抽头接到步进电机驱动芯片U4的管脚8用来设置相电流，当单稳态触发器芯片U5的管脚1有脉冲时，单稳态触发器芯片U5的管脚13输出高电平，步进电机驱动芯片U4的管脚8电压变高，步进电机2相电流变大。当单稳态触发器芯片U5的管脚1没有脉冲时，单稳态触发器芯片U5的管脚13输出低电平，步进电机驱动芯片U4的管脚8电压变低，步进电机2相电流变小，由此来控制步进电机2的相电流变化。
所述三轴步进电机控制芯片U2采样信号输入端（管脚32）通过由电容C3和电阻R7组成低通滤波器与光电位移传感器1的采样信号输出端连接，目的是滤除信号干扰。肖特基二极管U6的作用是防护外部的高电压或负电压对三轴步进电机控制芯片U2的冲击，保护三轴步进电机控制芯片U2不会被高电压损坏。当光电位移传感器1的采样信号输出为高电平时步进电机2禁止运动，当光电位移传感器1的采样信号输出为低电平时步进电机2允许运动。
Claims (2)
1.一种步进电机驱动控制系统，其特征在于：包括单片机U1，所述单片机U1通过SPI接口与三轴步进电机控制器通信连接，所述三轴步进电机控制器输出控制端通过光电耦合器与步进电机驱动器输入控制端连接，三轴步进电机控制器的采样信号输入端与光电位移传感器（1）的采样信号输出端连接，所述光电位移传感器（1）的采样信号输出端连接有过压保护模块；所述步进电机驱动器输出控制端与步进电机（2）输入控制端连接，步进电机驱动器的控制信号输入端与自动半流模块的信号输出端连接。
2.根据权利要求1所述的步进电机驱动控制系统，其特征在于：所述三轴步进电机控制器由三轴步进电机控制芯片U2构成，所述光电耦合器由光电隔离芯片U3构成，所述步进电机驱动器由步进电机驱动芯片U4构成，所述自动半流模块由单稳态触发器芯片U5构成，所述过压保护模块由肖特基二极管U6构成；所述三轴步进电机控制芯片U2采样信号输入端通过由电容C3和电阻R7组成的低通滤波器与光电位移传感器（1）的采样信号输出端连接。
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