CN107503620A - 一种推杆控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机器控制技术领域，具体涉及一种推杆控制器，包括单片机，电源模块，拉锁监控模块，继电器模块和至少一路无刷电机驱动模块；所述电源模块，拉锁监控模块，继电器模块和无刷电机驱动模块均分别与单片机电性连接；所述继电器模块用于与拉锁电机电性相连；推杆启动时，拉锁监控模块对拉锁电机状态进行检测并传送拉锁电机状态信息至单片机处理；若拉锁电机处于上锁状态，单片机控制继电器模块以驱动拉锁电机解锁；当单片机接收到拉锁电机解锁状态信号，单片机控制无刷电机驱动模块驱动无刷电机。本发明的推杆控制器能很好地控制带无刷电机的推杆，有效避免了有刷电机的电刷与换向器接触摩擦而产生的电火花问题。
Description
技术领域
本发明涉及机器控制技术领域，具体涉及一种推杆控制器。
背景技术
现有技术方案中，推杆用的电机一般为有刷永磁直流电机，相应的控制器为有刷直流电机的控制器。有刷永磁直流电机由于存在电刷换向器结构，电机在运行过程中电刷与换向器之间存在摩擦和接触电阻，会产生火花，电磁干扰大，空载电流较高。而永磁无刷直流电机运行过程中，定子电压是靠控制电路中的功率元件按一定规律开通关断实现换相来实现转子的运行，不存在电刷与换向器接触摩擦的问题，不会产生电火花，空载电流小、效率高，总体性能优于有刷直流电机。但是目前市场缺少一种能够控制永磁无刷直流电机的推杆控制器。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种能够控制无刷电机的推杆控制器。
为实现上述目的，本发明采用如下方案。
一种推杆控制器，包括单片机，电源模块，拉锁监控模块，继电器模块和至少一路无刷电机驱动模块；所述电源模块，拉锁监控模块，继电器模块和无刷电机驱动模块均分别与单片机电性连接；所述继电器模块用于与拉锁电机电性相连；当拉锁监控模块接收启动推杆信号，对拉锁电机状态进行检测并传送拉锁电机状态信息至单片机处理；若拉锁电机处于上锁状态，单片机控制继电器模块以驱动拉锁电机解锁；当单片机接收到拉锁电机解锁状态信号，单片机控制无刷电机驱动模块驱动无刷电机。
进一步地，推杆控制器还包括拉锁电机电流检测模块，所述拉锁电机电流检测模块与单片机电性相连。
进一步地，推杆控制器还包括蜂鸣器驱动模块；所述蜂鸣器驱动模块与单片机电性相连。
进一步地，推杆控制器还包括至少一路用于检测无刷电机上霍尔元件的霍尔信号接口模块，所述霍尔信号接口模块与单片机电性相连。
其中，所述电源模块包括防接反模块，高边过流保护模块，电压检测模块，辅助电源；所述防接反模块一端接电池，另一端分别与电压检测模块和高边过流保护模块电性相连；所述电压检测模块另一端与单片机电性相连；所述高边过流保护另一端分别与辅助电源和无刷电机驱动模块电性相连。
进一步地，辅助电源输出端设有带熔断器的开关稳压电路。
其中，无刷电机驱动模块包括桥式电路驱动模块，桥式电路，电流检测模块和电流放大与过流检测模块；所述桥式电路驱动模块两端分别与单片机和桥式电路电性相连；所述电流检测模块分别与桥式电路和电流放大与过流检测模块电性连接；电流放大与过流检测模块另一端与单片机电性相连。
一种采用上述推杆控制器的推杆装置，包括轴头，导套和推杆；所述推杆滑动连接于导套内，所述导套和推杆均设有轴头；所述导套内设导轨，齿轮，蜗杆，减速机构和无刷电机；所述导轨与推杆滑动连接；所述齿轮设于推杆上，且通过蜗杆与减速机构连接；蜗杆表面设有若干个弹簧；所述无刷电机设于减速机构下侧；所述无刷电机与推杆控制器电性相连。
本发明的有益效果：针对电机为无刷直流电机的推杆而提出的控制器，可以很好地控制带无刷电机的推杆，有效避免了有刷直流电机的电刷与换向器接触摩擦的而产生的电火花问题，而且具有空载电流小、效率高的优点。
附图说明
图1是本发明实施例控制器配合双推杆装置使用的示意图。
图2是本发明实施例推杆控制器的电路示意图。
图3是本发明实施例车尾门关闭时推杆装置的示意图。
图4是本发明实施例车尾门打开时推杆装置的示意图。
图5是本发明实施例推杆装置的结构示意图。
图6是本发明实施例辅助电源的电路示意图。
图7是本发明实施例桥式电路的示意图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例及附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
本实施例以汽车尾门开闭的控制作为场景实施，优先选用推杆控制器控制双推杆装置。如图1，本实施例提供了一种双推杆控制系统，包括控制器1,两个推杆装置2和安装于汽车尾门的拉锁电机，控制器1分别与两个推杆装置2电性连接，拉锁电机与控制器1电性相连。
一种推杆控制器，如图2，包括单片机（优选采用的型号为SH79F1611），电源模块12，拉锁监控模块18，继电器模块17，拉锁电机电流检测模块16和至少一路无刷电机驱动模块13；所述电源模块12，拉锁监控模块18，继电器模块17，拉锁电机电流检测模块16和无刷电机驱动模块13均分别与单片机电性连接；所述继电器模块17还与拉锁电机电性相连；
拉锁监控模块18接收来自汽车中控单元发出的开尾门或关尾门的信号后，检测尾门拉锁状态，并把尾门拉锁状态的信号传送至单片机11，单片机11读取拉锁监控模块18的信号，判断尾门拉锁的拉锁电机是否处于解锁状态，从而决定是否给桥式电路驱动模块131发出驱动信号。如图4，当检测到开尾门信号时，单片机11通过继电器模块17驱动拉锁电机解锁，当单片机11检测到拉锁电机处于解锁状态时，单片机11向桥式电路驱动模块131发出驱动信号，使得桥式电路132驱动推杆的无刷电机36使得尾门打开，完全打开后拉锁电机上锁固定尾门位置；如图5，当检测到关尾门信号时，单片机11先判断拉锁电机是否已解锁，若已解锁，则向桥式电路驱动模块131发出驱动信号，使得桥式电路132驱动推杆的无刷电机36使得尾门关闭。当单片机11判断到尾门已到达关闭位置时，向继电器模块17发出控制信号，使继电器模块17驱动拉锁电机锁住尾门。
本实施例中，推杆控制器1还包括拉锁电机电流检测模块16，所述拉锁电机电流检测模块16与单片机11电性相连。拉锁电机电流检测模块16检测拉锁电机工作时是否发生过流。当检测到过流信号时，表明拉锁电机在拉锁过程中发生卡死，那么马上停止对拉锁电机供电，并通过蜂鸣器发出报警。
本实施例中，推杆控制器1还包括两路用于检测无刷电机上霍尔元件的霍尔信号接口模块14，所述霍尔信号接口模块14与单片机11电性相连。霍尔信号接口模块14实时检测无刷电机36的霍尔元件，单片机根据检测到的霍尔元件的信号，计算出驱动无刷电机36所需的换相电压信号，并根据霍尔元件信号来计算尾门在打开或关闭过程的位置，从而检测出尾门的运行速度、运行轨迹。单片机11接收到过流信号后，结合霍尔信号接口模块14接收到的无刷电机36的霍尔信号，根据尾门的运行速度、运行轨迹可判断无刷电机36发生过流的原因。
本实施例中，电源模块12包括防接反模块121，高边过流保护模块122，电压检测模块124，辅助电源123；所述防接反模块121一端接电池，另一端分别与电压检测模块124和高边过流保护模块122电性相连；所述电压检测模块124另一端与单片机11电性相连；所述高边过流保护模块122另一端分别与辅助电源123和无刷电机驱动模块13电性相连。汽车电池接入防反接电路模块121，能防止控制器1在安装过程中电源输入端极性与电池极性相反导致控制器1损坏。防反接电路模块121的输出电压接入到高边过流保护模块122中，高边过流保护模块122的输出电压分成两路，一路接辅助电源123，另一路接两个桥式电路132。当任一桥式电路132输出端发生输出短路时，高边过流保护模块122能及时检测到短路电流并发出保护信号，关断所有桥式电路132中功率开关管的驱动信号，从而起到保护作用，避免电路损坏。辅助电源将汽车上提供的电池电压变换为各电路单元所需的稳定电压。电压检测模块124检测汽车电池电压，检测到的信号由单片机11读入，并判断电池电压的高低。若电池电压过低或过高，单片机都会向蜂鸣器驱动模块15发出信号，使得蜂鸣器发出报警信号。
本实施例中，无刷电机驱动模块13包括桥式电路驱动模块131，桥式电路132，电流检测模块133和电流放大与过流检测模块134；所述桥式电路驱动模块131分别与单片机11和桥式电路132电性相连；所述电流检测模块133分别与桥式电路132和电流放大与过流检测模块134电性连接；电流放大与过流检测模块134另一端与单片机11电性相连。单片机11根据接收到的控制指令，发出控制无刷电机36运行所需的PWM控制信号，PWM控制信号经过桥式电路驱动模块131进行功率放大后，形成可驱动桥式电路132中的功率开关管的驱动脉冲，使桥式电路132中的功率开关管按一定的规律工作，从而驱动无刷电机36按预定的转向和转数运行。
本实施例中，电流检测模块133在桥式电路132工作时，电流检测模块133不断检测电路工作时的电流，并把检测到的电流信号输出到电流放大与过流检测模块134，电流放大与过流检测模134先把输入的电流信号放大以便于检测比较，放大后再与预定的电流过流值比较。若放大后的电流信号超过电流过流值，则电流放大与过流检测模块134向单片机11发出过流信号，单片机11关闭桥式电路驱动模块131的驱动信号。
本实施例中，可以通过过流检测来监控开尾门或者关尾门的过程中是否遇到障碍物。当开尾门或者关尾门的过程中遇到障碍物时，控制器1可以通过电流放大与过流检测模134检测到电流信号超过电流过流值，从而关闭桥式电路驱动模块131的驱动信号，防止进一步损坏。同样，当需要让汽车尾门在打开或者关闭过程的任意位置停止，只需用手或其他物体施加外力，即可使得关闭桥式电路驱动模块131的驱动信号，从而使尾门停止。
本实施例中，辅助电源123输出端设有带熔断器的开关稳压电路。辅助电源分成两部分，如图6，第一部分包括由集成电路U20(MC34063)、电阻RP3、RP7、RP11、RP14、RP16、220uH电感、电容CT1、C40、C41、三极管Q13、二极管D13、D20构成的升降压型开关稳压电路，这样即使输入电压VIN+无论是大于12.5V还是小于12.5V，也能把输出电压稳定在12.5V。
第二部分是由电容C37、C38、C39、C42和低功耗稳压集成电路U19(TLE4275Q)构成。开关电源输出电压12.5V，除了给控制器其他模块供电外，还作为低功耗稳压电路的输入电压接入到稳压集成电路U19的电源输入端。电容C39为电源输入滤波电路。稳压集成电路U19(TLE4275Q)把输入的较高的电池电压变换为后续电路所需的5V电源输出。电容C37、C38为稳压电源输出滤波。
开关稳压电源除了给尾门控制器电路板上各电路单元供电外，还通过自恢复熔断器连接到开关稳压电源输出端。当电源输出端因短接产生过大电流时，自恢复熔断器发生熔断，切断供电线路，从而起到保护电路的作用。若误接到外部电源时，内部比较电压10.5V的输出端电位强行抬高，在RP14、RP16构成的反馈电路作用下，U20停止输出。二极管D20的作用是外部电源端子误接到VCC节点时，D20截止，起到保护U20的作用。
本实施例中，桥式电路为U相桥式电路。如图7，由功率MOS管V13、V19、电阻RA5、RA6、RA7、RA8、电容CA1、CA4、CA5、三极管QA3、QA5、二极管DA1、驱动集成电路IR2101和电流采样电阻RS4组成。功率MOS管V13、V19组成上下桥互补的桥式电路。当V13导通时，V19关断，U相输出节点U1端输出12V电压。当V13关断，V19导通时，U1节点输出近似0V电压。
当单片机11输出高电平到HB1H节点(即U7的HIN端子)时，IR2101（U17)的HO输出端相对于VS端约12V的电压，该电压通过电阻RA5输出到MOS管V13的栅极，使V13导通；当单片机输出低电平到HB1H节点时，IR2101的HO输出端输出相对于VS端约为0V的电压。该0V电压通过电阻RA5输出到V13的栅极，使V13关断。当HO输出相对于VS为0V电压时，PNP型三极管QA3的基极相对于发射极被拉低，QA3导通，从而使MOS管栅极源极间的电荷快速泄放，从而起到加速MOS管关断速度的作用。
同理，当单片机11输出高电平到HB1L节点(即U7的LIN端子)时，IR2101（U17)的LO输出端相对于GND端约12V的电压，该电压通过电阻RA8输出到MOS管V19的栅极，使V19导通；当单片机输出低电平到HB1L节点时，IR2101的LO输出端输出相对于GND端约为0V的电压。该0V电压通过电阻RA8输出到V19的栅极，使V19关断。当LO输出相对于GND为0V电压时，PNP型三极管QA5的基极相对于发射极被拉低，QA5导通，从而使MOS管栅极源极间的电荷快速泄放，从而起到加速MOS管关断速度的作用。
当电机定子有电流流过时，必然流经电阻RS4，RS4把流过的电流成比例转换成电压信号，该电压信号的大小成比例代表了流过RS4的电流的大小，再把该电流大小传递至电流放大与过流检测模块134与预定的电流过流值比较，可以检测出是否发生过流现象。
如图3，本实施例提供了一种推杆装置，包括轴头21，导套22和推杆23；所述推杆23滑动连接于导套22内，所述导套22和推杆23均设有轴头21；如图5，所述导套22内设导轨31，齿轮32，蜗杆34，减速机构35和无刷电机36；所述导轨31与推杆23滑动连接；所述推杆23设有齿轮32，所述齿轮32通过蜗杆34与减速机构35连接，蜗杆34表面设有若干个弹簧33；所述减速机构35下侧设有无刷电机36。推杆缩入导套22时，尾门在推杆23的拉动下关闭；当推杆23伸出导套22时，尾门在推杆23的推动下打开。整个推杆装置是通过轴头21铰接在车身和尾门上，保证推杆伸缩期间可转动。
本实施例中，推杆23的伸缩动作和伸缩速度是靠控制无刷电机36的正反转和转速来实现的。无刷电机36通电后，转子旋转。转子通过减速机构35带动蜗杆34旋转，蜗杆34通过与固定在推杆上的齿轮32配合，把蜗杆34的旋转运动转换成推杆23的直线运动。当推杆23回缩时，弹簧33受到压缩，储蓄势能，当推杆23伸出时，弹簧33释放势能。导轨31的作用是保证推杆23做直线运动时按预定轨迹平稳运行。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种推杆控制器，其特征在于：包括单片机，电源模块，拉锁监控模块，继电器模块和至少一路无刷电机驱动模块；所述电源模块，拉锁监控模块，继电器模块和无刷电机驱动模块均分别与单片机电性连接；所述继电器模块用于与拉锁电机电性相连；当拉锁监控模块接收启动推杆信号，对拉锁电机状态进行检测并传送拉锁电机状态信息至单片机处理；若拉锁电机处于上锁状态，单片机控制继电器模块以驱动拉锁电机解锁；当单片机接收到拉锁电机解锁状态信号，单片机控制无刷电机驱动模块驱动无刷电机。
2.根据权利要求1所述的一种推杆控制器，其特征在于：还包括，用于与拉锁电机电性连接的拉锁电机电流检测模块，所述拉锁电机电流检测模块与单片机电性相连。
3.根据权利要求1所述的一种推杆控制器，其特征在于：还包括，蜂鸣器驱动模块；所述蜂鸣器驱动模块与单片机电性相连。
4.根据权利要求1所述的一种推杆控制器，其特征在于：还包括，至少一路用于检测无刷电机上霍尔元件的霍尔信号接口模块，所述霍尔信号接口模块与单片机电性相连。
5.根据权利要求1所述的一种推杆控制器，其特征在于：所述电源模块包括防接反模块，高边过流保护模块，电压检测模块，辅助电源；所述防接反模块一端用于接电池，另一端分别与电压检测模块和高边过流保护模块电性相连；所述电压检测模块另一端与单片机电性相连；所述高边过流保护模块另一端分别与辅助电源和无刷电机驱动模块电性相连。
6.根据权利要求5所述的一种推杆控制器，其特征在于：所述辅助电源的输出端设有带熔断器的开关稳压电路。
7.根据权利要求1所述的一种推杆控制器，其特征在于：所述无刷电机驱动模块包括桥式电路驱动模块，桥式电路，电流检测模块和电流放大与过流检测模块；所述桥式电路驱动模块分别与单片机和桥式电路电性相连；所述电流检测模块分别与桥式电路和电流放大与过流检测模块电性连接；电流放大与过流检测模块另一端与单片机电性相连。
8.一种采用权利要求1-7任一项所述推杆控制器的推杆装置，其特征在于：包括轴头，导套和推杆；所述推杆滑动连接于导套内，所述导套和推杆均设有轴头；所述导套内设导轨，齿轮，蜗杆，减速机构和无刷电机；所述导轨与推杆滑动连接；所述齿轮设于推杆上，且通过蜗杆与减速机构连接；蜗杆表面设有若干个弹簧；所述无刷电机设于减速机构下侧；所述无刷电机与推杆控制器电性相连。
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