CN109474157A

CN109474157A - 一种基于rs485总线的数字指针驱动用步进电机

Info

Publication number: CN109474157A
Application number: CN201811577344.3A
Authority: CN
Inventors: 彭希南
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-12-24
Filing date: 2018-12-24
Publication date: 2019-03-15

Abstract

一种基于RS485总线的数字指针驱动用步进电机，包括壳体、壳盖、仪用步进电机本体、PCB电路板，其要点是：仪用步进电机本体与PCB电路板均封装在六边形状的壳体和壳盖所包围的空间中，以PCB电路板为分隔板，一边集成了电子元件、控制逻辑电路和RS485总线接口插座，另一边安装了仪用步进电机本体部件，装配后合为一体；本发明致力于小尺寸且扁平化的设计，采用了系统最省、整体最优的系统工程设计思想，率先将RS485总线接口技术、微步距驱动技术和仪用步进电机本体整合在一起，使其成为具有RS485接口的关键特殊器件，实现了机电一体化的数字指针驱动，可广泛应用于工业自动化仪器、医疗仪表的数字化指针指示。

Description

一种基于RS485总线的数字指针驱动用步进电机

技术领域

本发明涉及一种基于RS485总线的数字指针驱动用步进电机，主要应用于工业自动化仪器、新型医疗仪表的数字化指针指示。

背景技术

在工业控制场合，RS485总线因其接口简单，组网方便，传输距离远等特点而得到广泛应用。RS485总线接口采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强，抗噪声干扰性好；RS485的数据最高传输速率为1Mbps；最大传输距离实际上可达1219米。RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器，具有多站驱动能力,用户可以利用RS485接口方便地建立起设备网络。

RS232总线应用较为灵活，既可设为全双工数据通讯模式，又可设为半双工数据通讯模式，采用半双工网络时，为总线式拓扑结构，不加中继设备，在同一总线上最多可以挂接32个节点；在RS485通信网络中，一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机，为了保证数据收发的不冲突，硬件上是通过方向切换来实现的，相应也要求软件上必须将收发的过程严格地分开。

遗憾地是，基于RS485总线的数字化终端众多，但基于RS485总线的数字化指针类仪表在工业化市场上尚为空白，原因是市场上尚缺乏这样的数字化的电磁驱动部件。在这样的技术背景下，发明人提出了一种基于RS485总线的数字指针驱动用步进电机。其特点是，将RS485总线接口技术、微步距驱动技术和仪用步进电机本体整合在一起，实现了机电一体化的数字化指针驱动，无需另外的电路转换接口，做到了系统最省，整体最优。

发明内容

据此，本发明提出了一种基于RS485总线的数字指针驱动用步进电机方案，具体内容如下：

一种基于RS485总线的数字指针驱动用步进电机，包括壳体、壳盖、仪用步进电机本体、PCB电路板，其要点在于：

所述的仪用步进电机本体与PCB电路板封装在六边形状的壳体和六边形状的壳盖所包围的空间中，所述的PCB电路板为六边形状，以PCB电路板为分隔板，一面表贴焊接有ARM芯片、信号调理芯片、RS485收发控制器L、RS485收发控制器J、微步距细分驱动芯片，两个RS485总线接口插座也焊接在PCB电路板上，另一边则安装了仪用步进电机本体部件，装配后组合成为一种基于RS485总线的数字指针驱动用步进电机；

所述六边形状的壳体的每一边上都有嵌槽，以方便安装板插入壳体上不同面的嵌槽中；

所述的PCB电路板上的元件存在如下的连接关系：ARM芯片为核心器件，其I/O引脚与微步距细分驱动芯片的输入引脚相连，微步距细分驱动芯片的输出引脚再与励磁线圈包的引脚相连，

所述的RS485总线接口插座为四芯结构，其中在壳体上标注“+5”端为电源正极, 标注“GND”端为地线，标注“+”和“-” 端为信号+和信号-，这两个信号端再分别与RS485收发控制器L与RS485收发控制器J上的输入引脚DATA+和DATA-相连，RS485收发控制器L与RS485收发控制器J的输出引脚再分别与ARM芯片的I/O引脚相连；

所述的仪用步进电机本体中，内置一套具有两相励磁线圈驱动、三级减速齿轮传动的机构，包括铁芯体、励磁线圈包、永磁转子体A、传动从动轮B、传动从动轮C和转动轴从动轮D，所述的铁芯体承担仪用步进电机的支撑体，两侧的臂上分别对称伸出两个矩形铁芯柱体，两个励磁线圈包分别插入矩形铁芯柱体中，励磁线圈包的引脚分别焊接在PCB电路板上；

所述的铁芯体的中轴线上开有A孔、C孔和D孔，所述的永磁转子体A安装在A孔处，传动从动轮C安装在C孔处，转动轴从动轮D安装在D孔处，其中永磁转子体A所处的A孔位置，正好是两个励磁线圈包绕组形成的磁轭中心，励磁线圈包通电后，磁导变化将产生转矩，驱动永磁转子体A转动；

所述的铁芯体上开有四个支撑定位孔，在支撑定位孔处镶嵌有空心的尼龙圆柱体，所述的壳体的内部有四个支柱，安装时，铁芯体上的四个尼龙圆柱体紧贴PCB电路板，壳体内部的四个支柱则分别穿过铁芯体上的四个支撑定位孔后与铁芯体相接；

所述的仪用步进电机本体中的三级减速齿轮传动机构存在如下的啮合关系：永磁转子体A是主动轮，它与传动从动轮B啮合传动，组成一级减速传动结构；传动从动轮B与传动从动轮C啮合传动，组成二级减速传动结构；传动从动轮C再与转动轴从动轮D啮合传动，组成三级减速传动结构；所述的转动轴与转动轴从动轮D同轴相连，保证转动轴从动轮D转动时同步带动转动轴；

所述壳体内部相邻边的转角处分别有一个安装台阶，所述的壳盖上有六个壳盖安装孔，所述的PCB电路板上开有六个安装定位孔，装配时，焊接好元件后的PCB电路板先搁放在壳体的安装台阶上，盖上壳盖后，将螺丝穿过壳盖上的壳盖安装孔、PCB电路板上的安装定位孔后,分别与壳体上的安装台阶相连成一个整体，所述的转动轴从转动轴从动轮D中心伸出，穿过壳体上的出轴圆柱体后，再与外部指针套接。

进一步地，所述的永磁转子体A为六齿结构，采用钕铁硼材料。

进一步地，所述的传动从动轮B、从动轮C和转动轴从动轮D均采用尼龙66材料。

进一步地，所述的转动轴为不锈钢针。

进一步地，所述的铁芯体采用高磁导率的坡莫合金材料。

附图说明

为了清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应指出的是，所谓仪用步进电机即是仪表用步进电机的缩写；所谓仪用步进电机本体即指只有电磁部件而无电子控制部件的仪表用步进电机。

图1 一种基于RS485总线的数字指针驱动用步进电机外形图一；

图2 一种基于RS485总线的数字指针驱动用步进电机外形图二；

图3 一种基于RS485总线的数字指针驱动用步进电机外形图三；

图4 一种基于RS485总线的数字指针驱动用步进电机分解图一；

图5 一种基于RS485总线的数字指针驱动用步进电机分解图二；

图6 一种基于RS485总线的数字指针驱动用步进电机分解图三；

图7 一种基于RS485总线的数字指针驱动用步进电机分解图四；

图8 一种基于RS485总线的数字指针驱动用步进电机分解图五；

图9 一种基于RS485总线的数字指针驱动用步进电机分解图六；

图10 铁芯体外形图；

图11 仪用步进电机本体图。

标号说明：

1 壳体

11 嵌槽

12 安装板

13 支柱

14 出轴圆柱体

15 安装台阶

2 壳盖

21 壳盖安装孔

3 RS485总线接口插座

5 PCB电路板

51 ARM芯片

52 RS485收发控制器L

53 信号调理芯片

54 RS485收发控制器J

55 微步距细分驱动芯片

56 安装定位孔

61 永磁转子体A

62 传动从动轮B

63 传动从动轮C

64 转动轴从动轮D

65 转动轴

66 励磁线圈包

67 铁芯体

671 A孔

672 C孔

673 D孔

674 矩形铁芯柱体

675 尼龙圆柱体

68 支撑定位孔

具体实施方式

本发明如图1至图11所示。为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显然，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

一种基于RS485总线的数字指针驱动用步进电机，包括壳体1、壳盖2、仪用步进电机本体、PCB电路板5，其要点在于：

所述的仪用步进电机本体与PCB电路板5封装在六边形状的壳体1和六边形状的壳盖2所包围的空间中，所述的PCB电路板5为六边形状，以PCB电路板5为分隔板，一面表贴焊接有ARM芯片51、信号调理芯片53、RS485收发控制器L 52、RS485收发控制器J 54、微步距细分驱动芯片55，两个RS485总线接口插座3焊接在PCB电路板5上，另一边安装了仪用步进电机本体部件，装配后组合成为一种基于RS485总线的数字指针驱动用步进电机；

所述六边形状的壳体1的每一边上都有嵌槽11，这种设计的目的是方便活动的安装板12根据安装需要，选择性地插入到壳体1上不同面的嵌槽11中；

焊接在PCB电路板5上的元件存在如下的连接关系：ARM芯片51为核心器件，其I/O引脚与微步距细分驱动芯片53的输入引脚相连，微步距细分驱动芯片53的输出引脚再与励磁线圈包66的引脚相连，

所述的RS485总线接口插座3为四芯结构，其中在壳体1上标注“+5”端为电源正极, 标注“GND”端为地线，标注“+”和“-” 端为信号+和信号-，这两个信号端再分别与RS485收发控制器L 52与RS485收发控制器J 54上的输入引脚DATA+和DATA-相连，RS485收发控制器L 52与RS485收发控制器J 54的输出引脚再分别与ARM芯片51的I/O引脚相连，应指出的是，PCB电路板5中采用两个RS485收发控制器的目的是提高RS485总线的带载能力，以扩大其应用范围；

所述的仪用步进电机本体中，内置一套具有两相励磁线圈驱动、三级减速齿轮传动的机构，包括铁芯体67、励磁线圈包66、永磁转子体A 61、传动从动轮B 62、传动从动轮C 63和转动轴从动轮D 64，所述的铁芯体 67承担仪用步进电机的支撑体，两侧的臂上分别对称伸出两个矩形铁芯柱体674，两个励磁线圈包66分别插入矩形铁芯柱体674中，励磁线圈包66的引脚分别焊接在PCB电路板5上；

所述的铁芯体67的中轴线上开有A孔671、C孔672和D孔673，所述的永磁转子体A 61安装在A孔671处，传动从动轮C 63安装在C孔672处，转动轴从动轮D 64安装在D孔673处，其中永磁转子体A 61所处的A孔671位置，正好是两个励磁线圈包66绕组形成的磁轭中心，励磁线圈包66通电后，磁导变化将产生转矩，驱动永磁转子体A 61转动；

所述的铁芯体67上开有四个支撑定位孔68，在支撑定位孔68处镶嵌有空心的尼龙圆柱体675，所述的壳体1的内部有四个支柱13，安装时，铁芯体67上的四个尼龙圆柱体675紧贴PCB电路板5，壳体1内部的四个支柱13穿过铁芯体67上的四个支撑定位孔68后与铁芯体67相接；

所述的仪用步进电机本体中的三级减速齿轮传动机构存在如下的啮合关系：永磁转子体A 61是主动轮，它与传动从动轮B 62啮合传动，组成一级减速传动结构；传动从动轮B 62与传动从动轮C 63啮合传动，组成二级减速传动结构；传动从动轮C再与转动轴从动轮D 64啮合传动，组成三级减速传动结构；所述的转动轴65与转动轴从动轮D 64同轴相连，保证转动轴从动轮D 64转动时同步带动转动轴65；

所述壳体1内部相邻边的转角处分别有一个安装台阶15，所述的壳盖2上有六个壳盖安装孔21，所述的PCB电路板5上开有六个安装定位孔56，装配时，焊接好元件后的PCB电路板5先搁放在壳体1的安装台阶15上，盖上壳盖2后，螺丝穿过壳盖2上的壳盖安装孔21、PCB电路板5上的安装定位孔56后,与壳体1上的安装台阶15相连成一个整体，所述的转动轴65从转动轴从动轮D 64中心伸出，穿过壳体1上的出轴圆柱体14后，再与外部指针套接。

所述的永磁转子体A 61为六齿结构，采用钕铁硼材料。

所述的传动从动轮B 62、从动轮C 63和转动轴从动轮D 64均采用尼龙66材料。

所述的转动轴65为不锈钢针，因为不锈钢是绝磁材料。

所述的铁芯体67采用高磁导率的坡莫合金材料。

本发明的技术效果如下：

1.本发明是一种基于RS485总线的数字指针驱动用步进电机，采用了系统最省、整体最优的系统工程设计思想，所述的仪用步进电机本体与PCB电路板均封装在六边形状的壳体和六边形状的壳盖所包围的空间中，以PCB电路板为分隔板，一边集成了电子元件、控制逻辑电路和RS485总线接口插座，另一边则安装了仪用步进电机本体部件，装配后组合成为一体。

2．本发明致力于小尺寸且扁平化的设计，率先将RS485总线接口技术、步进电机的微步距驱动技术和仪用步进电机本体整合在一起，实现了机电一体化的数字指针驱动，而无需另外的电路转换接口，从而将多个电子元件和电路整合成一个独立的机电一体化部件，形成具有RS485总线接口特色的关键特殊器件。

3. 应指出的是，目前市面上仪用步进电机已经存在，并且在汽车组合仪表中得到广泛的应用。但是，一种基于RS485总线的数字指针驱动用步进电机却不存在，也未闻有过报道。这种新型的步进电机真正实现了机电一体化，并且将微步距驱动、RS485总线接口技术和嵌入式ARM控制技术合为一体，同时加入两个RS485总线接口插座也大大扩大了其应用范围。最重要的是，其意想不到的效果居然填补了在RS485总线数字化指针驱动所需这一关键特殊驱动器件的空白。

上述为本发明的优选实施方案。本说明书中，应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，仅用于帮助理解本发明核心思想，而不应理解为对本发明的限制。所属领域的技术人员都明白，在不脱离所附权利说明书所限定的本发明的精神和范围内，在形式和细节上对本发明所作出的各种变化，都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于RS485总线的数字指针驱动用步进电机，包括壳体（1）、壳盖（2）、仪用步进电机本体、PCB电路板（5），其特征在于：

所述的仪用步进电机本体与PCB电路板（5）封装在六边形状的壳体（1）和六边形状的壳盖（2）所包围的空间中，所述的PCB电路板（5）为六边形状，以PCB电路板（5）为分隔板，一面表贴焊接有ARM芯片（51）、信号调理芯片（53）、RS485收发控制器L （52）、RS485收发控制器J（54）、微步距细分驱动芯片（55），两个RS485总线接口插座（3）也焊接在PCB电路板（5）上，另一边安装了仪用步进电机本体部件，装配后组合成为一种基于RS485总线的数字指针驱动用步进电机；

所述六边形状的壳体（1）的每一边上都有嵌槽（11）；

焊接在PCB电路板（5）上的元件存在如下的连接关系：ARM芯片（51）为核心器件，其I/O引脚与微步距细分驱动芯片（53）的输入引脚相连，微步距细分驱动芯片（53）的输出引脚再与励磁线圈包（66）的引脚相连，

所述的RS485总线接口插座（3）为四芯结构，其中在壳体（1）上标注“+5”端为电源正极,标注“GND”端为地线，标注“+”和“-” 端为信号+和信号-，这两个信号端再分别与RS485收发控制器L （52）与RS485收发控制器J（54）上的输入引脚DATA+和DATA-相连，RS485收发控制器L （52）与RS485收发控制器J（54）的输出引脚再分别与ARM芯片（51）的I/O引脚相连；

所述的仪用步进电机本体中，内置一套具有两相励磁线圈驱动、三级减速齿轮传动的机构，包括铁芯体（67）、励磁线圈包（66）、永磁转子体A（61）、传动从动轮B（62）、传动从动轮C（63）和转动轴从动轮D（64），所述的铁芯体（67）承担仪用步进电机的支撑体，两侧的臂上分别对称伸出两个矩形铁芯柱体（674），两个励磁线圈包（66）分别插入矩形铁芯柱体（674）中，励磁线圈包（66）的引脚分别焊接在PCB电路板（5）上；

所述的铁芯体（67）的中轴线上开有A孔（671）、C孔（672）和D孔（673），所述的永磁转子体A（61）安装在A孔（671）处，传动从动轮C（63）安装在C孔（672）处，转动轴从动轮D（64）安装在D孔（673）处，其中永磁转子体A（61）所处的A孔（671）位置，正好是两个励磁线圈包（66）绕组形成的磁轭中心，励磁线圈包（66）通电后，磁导变化将产生转矩，驱动永磁转子体A（61）转动；

所述的铁芯体（67）上开有四个支撑定位孔（68），在支撑定位孔（68）处镶嵌有空心的尼龙圆柱体（675），所述的壳体（1）的内部有四个支柱（13），安装时，铁芯体（67）上的四个尼龙圆柱体（675）紧贴PCB电路板（5），壳体（1）内部的四个支柱（13）穿过铁芯体（67）上的四个支撑定位孔（68）后与铁芯体（67）相接；

所述的仪用步进电机本体中的三级减速齿轮传动机构存在如下的啮合关系：永磁转子体A（61）是主动轮，它与传动从动轮B（62）啮合传动，组成一级减速传动结构；传动从动轮B（62）与传动从动轮C（63）啮合传动，组成二级减速传动结构；传动从动轮C再与转动轴从动轮D（64）啮合传动，组成三级减速传动结构；所述的转动轴（65）与转动轴从动轮D（64）同轴相连，保证转动轴从动轮D（64）转动时同步带动转动轴（65）；

所述壳体（1）内部相邻边的转角处分别有一个安装台阶（15），所述的壳盖（2）上有六个壳盖安装孔（21），所述的PCB电路板（5）上开有六个安装定位孔（56），装配时，焊接好元件后的PCB电路板（5）先搁放在壳体（1）的安装台阶（15）上，盖上壳盖（2）后，将螺丝穿过壳盖（2）上的壳盖安装孔（21）、PCB电路板（5）上的安装定位孔（56）后,分别与壳体（1）上的安装台阶（15）相连成一个整体，所述的转动轴（65）从转动轴从动轮D（64）中心伸出，穿过壳体（1）上的出轴圆柱体（14）后，再与外部指针套接。

2.根据权利要求1所述的一种基于RS485总线的数字指针驱动用步进电机，其特征在于：所述的永磁转子体A（61）为六齿结构，采用钕铁硼材料。

3.根据权利要求1所述的一种基于RS485总线的数字指针驱动用步进电机，其特征在于：所述的传动从动轮B（62）、从动轮C（63）和转动轴从动轮D（64）均采用尼龙66材料。

4.根据权利要求1所述的一种基于RS485总线的数字指针驱动用步进电机，其特征在于：所述的转动轴（65）为不锈钢针。

5.根据权利要求1所述的一种基于RS485总线的数字指针驱动用步进电机，其特征在于：所述的铁芯体（67）采用高磁导率的坡莫合金材料。