CN113137139A - 一种智能电机及其控制系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种智能电机的控制系统,包括CPU模块、驱动模块、电源模块和检测模块,CPU模块连接驱动模块和检测模块,电源模块为CPU模块、驱动模块和检测模块供电。具有以下优点:本发明通过检测电流状态,判断电机是否发生堵转,当电流上升时间超过一定时间后,判定电机发生堵转,系统通过角度传感器和位移传感器记录当前开关中齿轮转过的圈数、角度,并记录其为堵转点,控制齿轮后续运转时到达堵转点附近停止,避免发生堵转,在开锁和关锁成功之后,齿轮回归就近原点,并进行清零校准,下一次开锁或者关锁操作时重新进行圈数计算;系统会将开始信号发出后的所有堵转点记录,最大程度保证电机不会发生堵转。
Description
技术领域
本发明是一种智能电机及其控制系统,属于电子控制技术领域。
背景技术
全自动锁的出现,使门锁的智能化程度有了很大的提升,尤其是全自动智能锁安装时不需要更换锁体,适应面广,操作简单,因而受到消费者的欢迎,故而成为智能锁行业的新宠。
但是智能锁主要是依靠直流电机进行转动以实现功能,然而直流电机本身并没有驱动控制保护电路,且直流电机的负载带载能力有限,无法对通过电机的电流进行实时监控以确定电机是否出现堵转。
经实际测量,智能锁所用的390直流电机堵转时电流可达5安培以上,最大扭矩可达18Kg。如此大电流、大扭矩且频繁作用于电池、电机和锁体,会对智能锁造成以下伤害:
1、大电流造成电机快速发热,绕组烧毁。
2、超负荷的扭矩长期作用在锁体上会使传动机构扭曲变形直至损坏。
专利号为CN112180814A、专利名称为一种智能锁驱动电机的控制系统的专利,其有益效果为:通过检测电机的运行状态(电机是否在转)而不是检测电流大小来控制堵转的,工作电流视锁体阻力大小只需在200至500mA之间,在运行到位前,电机一直处于全功率工作状态,虽然运行电流小,但丝毫不影响电机转矩的输出,电机、驱动集成化,无需另外的驱动控制系统,不仅节节省成本而且简单的控制方式大大方便了用户的开发应用,使电池、电机得到良好的保护,锁体也不会因堵转而扭曲变形,大大延长智能锁的使用寿命。
上述专利提供了堵转电流发生时的检测方法,保护了智能锁的电机、电池,避免了锁体的的扭曲变形,大大延长了智能锁的使用寿命,但是只要电机出现了堵转,电机便会受到损害,为避免电机出现损害,应尽量避免电机堵转现象的出现,减少电机堵转的次数。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对以上不足,提供一种智能电机及其控制系统,通过检测电流,判断电机是否发生堵转,当智能锁开关发生堵转时,可自动记忆开关中齿轮的运转位置,控制齿轮后续运转时到达堵转点附近后停止,防止电机发生堵转;不仅如此,在每次开锁或者关锁之后,系统记录的原点位置都会进行清零校准,进行准确记忆。
为解决以上技术问题,本发明采用以下技术方案:
一种智能电机,包括马达,马达一侧安装有轴套,轴套的一侧安装有3#齿轮,3#齿轮包括3#上齿轮和3#下齿轮,3#上齿轮安装于3#下齿轮上方,3#上齿轮和3#下齿轮中央通过旋转轴,3#齿轮连接有2#齿轮,2#齿轮包括2#上齿轮和2#下齿轮,2#上齿轮安装于2#下齿轮上方,2#上齿轮和2#下齿轮中央通过旋转轴,2#齿轮连接有1#齿轮,1#齿轮上设有原点和位移传感器,原点作为齿轮转动圈数的标记,位移传感器用于后续齿轮转动检测,位移传感器连接有主板,进行数据记录,主板连接有角度传感器,角度传感器用于齿轮转动角度的检测记录。
进一步的,所述1#齿轮被外界通过相关工具拨动后,1#齿轮带动与其相连的2#下齿轮,2#下齿轮与2#上齿轮固定连接,进而带动2#上齿轮进行同步转动,2#上齿轮进一步带动与其相连的3#上齿轮,3#上齿轮与3#下齿轮固定连接,3#下齿轮带动轴套进行转动,进而带动马达内部轴承转动,并将转动产生的信号传递至MCU芯片。
一种智能电机及其控制系统,包括CPU模块、驱动模块、电源模块和检测模块,CPU模块连接驱动模块和检测模块,电源模块为CPU模块、驱动模块和检测模块供电。
进一步的,所述CPU模块包括芯片U2,芯片U2的型号为PIC16F1827,芯片U2的1脚连接有接插件P4的1脚,芯片U2的2脚连接有接插件P4的2脚,芯片U2的3脚连接有截止阀J1的1脚一端,截止阀J1的3脚一端连接有电阻R3一端,并接+3.3V;芯片U2的4脚连接有接插件P1的1脚、电阻R3另一端和电容C7一端,电容C7另一端接地,芯片U2的5脚和6脚接地;芯片U2的9脚连接有接插件P3的2脚,接插件P3的1脚接+3.3V,接插件P3的3脚连接有电阻R13一端和芯片U2的12脚,电阻R13另一端接+3.3V。
进一步的,芯片U2的15脚和16脚连接有电容C6一端,并接+3.3V,电容C6另一端接地,芯片U2的14脚连接有截止阀J3一端和接插件P1的4脚,截止阀J3另一端连接有电阻R7一端和接插件P4的3脚,芯片U2的13脚连接有截止阀J4一端和接插件P1的5脚,截止阀J4另一端连接有电阻R8一端和接插件P4的4脚,电阻R7另一端和电阻R8另一端接+3.3V,接插件P4的5脚接地,接插件P1的2脚接+3.3V。
进一步的,所述检测模块包括芯片U5和霍尔传感器U6,芯片U5的型号为MLX90217,霍尔传感器U6的型号为HAL145,芯片U5的1脚连接有电容C8一端并接+3.6V,电容C8另一端接地,芯片U5的2脚接地,芯片U5的3脚连接有电阻R9一端、电阻R11一端和芯片U2的10脚,电阻R9另一端接+3.6V,电阻R11另一端接地。
进一步的,所述霍尔传感器U6的1脚连接有电容C15一端,并接+3.6V,电容C15另一端接地,霍尔传感器U6的2脚接地,霍尔传感器U6的3脚连接有电容C16一端、电阻R10一端、电阻R12一端和芯片U2的7脚,电容C16另一端和电阻R12另一端接地,电阻R10另一端接+3.6V。
进一步的,所述驱动模块包括芯片U4,芯片U4的型号为MX630B,芯片U4的1脚连接有电容C10一端,并接+3.3V,电容C10另一端接地;芯片U4的2脚连接有芯片U2的19脚,芯片U4的3脚连接有芯片U2的20脚,芯片U4的4脚连接有电容C13一端和电容C3一端,并接+8V,电容C3另一端和电容C13另一端接地,芯片U4的8脚连接有接插件P5的1脚,芯片U4的7脚和6脚接地,芯片U4的5脚连接有接插件P5的2脚。
进一步的,所述电源模块包括芯片U1和芯片U7,芯片U1的型号为MIC5205-3.6V,芯片U7的型号为ME6214A-3,芯片U1的1脚连接有电容C14一端,并接+8V,电容C14另一端接地,芯片U1的2脚接地,芯片U1的3脚连接有CPU模块的截止阀J1的2脚,芯片U1的4脚连接有电容C1一端,电容C1另一端接地,芯片U1的5脚连接有电容C26一端和电容C5另一端,并接+3.6V,电容C26另一端和电容C5另一端接地。
进一步的,所述芯片U7的3脚连接有电容C17一端和电容C27一端,并接+8V,电容C17另一端和电容C27另一端接地,芯片U7的1脚接地,芯片U7的2脚连接有电容C28一端和电容C20一端,并接+3.3V;电容C28另一端和电容C20另一端接地。
本发明采用以上技术方案,与现有技术相比,具有如下技术效果:
本发明通过检测电流状态,判断电机是否发生堵转,当电流上升时间超过一定时间后,判定电机发生堵转,系统通过角度传感器和位移传感器记录当前开关中齿轮转过的圈数、角度,并记录其为堵转点,控制齿轮后续运转时到达堵转点附近停止,避免发生堵转,在开锁和关锁成功之后,齿轮回归就近原点,并进行清零校准,下一次开锁或者关锁操作时重新进行圈数计算;系统会将开始信号发出后的所有堵转点记录,最大程度保证电机不会发生堵转。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中,类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中,各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明的结构示意图;
图2至图9为本发明的控制系统电路原理图。
具体实施方式
实施例1,如图1所示,一种智能电机包括马达6,马达6一侧安装有轴套7,轴套7的一侧安装有3#齿轮3,3#齿轮3包括3#上齿轮31和3#下齿轮32,3#上齿轮31安装于3#下齿轮32上方,3#上齿轮31和3#下齿轮32中央通过旋转轴8,3#齿轮3连接有2#齿轮2,2#齿轮2包括2#上齿轮21和2#下齿轮22,2#上齿轮21安装于2#下齿轮22上方,2#上齿轮21和2#下齿轮22中央通过旋转轴9,2#齿轮2连接有1#齿轮1,1#齿轮1上设有原点4和位移传感器5,原点4作为齿轮转动圈数的标记,位移传感器5用于后续齿轮转动检测,位移传感器连接有主板10,进行数据记录,主板10连接有角度传感器9,角度传感器9用于齿轮转动角度的检测记录;1#齿轮1被外界通过相关工具拨动后,1#齿轮1带动与其相连的2#下齿轮22,2#下齿轮22与2#上齿轮21固定连接,进而带动2#上齿轮21进行同步转动,2#上齿轮21进一步带动与其相连的3#上齿轮31,3#上齿轮31与3#下齿轮32固定连接,3#下齿轮32带动轴套7进行转动,进而带动马达1内部轴承转动,并将转动产生的信号传递至MCU芯片。
如图2至图9所示,一种智能电机及其控制系统,包括CPU模块、驱动模块、电源模块和检测模块,CPU模块连接驱动模块和检测模块,电源模块为CPU模块、驱动模块和检测模块供电。
所述CPU模块包括芯片U2,芯片U2的型号为PIC16F1827,芯片U2的1脚连接有接插件P4的1脚,芯片U2的2脚连接有接插件P4的2脚,芯片U2的3脚连接有截止阀J1的1脚一端,截止阀J1的3脚一端连接有电阻R3一端,并接+3.3V;芯片U2的4脚连接有接插件P1的1脚、电阻R3另一端和电容C7一端,电容C7另一端接地,芯片U2的5脚和6脚接地;芯片U2的9脚连接有接插件P3的2脚,接插件P3的1脚接+3.3V,接插件P3的3脚连接有电阻R13一端和芯片U2的12脚,电阻R13另一端接+3.3V;芯片U2的15脚和16脚连接有电容C6一端,并接+3.3V,电容C6另一端接地,芯片U2的14脚连接有截止阀J3一端和接插件P1的4脚,截止阀J3另一端连接有电阻R7一端和接插件P4的3脚,芯片U2的13脚连接有截止阀J4一端和接插件P1的5脚,截止阀J4另一端连接有电阻R8一端和接插件P4的4脚,电阻R7另一端和电阻R8另一端接+3.3V,接插件P4的5脚接地,接插件P1的2脚接+3.3V。
芯片U2用于对接收到的加密信号进行解密,使得电机具有记忆功能。
所述检测模块包括芯片U5和霍尔传感器U6,芯片U5的型号为MLX90217,霍尔传感器U6的型号为HAL145,芯片U5的1脚连接有电容C8一端并接+3.6V,电容C8另一端接地,芯片U5的2脚接地,芯片U5的3脚连接有电阻R9一端、电阻R11一端和芯片U2的10脚,电阻R9另一端接+3.6V,电阻R11另一端接地。
所述霍尔传感器U6的1脚连接有电容C15一端,并接+3.6V,电容C15另一端接地,霍尔传感器U6的2脚接地,霍尔传感器U6的3脚连接有电容C16一端、电阻R10一端、电阻R12一端和芯片U2的7脚,电容C16另一端和电阻R12另一端接地,电阻R10另一端接+3.6V。
所述检测模块可提供高度精准的数据采集功能,和精确、稳定的磁性开关点,具备较高的工作频率、先进的斩波稳定技术和最佳的角度精度,没有斩波延迟。
所述驱动模块包括芯片U4,芯片U4的型号为MX630B,芯片U4的1脚连接有电容C10一端,并接+3.3V,电容C10另一端接地;芯片U4的2脚连接有芯片U2的19脚,芯片U4的3脚连接有芯片U2的20脚,芯片U4的4脚连接有电容C13一端和电容C3一端,并接+8V,电容C3另一端和电容C13另一端接地,芯片U4的8脚连接有接插件P5的1脚,芯片U4的7脚和6脚接地,芯片U4的5脚连接有接插件P5的2脚。
所述驱动电路具备温度迟滞电路、温度检测电路和限流保护电路,温度检测电路可实时监控芯片内部发热,当芯片内部温度超过设定值时(典型值150℃),产生功率管关断信号,关闭负载电流,避免因异常使用导致的温度持续升高,进而造成塑料封装冒烟、起火等严重安全事故;温度迟滞电路在确保电路恢复到安全温度后,才允许重新对功率管进行控制;限流保护电路功能在于当流过功率管电流超过设定值时,内部电路限流保护电路启动,功率管最大输出电流将被限制在设定值。该功能可确保电路输出端口与地短路、输出端口之间短路时,电路不烧毁。
所述电源模块包括芯片U1和芯片U7,芯片U1的型号为MIC5205-3.6V,芯片U7的型号为ME6214A-3,芯片U1的1脚连接有电容C14一端,并接+8V,电容C14另一端接地,芯片U1的2脚接地,芯片U1的3脚连接有CPU模块的截止阀J1的2脚,芯片U1的4脚连接有电容C1一端,电容C1另一端接地,芯片U1的5脚连接有电容C26一端和电容C5另一端,并接+3.6V,电容C26另一端和电容C5另一端接地。
所述芯片U7的3脚连接有电容C17一端和电容C27一端,并接+8V,电容C17另一端和电容C27另一端接地,芯片U7的1脚接地,芯片U7的2脚连接有电容C28一端和电容C20一端,并接+3.3V;电容C28另一端和电容C20另一端接地。
本发明的流程如下:上电初始化后,系统等待第一次操作,当接收到开关信号之后,系统开始运转,当转到一个电流上升位置之后,进行50毫秒的延时检测,如果50毫秒之后电流仍然处于上升位置,那么判定电机处于堵转,位移传感器检测齿轮数过原点的齿数,然后记录当前位置为堵转点,MCU对于齿轮发生堵转时,齿轮转过的角度、圈数进行存储,下次开锁时控制齿轮到达堵转点附近位置停止,开锁操作完成后,齿轮回到就近原点,并将转过的圈数重新清零校准,保证下次操作的准确性;如果齿轮第一次操作并未达到开锁状态就发生堵转,说明开锁失败,重新进行操作。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的,而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好的说明本发明的原理和实际应用,并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
Claims (10)
1.一种智能电机,其特征在于:包括马达(6),马达(6)一侧安装有轴套(7),轴套(7)的一侧安装有3#齿轮(3),3#齿轮(3)包括3#上齿轮(31)和3#下齿轮(32),3#上齿轮(31)安装于3#下齿轮(32)上方,3#上齿轮(31)和3#下齿轮(32)中央通过旋转轴(8),3#齿轮(3)连接有2#齿轮(2),2#齿轮(2)包括2#上齿轮(21)和2#下齿轮(22),2#上齿轮(21)安装于2#下齿轮(22)上方,2#上齿轮(21)和2#下齿轮(22)中央通过旋转轴(9),2#齿轮(2)连接有1#齿轮(1),1#齿轮(1)上设有原点(4)和位移传感器(5),原点(4)作为齿轮转动圈数的标记,位移传感器(5)用于后续齿轮转动检测,位移传感器连接有主板(10),进行数据记录,主板(10)连接有角度传感器(9),角度传感器(9)用于齿轮转动角度的检测记录。
2.如权利要求1所述的一种智能电机,其特征在于:所述1#齿轮(1)被外界通过相关工具拨动后,1#齿轮(1)带动与其相连的2#下齿轮(22),2#下齿轮(22)与2#上齿轮(21)固定连接,进而带动2#上齿轮(21)进行同步转动,2#上齿轮(21)进一步带动与其相连的3#上齿轮(31),3#上齿轮(31)与3#下齿轮(32)固定连接,3#下齿轮(32)带动轴套(7)进行转动,进而带动马达1内部轴承转动,并将转动产生的信号传递至MCU芯片。
3.一种如权利要求1-2中任意一权利要求所述的一种智能电机的控制系统,其特征在于:包括CPU模块、驱动模块、电源模块和检测模块,CPU模块连接驱动模块和检测模块,电源模块为CPU模块、驱动模块和检测模块供电。
4.如权利要求3所述的一种智能电机的控制系统,其特征在于:所述CPU模块包括芯片U2,芯片U2的型号为PIC16F1827,芯片U2的1脚连接有接插件P4的1脚,芯片U2的2脚连接有接插件P4的2脚,芯片U2的3脚连接有截止阀J1的1脚一端,截止阀J1的3脚一端连接有电阻R3一端,并接+3.3V;芯片U2的4脚连接有接插件P1的1脚、电阻R3另一端和电容C7一端,电容C7另一端接地,芯片U2的5脚和6脚接地;芯片U2的9脚连接有接插件P3的2脚,接插件P3的1脚接+3.3V,接插件P3的3脚连接有电阻R13一端和芯片U2的12脚,电阻R13另一端接+3.3V。
5.如权利要求3所述的一种智能电机的控制系统,其特征在于:芯片U2的15脚和16脚连接有电容C6一端,并接+3.3V,电容C6另一端接地,芯片U2的14脚连接有截止阀J3一端和接插件P1的4脚,截止阀J3另一端连接有电阻R7一端和接插件P4的3脚,芯片U2的13脚连接有截止阀J4一端和接插件P1的5脚,截止阀J4另一端连接有电阻R8一端和接插件P4的4脚,电阻R7另一端和电阻R8另一端接+3.3V,接插件P4的5脚接地,接插件P1的2脚接+3.3V。
6.如权利要求3所述的一种智能电机的控制系统,其特征在于:所述检测模块包括芯片U5和霍尔传感器U6,芯片U5的型号为MLX90217,霍尔传感器U6的型号为HAL145,芯片U5的1脚连接有电容C8一端并接+3.6V,电容C8另一端接地,芯片U5的2脚接地,芯片U5的3脚连接有电阻R9一端、电阻R11一端和芯片U2的10脚,电阻R9另一端接+3.6V,电阻R11另一端接地。
7.如权利要求3所述的一种智能电机的控制系统,其特征在于:所述霍尔传感器U6的1脚连接有电容C15一端,并接+3.6V,电容C15另一端接地,霍尔传感器U6的2脚接地,霍尔传感器U6的3脚连接有电容C16一端、电阻R10一端、电阻R12一端和芯片U2的7脚,电容C16另一端和电阻R12另一端接地,电阻R10另一端接+3.6V。
8.如权利要求3所述的一种智能电机的控制系统,其特征在于:所述驱动模块包括芯片U4,芯片U4的型号为MX630B,芯片U4的1脚连接有电容C10一端,并接+3.3V,电容C10另一端接地;芯片U4的2脚连接有芯片U2的19脚,芯片U4的3脚连接有芯片U2的20脚,芯片U4的4脚连接有电容C13一端和电容C3一端,并接+8V,电容C3另一端和电容C13另一端接地,芯片U4的8脚连接有接插件P5的1脚,芯片U4的7脚和6脚接地,芯片U4的5脚连接有接插件P5的2脚。
9.如权利要求3所述的一种智能电机的控制系统,其特征在于:所述电源模块包括芯片U1和芯片U7,芯片U1的型号为MIC5205-3.6V,芯片U7的型号为ME6214A-3,芯片U1的1脚连接有电容C14一端,并接+8V,电容C14另一端接地,芯片U1的2脚接地,芯片U1的3脚连接有CPU模块的截止阀J1的2脚,芯片U1的4脚连接有电容C1一端,电容C1另一端接地,芯片U1的5脚连接有电容C26一端和电容C5另一端,并接+3.6V,电容C26另一端和电容C5另一端接地。
10.如权利要求9所述的一种智能电机的控制系统,其特征在于:所述芯片U7的3脚连接有电容C17一端和电容C27一端,并接+8V,电容C17另一端和电容C27另一端接地,芯片U7的1脚接地,芯片U7的2脚连接有电容C28一端和电容C20一端,并接+3.3V;电容C28另一端和电容C20另一端接地。
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