CN200953541Y - H桥控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种H桥控制系统，包括：用于进行电机的正转或反转的控制、电机速度的控制、进行各种检测的主控制器MCU；用于驱动电动机，以实现所需要的功能并保护H桥驱动电路的电机的H桥驱动器及保护电路；用于驱动H桥驱动器、提供足够的驱动电流，以保证H桥驱动器的稳定可靠的动作的H桥驱动电路；用于进行各种检测的检测单元，包括H桥驱动器的温度检测电路、电机的温度检测电路、电机的电流检测电路以及电池电压检测电路；以及用于与遥控器进行通信的通信模组；所述H桥驱动器及保护电路、检测单元、H桥驱动电路、遥控器通信模组分别与所述MCU相连。本实用新型可以保证用户在使用产品的过程中了解产品的运行状态，从而有效的进行控制。

Description

H桥控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种H桥控制系统。

背景技术

在现在工业、农业实践中，H桥(H-Bridge)电机驱动电路很常见，运用也非常的普遍。但是，现有的H桥驱动电路及整个控制系统都没有保护功能，只能进行一些简单的控制操作。为提高产品的可靠性和安全性，需要在现有产品上增加保护电路和改良的驱动电路。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，克服上述现有技术存在的不足，提供一种H桥控制系统，以保证用户在使用产品的过程中了解产品的运行状态，从而有效的进行控制。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种H桥控制系统，包括：

用于进行电机的正转或反转的控制、电机速度的控制、进行各种检测的主控制器MCU；

用于驱动电动机，以实现所需要的功能并保护H桥驱动电路的电机的H桥驱动器及保护电路；

用于驱动H桥驱动器、提供足够的驱动电流，以保证H桥驱动器的稳定可靠的动作的H桥驱动电路；

用于进行各种检测的检测单元，包括H桥驱动器的温度检测电路、电机的温度检测电路、电机的电流检测电路以及电池电压检测电路；以及

用于与遥控器进行通信的通信模组；

所述H桥驱动器及保护电路、检测单元、H桥驱动电路、遥控器通信模组分别与所述MCU相连。

进一步地，所述MCU包括相连的芯片U6、J2，其具有4KByte的闪存Flash，256Byte的随机存储器RAM，10Bit模拟数字转换AD，及256Byte的电可擦除只读存储器EEPROM。

进一步地，所述H桥驱动器及保护电路包括：

直流串励马达M1，二极管D1、D2、D3、D4，K1、K2、K3、K4，电阻R26、R27，其中二极管D1与K1并联，D2与K2并联，D3与K3并联，D4与K4并联；或

直流永磁马达MG1，二极管D1、D2、D3、D4，K1、K2、K3、K4，电阻R25，其中二极管D1与K1并联，D2与K2并联，D3与K3并联，D4与K4并联；或

直流串励马达M1，金属氧化物半导体场效应晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12，电阻R25；或

直流永磁马达MG1，MOSFET管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12，电阻R25。

进一步地，所述H桥驱动电路包括：

相连的芯片U3、U4、U5；或

芯片U3、U4、U5、U6，二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6，电阻R20、R23、R31、R32、R33、R34、R35、R36，电容C6、C8、C10、C18，其中二极管D3与电阻R32并联，D4与R31并联，D5与R33并联，D6与R34并联。

进一步地，

所述H桥驱动器的温度检测电路用于检测H桥驱动器温度，以监测在驱动电机的过程中驱动器温度过高的情况，其包括电阻R18、R23，电容C13，其中电阻R23与电容C13并联，再与电阻R18串联；

所述电机的温度检测电路用于检测电动机的温度，监测电机的温度，其包括电阻R17、R22，电容C12，其中电阻R22与电容C12并联，再与电阻R17串联；

所述电池电压检测电路用于检测供给H桥控制系统的电池的电压，其包括电阻R19、R24，电容C14，其中电阻R24与电容C14并联，再与电阻R19串联；以及

所述电机的电流检测电路用于检测H桥的电流的大小，其包括：

运算放大器U1A、U1B，电阻R8、R9、R10、R11、R12、R13、R16、R25，电容C1、C3、C7；或

运算放大器U1A、U1B，电阻R8、R9、R10、R11、R12、R13、R16，电容C1、C2、C3、C7；或

运算放大器U1A、U1B，电阻R8、R9、R10、R11、R12、R13、R16、R27，电容C1、C3、C7；或

运算放大器U1A、U1B，电阻R8、R9、R10、R11、R12、R13、R16，电容C1、C3、C7。

进一步地，所述通信模组包括无线通信模组和有线通信模组，

所述无线通信模组是频率为2.4GHz的无线模组，用于与无线摇控器进行通讯，并进行系统的控制，其包括芯片J1，与之相连的电阻R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7，R14，R15，电容C4；以及

所述有线通信模组是一有线通信接口电路，用于与外接有线摇控器连接进行通讯，并进行系统的控制，其包括芯片J3，与之相连的电阻R20、R21。

进一步地，还包括：

与12V电池相连，将12V电压转换为5V，用于给系统提供工作电源的5V电源稳压电路，其包括：芯片U7，与之相连的二极管D5，电容C8、C9、C10、C11，电感L1，其中电容C9、C10、二极管D5相并联，电容C10、C11相并联再与电感L1相连；以及

与5V电源稳压电路相连，将5V电压转换为3.3V电压，用于给2.4GHz的无线模组提供需要的工作电压的3.3V电源稳压电路，其包括芯片U2，与之相连的电容C5、C6。

本实用新型具有以下有益的效果：具有检测各项工作状态功能，例如电池电压、H桥驱动器温度、电机的温度、电机电流等，本实用新型可以记录错误操作时的一切系统信息，包括电池电压低于设定值次数、电机电流大于设定值次数、电机温度高于设定值次数、驱动器温度高于设定值次数、电机电刷已磨损并继续使用的设定次数；本实用新型还具有动态设置电压报警、电流报警、温度报警值的功能；且有电机电刷过磨损报警值设定，本系统具有在电机电刷已经磨损报警的时候，用户可以设定是否允许电机电刷继续使用的功能。

附图说明

图1是本实用新型H桥控制系统的电路原理方框图。

图2是本实用新型H桥控制系统第一实施例的电路连接图。

图3是本实用新型H桥控制系统第二实施例的电路连接图。

图4是本实用新型H桥控制系统第三实施例的电路连接图。

图5是本实用新型H桥控制系统第四实施例的电路连接图。

图6是本实用新型H桥控制系统的控制流程图。

图7是在图6所示流程中进行各项工作状态检测的具体流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进行详细描述。

请参照图1所示，本实用新型H桥控制系统主要包括主控制器MCU、分别与MCU相连的H桥驱动器及保护电路、通信模组、以及检测单元，所述通信模组包括有线通信模组和无线通信模组，所述检测单元包括H桥驱动器的温度检测电路、电机的温度检测电路、电机的电流检测电路以及电池电压检测电路。

主控制器MCU用于控制整个系统，例如：进行电机的正转或反转的控制、电机速度的控制、进行各种检测如：电机温度的检测、电流的检测、电池电压的检测、时间的检测等。其具有4KByte的闪存Flash，256Byte的随机存储器RAM，10Bit模拟数字转换器AD，及256Byte的电可擦除只读存储器EEPROM。请同时参照图2-5所示，本实用新型的实施例中，主控制器均包括相连的芯片U6、J2。

电机的H桥驱动器及保护电路的主要功能是：驱动电动机，以实现所需要的功能并保护H桥驱动电路。请同时参照图2-5所示，第一实施例中，其包括：直流串励马达M1，二极管D1、D2、D3、D4，继电器K1、K2、K3、K4，电阻R26、R27，其中二极管D1与K1并联，D2与K2并联，D3与K3并联，D4与K4并联；第二实施例中，其包括：直流永磁马达MG1，二极管D1、D2、D3、D4，K1、K2、K3、K4，电阻R25，其中二极管D1与K1并联，D2与K2并联，D3与K3并联，D4与K4并联；第三实施例中，其包括：直流串励马达M1，金属氧化物半导体场效应晶体管(Metallic Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12，电阻R25；第四实施例中，其包括：直流永磁马达MG1，MOSFET管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12，电阻R25。

电机的H桥驱动器由驱动H桥的驱动电路提供有足够的电流来驱动，以保证H桥驱动的稳定可靠的动作。请同时参照图2-5所示，第一、第二实施例中，所述驱动电路包括相连的芯片U3、U4、U5；第三、第四实施例中，所述驱动电路包括：芯片U3、U4、U5、U6，二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6，电阻R20、R23、R31、R32、R33、R34、R35、R36，电容C6、C8、C10、C18，其中二极管D3与电阻R32并联，D4与R31并联，D5与R33并联，D6与R34并联。

H桥驱动器的温度检测电路用于检测H桥驱动器温度，以监测在驱动电机的过程中驱动器温度过高的情况。请同时参照图2-5所示，本实用新型的实施例中，其包括电阻R18、R23，电容C13，其中电阻R23与电容C13并联，再与电阻R18串联。

电机的温度检测电路用于检测电动机的温度，监测电机的温度。请同时参照图2-5所示，本实用新型的实施例中，其包括电阻R17、R22，电容C12，其中电阻R22与电容C12并联，再与电阻R17串联。

电池电压检测电路用于检测供给H桥控制系统的电池的电压。请同时参照图2-5所示，本实用新型的实施例中，其包括电阻R19、R24，电容C14，其中电阻R24与电容C14并联，再与电阻R19串联。

电机的电流检测电路用于检测H桥的电流的大小。请同时参照图2-5所示，第一实施例中，其包括：运算放大器U1A、U1B，电阻R8、R9、R10、R11、R12、R13、R16、R25，电容C1、C3、C7；第二实施例中，其包括：运算放大器U1A、U1B，电阻R8、R9、R10、R11、R12、R13、R16，电容C1、C2、C3、C7；第三实施例中，其包括：运算放大器U1A、U1B，电阻R8、R9、R10、R11、R12、R13、R16、R27，电容C1、C3、C7；第四实施例中，其包括：运算放大器U1A、U1B，电阻R8、R9、R10、R11、R12、R13、R16，电容C1、C3、C7。

本实用新型中的无线通信模组是频率为2.4GHz的无线模组，用于与无线摇控器进行通讯，并进行系统的控制。请同时参照图2-5所示，本实用新型的实施例中，其包括芯片J1，与之相连的电阻R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7，R14，R15，电容C4。

本实用新型中的有线通信模组是一有线通信接口电路，用于与外接有线摇控器连接进行通讯，并进行系统的控制。请同时参照图2-5所示，本实用新型的实施例中，其包括芯片J3，与之相连的电阻R20、R21。

本实用新型还提供5V电源稳压电路，与12V电池相连，将12V电压转换为5V，用于给系统提供工作电源。请同时参照图2-5所示，本实用新型的实施例中，其包括：芯片U7，与之相连的二极管D5，电容C8、C9、C10、C11，电感L1，其中电容C9、C10、二极管D5相并联，电容C10、C11相并联再与电感L1相连。

本实用新型还提供3.3V电源稳压电路，与5V电源稳压电路相连，将5V电压转换为3.3V电压，用于给2.4GHz的无线模组提供需要的工作电压。请同时参照图2-5所示，本实用新型的实施例中，其包括芯片U2，与之相连的电容C5、C6。

请参照图6所示，本实用新型H桥控制系统的具体控制流程如下：

步骤一，H桥控制系统进行初始化，时钟是8MHz，配置将模拟信号转换为数字信号的AD通道。在以后的模拟信号采集中即可不再重复进行通道配置。

步骤二，判断是否接收到有线或无线遥控器发送的命令：

1、如果是则清除超时值。

2、如果不是则在超时值上自动加1，再判断超时是否已有100ms，如果是关闭H桥驱动电路，清除超时值，重新判断是否成功接收到命令，如果没有100ms，也重新判断是否成功接收到命令。

步骤三，根据命令进行相应的控制：

1、如果是“IN”或“OUT”命令，则根据其附带的参数进行PWM(脉宽调制)频率的控制。

2、如果是读取系统状态命令，如果是则进行电池电压检测、电机温度检测、电机电流检测、驱动器温度检测，并将相应的转换值放入对应的位置。然后将转换后的值发送给有线或无线遥控器。

3、如果是设定报警值命令，如果是则根据命令附带的参数进行报警值的设定并将设定值写入主控制器的EEPROM中。

4、如果是关闭系统命令，如果是则关闭系统，如果不是则返回步骤二。

请再参照图7所示，如果接收到读取系统状态命令，则需要进行各项工作状态的检测，流程如下：

步骤S1，从主控制器的EEPROM中读出所有检测的设定值。

步骤S2，选择电压检测通道，开始检测转换，即启动AD进行当前电压值的检测。

首先判断电池电压是否小于设定值，如果不是则置电压检测标志为假；如果是则置电压检测标志为真，并进入步骤S3。

步骤S3，选择电流检测通道，开始检测转换，即启动AD进行当前电流值的检测。

首先判断电机电流是否高于设定值，如果不是则置电流检测标志为假；如果是则置电流检测标志为真，并进入步骤S4。

步骤S4，选择电机温度检测通道并开始检测转换。

首先判断电机温度是否高于设定值，如果不是则置温度检测标志1为假；如果是则置温度检测标志1为真，并进入步骤S5。

步骤S5，选择驱动器温度检测通道，开始检测转换，即启动AD进行当前驱动器温度值的检测。

首先判断驱动器温度是否高于设定值，如果不是则置温度检测标志2为假；如果是则置温度检测标志2为真，并进入步骤S6。

步骤S6，判断测定电流是否大于设定的电刷电流的报警值，如果不是则完成检测；如果是则进入步骤S7。

步骤S7，判断速度是否大于电机的正常值，如果是则置电刷已磨损报警标志为真；如果不是则置电刷已磨损报警标志为假，并完成检测。

步骤S6与S7主要用于通过同时对电刷电流和电机速度的检测，来判断电刷是否已磨损。

步骤S8，判断测定电流是否大于设定的电刷电流的报警值，如果不是则完成检测；如果是则进入步骤S9。

步骤S9，判断速度是否大于电机的正常值，如果是则置电刷过度磨损报警标志为真；如果不是则置电刷过度磨损报警标志为假，并完成检测。

步骤S8与S9主要用于通过同时对电刷电流和电机速度的检测，来判断电刷是否已过度磨损。

本实用新型增加了许多的保护电路和改良的驱动电路，可以保证用户在使用产品的过程中了解产品的运行状态，从而有效的进行控制，减少了意外事故的发生率，提高了生产效率和人操作人员的人身安全。

Claims (7)

1、一种H桥控制系统，其特征在于：包括：

用于进行电机的正转或反转的控制、电机速度的控制、进行各种检测的主控制器MCU；

用于驱动电动机，以实现所需要的功能并保护H桥驱动电路的电机的H桥驱动器及保护电路；

用于驱动H桥驱动器、提供足够的驱动电流，以保证H桥驱动器的稳定可靠的动作的H桥驱动电路；

用于进行各种检测的检测单元，包括H桥驱动器的温度检测电路、电机的温度检测电路、电机的电流检测电路以及电池电压检测电路；以及

用于与遥控器进行通信的通信模组；

所述H桥驱动器及保护电路、检测单元、H桥驱动电路、遥控器通信模组分别与所述MCU相连。

2、根据权利要求1所述的H桥控制系统，其特征在于：所述MCU包括相连的芯片U6、J2，其具有4KByte的闪存Flash，256Byte的随机存储器RAM，10Bit模拟数字转换AD，及256Byte的电可擦除只读存储器EEPROM。

3、根据权利要求1所述的H桥控制系统，其特征在于：所述H桥驱动器及保护电路包括：

直流串励马达M1，二极管D1、D2、D3、D4，K1、K2、K3、K4，电阻R26、R27，其中二极管D1与K1并联，D2与K2并联，D3与K3并联，D4与K4并联；或

直流永磁马达MG1，二极管D1、D2、D3、D4，K1、K2、K3、K4，电阻R25，其中二极管D1与K1并联，D2与K2并联，D3与K3并联，D4与K4并联；或

直流串励马达M1，金属氧化物半导体场效应晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12，电阻R25；或

直流永磁马达MG1，MOSFET管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12，电阻R25。

4、根据权利要求1所述的H桥控制系统，其特征在于：所述H桥驱动电路包括：

相连的芯片U3、U4、U5；或

芯片U3、U4、U5、U6，二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6，电阻R20、R23、R31、R32、R33、R34、R35、R36，电容C6、C8、C10、C18，其中二极管D3与电阻R32并联，D4与R31并联，D5与R33并联，D6与R34并联。

5、根据权利要求1所述的H桥控制系统，其特征在于：

所述H桥驱动器的温度检测电路用于检测H桥驱动器温度，以监测在驱动电机的过程中驱动器温度过高的情况，其包括电阻R18、R23，电容C13，其中电阻R23与电容C13并联，再与电阻R18串联；

所述电机的温度检测电路用于检测电动机的温度，监测电机的温度，其包括电阻R17、R22，电容C12，其中电阻R22与电容C12并联，再与电阻R17串联；

所述电池电压检测电路用于检测供给H桥控制系统的电池的电压，其包括电阻R19、R24，电容C14，其中电阻R24与电容C14并联，再与电阻R19串联；以及

所述电机的电流检测电路用于检测H桥的电流的大小，其包括：

运算放大器U1A、U1B，电阻R8、R9、R10、R11、R12、R13、R16、R25，电容C1、C3、C7；或

运算放大器U1A、U1B，电阻R8、R9、R10、R11、R12、R13、R16，电容C1、C2、C3、C7；或

运算放大器U1A、U1B，电阻R8、R9、R10、R11、R12、R13、R16、R27，电容C1、C3、C7；或

运算放大器U1A、U1B，电阻R8、R9、R10、R11、R12、R13、R16，电容C1、C3、C7。

6、根据权利要求1所述的H桥控制系统，其特征在于：所述通信模组包括无线通信模组和有线通信模组，

所述无线通信模组是频率为2.4GHz的无线模组，用于与无线摇控器进行通讯，并进行系统的控制，其包括芯片J1，与之相连的电阻R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7，R14，R15，电容C4；以及

所述有线通信模组是一有线通信接口电路，用于与外接有线摇控器连接进行通讯，并进行系统的控制，其包括芯片J3，与之相连的电阻R20、R21。

7、根据权利要求1所述的H桥控制系统，其特征在于：还包括：

与12V电池相连，将12V电压转换为5V，用于给系统提供工作电源的5V电源稳压电路，其包括：芯片U7，与之相连的二极管D5，电容C8、C9、C10、C11，电感L1，其中电容C9、C10、二极管D5相并联，电容C10、C11相并联再与电感L1相连；以及

与5V电源稳压电路相连，将5V电压转换为3.3V电压，用于给2.4GHz的无线模组提供需要的工作电压的3.3V电源稳压电路，其包括芯片U2，与之相连的电容C5、C6。

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