CN204615704U - 一种基于arm平台的模块化步进电机控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于ARM平台的模块化步进电机控制器，包括驱动模块、CAN总线通讯模块、电源模块、ARM主控系统和限位传感器。本实用新型使工业自动化中，多轴步进电机集成化控制变得容易，解决了一些复杂课题中，步进电机运动精度不够，各执行单元调度不方便等难题，本实用新型公开的装置使用模块化设计，根据步进电机数量的多少，驱动模块可自由组合，只需通过软件配置，无需再增加其他额外硬件设备，简单、方便，节约了成本，增加了系统可靠性，该实用新型的出现，提高了自动化生产效率，为步进电机及控制器在一体化，轻便化，智能化的发展中提供了一条行之有效的途径。

Description

一种基于ARM平台的模块化步进电机控制器

技术领域

本实用新型涉及一种工业自动化领域，具体是一种基于ARM平台的模块化步进电机控制器。

背景技术

经过三次产业革命的发展，电机产业已经足具规模，其种类繁多且应用广泛，以各类电机及其孵化产品，如驱动器、运动控制器等为支撑的产业链遍布于生产和生活中。其中感应电机凭借其结构简单，制造方便，价格便宜等优势，在机械制造和自动化生产线中普遍应用。而步进电机作为感应电机的一种，已成为机电一体化的关键产品之一，各种自动化控制系统对其驱动技术在运行精度、速度及可靠性等方面也有了进一步的要求。 

近年来，伴随着微电子技术大功率电力电子器件及驱动技术的进步，步进电机在直接数字频率合成(DDS：Direct Digital Synthesizer)技术、自动加减速运行控制方案、细分驱动技术等方面的研究也有了较大突破，各类专用驱动器也纷纷在市场上出现。目前，日本和德国在这类产业中处于世界领先水平；国内在经过了几十年的发展，步进电机及其驱动装置在微机控制的中小型机床和其它自动化装置方面也取得了广泛的应用，但仍然存在效率不高，集成控制不便，基数增大时可扩展性不强等缺点，尤其在低负载多轴运动控制系统中，驱动装置的精度和稳定性仍比较落后。因而国内每年仍会进口大量国外产品，以满足用户的要求。

在开环高分辨率的定位系统中，至今还没有发现更合适取代步进电机的产品，特别是在一些功率相当小的系统中，步进电机更具有无可替代的主流地位。而其驱动装置也在朝着一体化、智能化、模块化的方向发展，对其实时数据的流向和同上位的信息交换也有了较高的要求。本实用新型正是涉及一种可扩展的单台或多台步进电机控制装置，在徐泽清、杨春光等人所设计的步进电机驱动装置的基础上，针对多轴运动系统的控制及工控设备上下位间的通讯，进行模块化设计，可根据需求灵活配置，对于高精度步进电机控制有重大意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于ARM平台的模块化步进电机控制器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种基于ARM平台的模块化步进电机控制器，包括驱动模块、CAN总线通讯模块、电源模块、ARM主控系统和限位传感器，所述驱动模块数量为n个，n的大小由实际被控系统所需步进电机的数量确定，各驱动模块相互独立，每个模块可同时控制两台步进电机，所述ARM主控系统分别连接CAN总线通讯模块、电源模块、驱动模块、限位传感器和警报蜂鸣器及指示灯，所述CAN总线通讯模块还连接上位机，所述CAN总线通讯模块内部通过CAN总线接口电路C1将上位机信号或ARM主控系统信号转化为CAN信号并中继放大每一条CAN信号，通过CAN总线控制电路C2完成CAN协议的解析，通过CAN信号驱动放大电路C3后输出CAN信号,去往上位机或ARM主控系统，此外，预留有RS232/RS485接口电路，所述电源模块由24V开关电源作为总输入，分别经过电压转换电路U3和电压转换电路U4，电压转换电路U3通过保护电路F5为驱动模块分别提供DC12V和DC5V，电压转换电路U4通过基准电压参考电路U5为ARM主控系统提供高精度DC3V3,所述ARM主控系统包括MCU主控制器M1、数据存贮电路U7、GPIO接口电路Gp1、GPIO接口电路Gp2、GPIO接口电路Gp3、GPIO接口电路Gp4和通讯接口电路T1，MCU主控制器M1内部包括7×16路快速I/O端口和4个16为定时器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型使工业自动化中，多轴步进电机集成化控制变得容易，解决了一些复杂课题中，步进电机运动精度不够，各执行单元调度不方便等难题。本实用新型公开的装置使用模块化设计，根据步进电机数量的多少，驱动模块可自由组合，只需通过软件配置，无需再增加其他额外硬件设备，简单、方便，节约了成本，增加了系统可靠性，该实用新型的出现，提高了自动化生产效率，为步进电机及控制器在一体化，轻便化，智能化的发展中提供了一条行之有效的途径。

附图说明

图1为基于ARM平台的模块化步进电机控制器的电路结构框图；

图2为基于ARM平台的模块化步进电机控制器中驱动模块的电路结构框图；

图3为基于ARM平台的模块化步进电机控制器中通讯模块的电路结构框图；

图4为基于ARM平台的模块化步进电机控制器中电源模块的电路结构框图；

图5为基于ARM平台的模块化步进电机控制器中ARM主控系统的电路结构框图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1～5，本实用新型实施例中，一种基于ARM平台的模块化步进电机控制器，包括驱动模块、CAN总线通讯模块、电源模块、ARM主控系统和限位传感器，所述驱动模块数量为n个，n的大小由实际被控系统所需步进电机的数量确定，各驱动模块相互独立，每个模块可同时控制两台步进电机，ARM主控系统分别连接CAN总线通讯模块、电源模块、驱动模块、限位传感器和警报蜂鸣器及指示灯，CAN总线通讯模块还连接上位机，CAN总线通讯模块内部通过CAN总线接口电路C1将上位机信号或ARM主控系统信号转化为CAN信号并中继放大每一条CAN信号，通过CAN总线控制电路C2完成CAN协议的解析，通过CAN信号驱动放大电路C3后输出CAN信号,去往上位机或ARM主控系统，此外，预留有RS232/RS485接口电路，电源模块由24V开关电源作为总输入，分别经过电压转换电路U3和电压转换电路U4，电压转换电路U3通过保护电路F5为驱动模块分别提供DC12V和DC5V，电压转换电路U4通过基准电压参考电路U5为ARM主控系统提供高精度DC3V3,ARM主控系统包括MCU主控制器M1、数据存贮电路U7、GPIO接口电路Gp1、GPIO接口电路Gp2、GPIO接口电路Gp3、GPIO接口电路Gp4和通讯接口电路T1，MCU主控制器M1内部包括7×16路快速I/O端口和4个16为定时器。

本实用新型的工作原理是：整个系统有如下三种运行方式：第一， MCU主控制器M1发送自动运行指令，读取MCU中贮存的完整运动数据，各执行单元发送数据，整个运动系统根据预先设定好的路径规划和动作流程；第二；上位机Host通过CAN总线通讯模块向MCU主控制器M1发送指令，利用配置给各执行单元的软件地址，单独向驱动模块或外围设备发送指令，通过调用MCU中贮存的下位运动子程序，完成各执行单元的单步调试动作；第三，上位机Host或MCU主控制器发送回零指令，各执行单元回到最初运动状态，MCU各I/O口初始化。系统运行过程中，随时MCU随时采集外围传感器信号，及各模块运行状态，存储在MCU中并向上位机反馈，电源模块向各模块提供所需电源电压。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。 

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (1)

1.一种基于ARM平台的模块化步进电机控制器，包括驱动模块、CAN总线通讯模块、电源模块、ARM主控系统和限位传感器，其特征在于，所述驱动模块数量为n个，n的大小由实际被控系统所需步进电机的数量确定，各驱动模块相互独立，每个模块可同时控制两台步进电机，所述ARM主控系统分别连接CAN总线通讯模块、电源模块、驱动模块、限位传感器和警报蜂鸣器及指示灯，所述CAN总线通讯模块还连接上位机，所述CAN总线通讯模块内部通过CAN总线接口电路C1将上位机信号或ARM主控系统信号转化为CAN信号并中继放大每一条CAN信号，通过CAN总线控制电路C2完成CAN协议的解析，通过CAN信号驱动放大电路C3后输出CAN信号,去往上位机或ARM主控系统，此外，预留有RS232/RS485接口电路，所述电源模块由24V开关电源作为总输入，分别经过电压转换电路U3和电压转换电路U4，电压转换电路U3通过保护电路F5为驱动模块分别提供DC12V和DC5V，电压转换电路U4通过基准电压参考电路U5为ARM主控系统提供高精度DC3V3,所述ARM主控系统包括MCU主控制器M1、数据存贮电路U7、GPIO接口电路Gp1、GPIO接口电路Gp2、GPIO接口电路Gp3、GPIO接口电路Gp4和通讯接口电路T1，MCU主控制器M1内部包括7×16路快速I/O端口和4个16为定时器。