CN204886768U - 可扩展的多路步进驱动器和可扩展的多路电机控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了可扩展的多路步进驱动器和可扩展的多路电机控制系统。其中，多路步进驱动器包括第一电机驱动模块、第二电机驱动模块和用于控制所述第一电机驱动模块和第二电机驱动模块的控制模块，所述控制模块连接第一电机驱动模块和第二电机驱动模块，所述控制模块通过MODBUS总线连接多路电机驱动电路的上位控制器。本实用新型通过控制模块同时控制第一电机驱动模块和第二电机驱动模块分别驱动一个电机的工作状态，实现了一对多的驱动方式，并且控制模块通过MODBUS总线与多路电机驱动电路的上位控制器通讯，只需一根数据线即可实现上位控制器同时对多个多路步进驱动器进行控制，扩展了驱动路数，从而简化了产品的布线结构，节省了安装空间。

Description

可扩展的多路步进驱动器和可扩展的多路电机控制系统

技术领域

本实用新型涉及电机控制技术，特别涉及可扩展的多路步进驱动器和可扩展的多路电机控制系统。

背景技术

步进电机以其成本低、精确度高、可靠性强以及易于控制等优势，得到越来越广泛的应用，从而极大地推动了步进电机驱动控制技术的进步，并使步进驱动器技术在不断完善中趋于成熟。

但是业界大部分的驱动器都是一对一、且不可扩展的驱动方式，即一个电机驱动器只能对应驱动一个步进电机，而对于每一个步进驱动器都需要有独立的控制端口与上位机控制器进行控制操作。这样不仅造成布线结构复杂，而且安装空间要求较大，对上位控制器的硬件要求也较高，不利于降低成本。

因而现有技术还有待改进和提高。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供可扩展的多路步进驱动器和可扩展的多路电机控制系统，多路步进驱动器采用一对多的驱动方式，从而简化产品布线结构。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种可扩展的多路步进驱动器，其包括第一电机驱动模块、第二电机驱动模块和用于控制所述第一电机驱动模块和第二电机驱动模块的控制模块，所述控制模块连接第一电机驱动模块和第二电机驱动模块，所述控制模块通过MODBUS总线连接多路电机驱动器的上位控制器。

所述的可扩展的多路步进驱动器中，所述第一电机驱动模块包括第一电机驱动芯片和第一电机接线端口，第一电机驱动芯片采用型号为A3972的集成芯片，所述第一电机驱动芯片的OUT_1A端连接第一电机接线端口的第3端，第一电机驱动芯片的OUT_1B端连接第一电机接线端口的第4端，第一电机驱动芯片的OUT_2A端连接第一电机接线端口的第1端，第一电机驱动芯片的OUT_2B端连接第一电机接线端口的第2端，所述第一电机驱动芯片的STROBE端、CLOCK端和DATA端连接控制模块。

所述的可扩展的多路步进驱动器中，第一电机驱动模块还包括第一ES1D管、第二ES1D管、第三ES1D管、第四ES1D管、第五ES1D管、第六ES1D管、第七ES1D管和第八ES1D管，所述第一ES1D管的正极、第四ES1D管的正极、第五ES1D管的正极和第八ES1D管的正极接地，第一ES1D管的负极和第二ES1D管的正极连接第一电机驱动芯片的OUT_2B端，第二ES1D管的负极和第三ES1D管的负极连接24V+供电端，第三ES1D管的正极和第四ES1D管的负极连接第一电机驱动芯片的OUT_2A端，第五ES1D管的负极和第六ES1D管的正极连接第一电机驱动芯片的OUT_1B端，第六ES1D管的负极和第七ES1D管的负极连接24V+供电端，第七ES1D管的正极和第八ES1D管的负极连接第一电机驱动芯片的OUT_1A端。

所述的可扩展的多路步进驱动器中，第一电机驱动模块还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容和第三电容，所述第一电机驱动芯片的OSC端通过第一电阻连接5VCC供电端、还通过第二电阻接地，第一电机驱动芯片的CP1端通过第一电容连接第一电机驱动芯片的CP2端，第一电机驱动芯片的SENSE1端通过第三电阻接地、也通过第二电容接地，第一电机驱动芯片的SENSE2端通过第四电阻接地、也通过第三电容接地。

所述的可扩展的多路步进驱动器中，所述控制模块包括控制芯片，所述控制芯片采用型号为C805F850的集成芯片，所述控制芯片的P1.1端连接第一电机驱动芯片的STROBE端，控制芯片的P1.2端连接第一电机驱动芯片的CLOCK端，控制芯片的P1.3端连接第一电机驱动芯片的DATA端，控制芯片的P0.2端、P0.3端、P0.1/AGND端和P0.0/VREF端通过MODBUS总线连接多路电机驱动器的上位控制器。

所述的可扩展的多路步进驱动器中，所述第二电机驱动模块包括第二电机驱动芯片和第二电机接线端口，第一电机驱动芯片采用型号为A3972的集成芯片，所述第二电机驱动芯片的OUT_1A端连接第二电机接线端口的第3端，第二电机驱动芯片的OUT_1B端连接第二电机接线端口的第4端，第二电机驱动芯片的OUT_2A端连接第二电机接线端口的第1端，第二电机驱动芯片的OUT_2B端连接第二电机接线端口的第2端，所述第二电机驱动芯片的STROBE端连接控制芯片的P1.0端，第二电机驱动芯片的CLOCK端连接控制芯片的P0.7端，第二电机驱动芯片的DATA端连接控制芯片的P0.6端。

一种可扩展的多路电机控制系统，其包括上位控制器、至少两个如上所述的可扩展的多路步进驱动器，所述多路电机驱动器连接多个电机、还通过MODBUS总线连接上位控制器。

相较于现有技术，本实用新型提供的可扩展的多路步进驱动器和可扩展的多路电机控制系统，通过控制模块同时控制第一电机驱动模块和第二电机驱动模块分别驱动一个电机的工作状态，实现了一对多的驱动方式，并且控制模块通过MODBUS总线与多路电机驱动电路的上位控制器通讯，只需一根数据线即可实现上位控制器同时对多个多路步进驱动器进行控制，扩展了驱动路数，从而简化了产品的布线结构，节省了安装空间，而且还降低了对上位控制器的硬件要求，有利于降低产品的整体成本。

附图说明

图1为本实用新型提供的可扩展的多路步进驱动器的结构框图。

图2为本实用新型提供的可扩展的多路步进驱动器中第一电机驱动模块的电路图。

图3为本实用新型提供的可扩展的多路步进驱动器中控制模块的电路图。

图4为本实用新型提供的可扩展的多路步进驱动器中第二电机驱动模块的电路图。

图5为本实用新型提供的可扩展的可扩展的多路电机控制系统的结构框图。

具体实施方式

本实用新型提供可扩展的多路步进驱动器和其控制系统，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1，本实用新型提供的可扩展的多路步进驱动器包括第一电机驱动模块10、第二电机驱动模块20和用于控制所述第一电机驱动模块10和第二电机驱动模块20的控制模块30，所述控制模块30连接第一电机驱动模块10和第二电机驱动模块20，第一电机驱动模块10和第二电机驱动模块20各连接一步进电机，用于驱动步进电机的工作状态，所述控制模块30通过MODBUS总线连接多路电机驱动电路的上位控制器。

本实用新型通过控制模块30同时控制第一电机驱动模块10和第二电机驱动模块20分别驱动一个步进电机工作，实现了一对多的驱动方式，并且控制模块30通过MODBUS总线与多路电机驱动电路的上位控制器，只需一根数据线即可实现上位控制器同时对多个多路步进驱动器进行控制，扩展了驱动路数，从而简化了产品的布线结构，节省了电机驱动器的安装空间，而且还降低了对控制器的硬件要求，有利于降低产品的整体成本。

请一并参阅图2，所述第一电机驱动模块10包括第一电机驱动芯片U1和第一电机接线端口J1，第一电机接线端口J1连接步进电机，所述第一电机驱动芯片U1的OUT_1A端连接第一电机接线端口J1的第3端，第一电机驱动芯片U1的OUT_1B端连接第一电机接线端口J1的第4端，第一电机驱动芯片U1的OUT_2A端连接第一电机接线端口J1的第1端，第一电机驱动芯片U1的OUT_2B端连接第一电机接线端口J1的第2端，所述第一电机驱动芯片U1的STROBE端、CLOCK端和DATA端连接控制模块30，接收控制模块30传输的控制信号，并通过第一电机接线端口J1控制步进电机进行相应的工作。

具体实施时，第一电机驱动模块10还包括第一ES1D管D1、第二ES1D管D2、第三ES1D管D3、第四ES1D管D4、第五ES1D管D5、第六ES1D管D6、第七ES1D管D7和第八ES1D管D8。

其中，所述第一ES1D管D1的正极、第四ES1D管D4的正极、第五ES1D管D5的正极和第八ES1D管D8的正极接地，第一ES1D管D1的负极和第二ES1D管D2的正极连接第一电机驱动芯片U1的OUT_2B端，第二ES1D管D2的负极和第三ES1D管D3的负极连接24V+供电端，第三ES1D管D3的正极和第四ES1D管D4的负极连接第一电机驱动芯片U1的OUT_2A端，第五ES1D管D5的负极和第六ES1D管D6的正极连接第一电机驱动芯片U1的OUT_1B端，第六ES1D管D6的负极和第七ES1D管D7的负极连接24V+供电端，第七ES1D管D7的正极和第八ES1D管D8的负极连接第一电机驱动芯片U1的OUT_1A端。

第一ES1D管D1、第二ES1D管D2、第三ES1D管D3、第四ES1D管D4、第五ES1D管D5、第六ES1D管D6、第七ES1D管D7和第八ES1D管D8均为续流二极管，用于在断电的瞬间起续流作用，从而保护步进电机不被损坏。

请继续参阅图2，第一电机驱动模块10还包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3，所述第一电机驱动芯片U1的OSC端通过第一电阻R1连接5VCC供电端、还通过第二电阻R2接地，第一电机驱动芯片U1的CP1端通过第一电容C1连接第一电机驱动芯片U1的CP2端，第一电机驱动芯片U1的SENSE1端通过第三电阻R3接地、也通过第二电容C2接地，第一电机驱动芯片U1的SENSE2端通过第四电阻R4接地、也通过第三电容C3接地。其中，所述第三电阻R3与第二电容C2，第四电阻R4与第三电容C3分别构成RC滤波电路，主要起滤波作用。

请一并参阅图1、图2和图3，在本实用新型的可扩展的多路步进驱动器中，所述控制模块30包括控制芯片U2，所述控制芯片U2采用型号为C805F850的集成芯片，其与可上位控制器进行通讯，传输所述控制芯片U2的P1.1端连接第一电机驱动芯片U1的STROBE端，控制芯片U2的P1.2端连接第一电机驱动芯片U1的CLOCK端，控制芯片U2的P1.3端连接第一电机驱动芯片U1的DATA端，控制芯片U2的P0.2端、P0.3端、P0.1/AGND端和P0.0/VREF端通过MODBUS总线连接多路电机驱动电路的上位控制器，由控制芯片U2的P0.2端、P0.3端、P0.1/AGND端和P0.0/VREF端接收上位控制器的控制信号，传输给第一电机驱动模块10和第二电机驱动模块20，从而控制相应步进电机的动作。应当说明的是，在其它实施例中，所述控制模块30还可采用其它类型的控制芯片，实现一个控制芯片同时控制三个、四个、甚至更多的步进电机工作。

请参阅图4，所述第二电机驱动模块20包括第二电机驱动芯片U3和第二电机接线端口J2，第二电机接线端口J2连接步进电机，所述第二电机驱动芯片U3的OUT_1A端连接第二电机接线端口J2的第3端，第二电机驱动芯片U3的OUT_1B端连接第二电机接线端口J2的第4端，第二电机驱动芯片U3的OUT_2A端连接第二电机接线端口J2的第1端，第二电机驱动芯片U3的OUT_2B端连接第二电机接线端口J2的第2端，所述第二电机驱动芯片U3的STROBE端连接控制芯片U2的P1.0端，第二电机驱动芯片U3的CLOCK端连接控制芯片U2的P0.7端，第二电机驱动芯片U3的DATA端连接控制芯片U2的P0.6端，接收控制模块30传输的控制信号，并通过第一电机接线端口J1控制步进电机进行相应的工作。

本实施例中，第一电机驱动芯片U1和第二电机驱动芯片U3均采用Allegro公司生产的型号为A3972的集成芯片，通过两颗A3972芯片与一颗C805F850芯片连接，由C805F850芯片采用使能信号和同步时钟对两颗A3972芯片进行选择和控制，实现一对多的驱动方式。由于第二电机驱动模块20与第一电机驱动模块10的硬件电路相同，此处不对第二电机驱动模块20的电路及其工作原理进行详细描述。

本实用新型还相应提供一种可扩展的多路电机控制系统，请参阅图5，所述的多路电机控制系统包括上位控制器和至少两个多路步进驱动器，所述多路电机驱动电路连接多个电机，多路电机驱动电路还通过MODBUS总线连接上位控制器，具体采用482串口线连接上位控制器，由一个上位控制器可实现同时对多个驱动电路进行控制，而且可扩展控制路数，实现了一对多驱动，且可扩展的驱动方式。

综上所述，本实用新型提供的可扩展的多路步进驱动器和其控制系统，通过控制模块同时控制第一电机驱动模块和第二电机驱动模块分别驱动一个电机的工作状态，实现了一对多的驱动方式，并且控制模块通过MODBUS总线与多路电机驱动电路的上位控制器通讯，只需一根数据线即可实现上位控制器同时对多个多路步进驱动器进行控制，扩展了驱动路数，从而简化了产品的布线结构，节省了安装空间，而且还降低了对上位控制器的硬件要求，有利于降低产品的整体成本。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种可扩展的多路步进驱动器，其特征在于，包括第一电机驱动模块、第二电机驱动模块和用于控制所述第一电机驱动模块和第二电机驱动模块的控制模块，所述控制模块连接第一电机驱动模块和第二电机驱动模块，所述控制模块通过MODBUS总线连接多路电机驱动器的上位控制器。

2.根据权利要求1所述的可扩展的多路步进驱动器，其特征在于，所述第一电机驱动模块包括第一电机驱动芯片和第一电机接线端口，第一电机驱动芯片采用型号为A3972的集成芯片，所述第一电机驱动芯片的OUT_1A端连接第一电机接线端口的第3端，第一电机驱动芯片的OUT_1B端连接第一电机接线端口的第4端，第一电机驱动芯片的OUT_2A端连接第一电机接线端口的第1端，第一电机驱动芯片的OUT_2B端连接第一电机接线端口的第2端，所述第一电机驱动芯片的STROBE端、CLOCK端和DATA端连接控制模块。

3.根据权利要求2所述的可扩展的多路步进驱动器，其特征在于，第一电机驱动模块还包括第一ES1D管、第二ES1D管、第三ES1D管、第四ES1D管、第五ES1D管、第六ES1D管、第七ES1D管和第八ES1D管，所述第一ES1D管的正极、第四ES1D管的正极、第五ES1D管的正极和第八ES1D管的正极接地，第一ES1D管的负极和第二ES1D管的正极连接第一电机驱动芯片的OUT_2B端，第二ES1D管的负极和第三ES1D管的负极连接24V+供电端，第三ES1D管的正极和第四ES1D管的负极连接第一电机驱动芯片的OUT_2A端，第五ES1D管的负极和第六ES1D管的正极连接第一电机驱动芯片的OUT_1B端，第六ES1D管的负极和第七ES1D管的负极连接24V+供电端，第七ES1D管的正极和第八ES1D管的负极连接第一电机驱动芯片的OUT_1A端。

4.根据权利要求2所述的可扩展的多路步进驱动器，其特征在于，第一电机驱动模块还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容和第三电容，所述第一电机驱动芯片的OSC端通过第一电阻连接VCC供电端、还通过第二电阻接地，第一电机驱动芯片的CP1端通过第一电容连接第一电机驱动芯片的CP2端，第一电机驱动芯片的SENSE1端通过第三电阻接地、也通过第二电容接地，第一电机驱动芯片的SENSE2端通过第四电阻接地、也通过第三电容接地。

5.根据权利要求2所述的可扩展的多路步进驱动器，其特征在于，所述控制模块包括控制芯片，控制芯片采用型号为C805F850的集成芯片，所述控制芯片的P1.1端连接第一电机驱动芯片的STROBE端，控制芯片的P1.2端连接第一电机驱动芯片的CLOCK端，控制芯片的P1.3端连接第一电机驱动芯片的DATA端，控制芯片的P0.2端、P0.3端、P0.1/AGND端和P0.0/VREF端通过MODBUS总线连接多路电机驱动器的上位控制器。

6.根据权利要求5所述的可扩展的多路步进驱动器，其特征在于，所述第二电机驱动模块包括第二电机驱动芯片和第二电机接线端口，第二电机驱动芯片采用型号为A3972的集成芯片，所述第二电机驱动芯片的OUT_1A端连接第二电机接线端口的第3端，第二电机驱动芯片的OUT_1B端连接第二电机接线端口的第4端，第二电机驱动芯片的OUT_2A端连接第二电机接线端口的第1端，第二电机驱动芯片的OUT_2B端连接第二电机接线端口的第2端，所述第二电机驱动芯片的STROBE端连接控制芯片的P1.0端，第二电机驱动芯片的CLOCK端连接控制芯片的P0.7端，第二电机驱动芯片的DATA端连接控制芯片的P0.6端。

7.一种可扩展的多路电机控制系统，其特征在于，包括上位控制器、至少两个如权利要求1-6任意一项所述的可扩展的多路步进驱动器，所述多路电机驱动器连接多个电机、还通过MODBUS总线连接上位控制器。