CN208015623U - 一种基于can总线的步进驱动器 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种基于CAN总线的步进驱动器，与PC机和若干个从设备连接，包括主机、第一电阻、第二电阻和若干个放电管；主机的正输出端连接第一电阻的一端和第二电阻的一端，主机的负输出端连接第一电阻的另一端和第二电阻的另一端；第一电阻的一端与第二电阻的一端之间连接若干个从设备的正输入端；第一电阻的另一端与第二电阻的另一端之间连接若干个从设备的负输入端，任一从设备的正输入端与负输入端之间连接一放电管。通过第一电阻和第二电阻形成的阻抗匹配电路可解决长距离传输信号阻抗不连续的问题，通过设置放电管来防止感应电压、雷击等造成损害，从而有效解决了现有CAN总线易受环境干扰，造成脉冲丢失的问题。

Description

一种基于CAN总线的步进驱动器

技术领域

本实用新型涉及电机控制领域，尤其涉及一种基于CAN总线的步进驱动器。

背景技术

目前，市场上出现了部分CAN总线的步进驱动器，但控制方式还是以传统的脉冲加方向控制方式为主。这种步进驱动器的控制方式比较单一化，且只能应用于中小型设备。而基于CAN总线的步进驱动器的出现虽然可以解决传统步进电机系统可带轴少和操作繁琐的缺点，且执行效率高，提高生产率。但是，在远距离应用中，CAN总线易受到环境的干扰，造成脉冲丢失。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种基于CAN总线的步进驱动器，以解决现有CAN总线步进驱动器的CAN总线易受环境干扰，造成脉冲丢失的问题。

本实用新型实施例提供一种基于CAN总线的步进驱动器，与PC机和若干个从设备连接，包括：主机、第一电阻、第二电阻和若干个放电管；所述主机的正输出端连接第一电阻的一端和第二电阻的一端，主机的负输出端连接第一电阻的另一端和第二电阻的另一端；第一电阻的一端与第二电阻的一端之间连接若干个从设备的正输入端；第一电阻的另一端与第二电阻的另一端之间连接若干个从设备的负输入端，任一从设备的正输入端与负输入端之间连接一放电管；

所述主机与PC机进行CAN通讯，接收PC机输出的控制指令进行对应工作参数设置和调整，输出对应的控制信号控制相应从设备的电机工作状态。

可选地，所述的基于CAN总线的步进驱动器中，所述放电管为陶瓷气体放电管。

可选地，所述的基于CAN总线的步进驱动器中，所述主机包括一电路板，所述电路板上设置有CAN收发芯片、MCU、驱动电路和电机指示电路；

所述CAN收发芯片与PC机进行CAN总线通讯，将PC机输出的控制指令传输给MCU；MCU根据控制指令对相应从设备的工作参数进行设置和调整，输出对应的PWM脉冲给驱动电路，还输出对应的参数信号给电机指示电路；驱动电路根据PWM脉冲驱动步进电机工作，电机指示电路根据参数信号显示步进电机当前的运转状态

所述MCU连接CAN收发芯片、驱动电路和电机指示电路，所述CAN收发芯片通过CAN总线外接PC机，驱动电路与步进电机电连接。

可选地，所述的基于CAN总线的步进驱动器中，所述步进驱动器与PC机通过CAN总线连接。

可选地，所述的基于CAN总线的步进驱动器中，所述第一电阻和第二电阻的阻值均为120Ω。

本实用新型实施例提供的技术方案中，基于CAN总线的步进驱动器与PC机和若干个从设备连接，包括主机、第一电阻、第二电阻和若干个放电管；所述主机的正输出端连接第一电阻的一端和第二电阻的一端，主机的负输出端连接第一电阻的另一端和第二电阻的另一端；第一电阻的一端与第二电阻的一端之间连接若干个从设备的正输入端；第一电阻的另一端与第二电阻的另一端之间连接若干个从设备的负输入端，任一从设备的正输入端与负输入端之间连接一放电管。所述主机与PC机进行CAN通讯，接收PC机输出的控制指令进行对应工作参数设置和调整，输出对应的控制信号控制相应从设备的电机工作状态。通过第一电阻和第二电阻形成的阻抗匹配电路即可解决长距离传输信号阻抗不连续的问题，大大减少了信号反射现象。通过设置放电管来防止感应电压、雷击等对主机内部芯片造成损害，从而有效解决了现有CAN总线步进驱动器的CAN总线易受环境干扰，造成脉冲丢失的问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例中基于CAN总线的步进驱动器的结构框图。

图2为本实用新型实施例中基于CAN总线的步进驱动器中主机的结构框图。

图3为本实用新型实施例中步进电机走一步的细分示意图。

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，本领域技术人员在没有作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，本实用新型实施例中提供的基于CAN总线的步进驱动器与PC机和若干个从设备连接，所述步进驱动器包括：主机10、第一电阻R1、第二电阻R2和若干个放电管(G1～Gn)。所述主机10的正输出端+连接第一电阻R1的一端和第二电阻R2的一端，主机10的负输出端-连接第一电阻R1的另一端和第二电阻R2的另一端；第一电阻R1的一端与第二电阻R2的一端之间连接若干个从设备的正输入端+；第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的另一端之间连接若干个从设备的负输入端-，任一从设备的正输入端+与负输入端-之间连接一放电管。所述主机与PC机进行CAN通讯，接收PC机输出的控制指令进行对应工作参数设置和调整，输出对应的控制信号控制相应从设备的电机工作状态。

本实施例中，进行上述连接时采用双绞线来形成T字形闭环连接。通过在主机10的输出端与末尾的从设备(设备n，n为正整数)上分别连接一个120欧姆的电阻(即第一电阻R1和第二电阻R2)，这样形成的阻抗匹配电路即可解决长距离传输信号阻抗不连续的问题，大大减少了信号反射现象。并且，每个从设备(设备1至设备n)上均连接了一个放电管，较佳地为陶瓷气体放电管来防止感应电压、雷击等对主机10内部芯片造成损害，相对于传统的步进驱动器电路，本实施例的抗干扰能力强，适应环境强；从而有效解决了现有CAN总线步进驱动器的CAN总线易受环境干扰，造成脉冲丢失的问题。

请一并参阅图2，所述主机10包括一电路板，所述电路板上设置有CAN收发芯片10、MCU 20、驱动电路30和电机指示电路40。所述MCU 30连接CAN收发芯片10、驱动电路30和电机指示电路40，所述CAN收发芯片10通过CAN总线外接PC机，驱动电路30与步进电机电连接。所述CAN收发芯片10采用CAN通讯方式与PC机进行CAN总线通讯，将PC机输出的控制指令传输给MCU；MCU根据控制指令对相应从设备的工作参数进行设置和调整，输出对应的PWM脉冲给驱动电路30，还输出对应的参数信号给电机指示电路40。驱动电路30根据PWM脉冲驱动步进电机工作，电机指示电路40根据参数信号显示步进电机当前的运转状态。

其中，驱动电路30和电机指示电路40为现有技术，此处对其具体电路结构不作详述。本实施例采用CAN收发芯片10进行CAN总线通讯，CAN收发芯片10可采用型号为A的芯片，可以选择TJA1050、TJA1040等。

所述MCU 20可采用型号为B的芯片，可以选择DSP或者基于ARM内核系列的32位单片机。其通讯协议采用CANopen协议，并支持CANopen协议的CIA301子协议及CIA402子协议，可挂载127个从设备。MCU 20中使用的是开源的CANFestival库，修改了心跳报文的bug(程序中的小问题)，添加了自定义对象参数；与现有的输入脉冲式驱动器相比增加了多段位置模式、回原点模式、电流设置、细分设置和可编程输入模式等，功能更加强大。MCU 20通过CAN总线可传输PC机上设置的步进电机的起始速度、加速时间、减速时间、最大速度及总脉冲数等工作参数，实现梯形加减速位置控制功能，具有回原点，多段位置模式等功能。MCU20的具体实现过程为：

多段位置模式，通过CAN总线的SDO或者PDO将最多16段的运行速度、加减速时间、方向等待时间等参数发送至MCU，MCU等待多段位置使能信号。

回原点模式，接收到外部传感器发送的信号或者PC机发送回原点信号。启动回原点模式，回原点的运行速度也是由PC机通过CAN总线发送。

具体参数传至MCU后的处理与原始非总线的算法相同。本实施在对象字典中添加了CIA301子协议和CIA402子协议，兼容性高。如图3：内置微细分示意图。

步进电机运转时，使用示波器查A,B相电流为正弦曲线或者余弦曲线(相差90°)。图3为步进电机走一步的细分示意图(仅示出部分细分)，步进电机每一步最多可以再次细分为200，也即是说步进电机转一圈脉冲最多为40000个。此时t0间隔最短，只要步进电机转速够快，电流曲线就接近与正弦曲线，步进电机运转也就最平滑。MCU执行的时间也会增加，而且在速度较快的时候完全不需要40000个脉冲步进电机转动一圈。因此根据用户的细分设定和速度设定来确定微细分即可解决该问题。

MCU控制电流来控制细分的方式是通过电流闭环实现的。MCU通过定时器发送PWM波，根据PWM波占空比的大小计算出的实际电压值比上所有阻抗既是电流值。根据图3正弦波形和最终细分计算出的给定电流值与MCU中内置的ADC对A,B相的电流采样值做差得出偏差值并进行PI控制，以确保细分的稳定与准确。

本实施例中用户可在PC机上输入所需的细分设定值和速度设定值，PC机生成对应的设定控制指令通过CAN总线传输给MCU。MCU根据设定控制指令调整细分和速度。在用户设定速度较慢，细分较小时，若不增加微细分电流会出现梯形变化，此时MCU自动进行微细分，可以使电流曲线平滑。在高速运转时，若速度够快可不微细分，非常节约MCU运行时间。MCU计算出每时每刻的总细分，转化为对应的电流值发送给电流闭环，最后输出对应的PWM脉冲给驱动电路30。

综上所述，本实用新型提供的基于CAN总线的步进驱动器具有以下优点：

采用CAN总线通讯，支持CANopen协议的CiA301及CiA402子协议，可挂载127个设备，兼容性高。

采用CAN总线技术，运行时无需信号发生器，节约成本，可实现远距离可靠控制，有效的解决干扰环境下脉冲丢失的问题，能达到信号传输平稳、高效、精准的效果。

通过总线能设置电流、细分及锁机电流大小；控制电机启停及对电机运行实时状态进行查询。内置单轴控制器功能，可以通过总线设置起始速度、加速时间、减速时间、最大速度及总脉冲数等工作参数实现梯形加减速位置控制功能，具有回原点，多段位置模式等功能。

低频小细分时具有极佳的平稳性，即电机在小细分低速运行时能达到最大细分运行时一样的平稳度和静音效果，电流波形为完全的正弦波，即使在极低的速度段也不存在阶梯。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种基于CAN总线的步进驱动器，与PC机和若干个从设备连接，其特征在于，包括：主机、第一电阻、第二电阻和若干个放电管；所述主机的正输出端连接第一电阻的一端和第二电阻的一端，主机的负输出端连接第一电阻的另一端和第二电阻的另一端；第一电阻的一端与第二电阻的一端之间连接若干个从设备的正输入端；第一电阻的另一端与第二电阻的另一端之间连接若干个从设备的负输入端，任一从设备的正输入端与负输入端之间连接一放电管；

所述主机与PC机进行CAN通讯，接收PC机输出的控制指令进行对应工作参数设置和调整，输出对应的控制信号控制相应从设备的电机工作状态。

2.根据权利要求1所述的基于CAN总线的步进驱动器，其特征在于，所述放电管为陶瓷气体放电管。

3.根据权利要求2所述的基于CAN总线的步进驱动器，其特征在于，所述主机包括一电路板，所述电路板上设置有CAN收发芯片、MCU、驱动电路和电机指示电路；

所述CAN收发芯片与PC机进行CAN总线通讯，将PC机输出的控制指令传输给MCU；MCU根据控制指令对相应从设备的工作参数进行设置和调整，输出对应的PWM脉冲给驱动电路，还输出对应的参数信号给电机指示电路；驱动电路根据PWM脉冲驱动步进电机工作，电机指示电路根据参数信号显示步进电机当前的运转状态

所述MCU连接CAN收发芯片、驱动电路和电机指示电路，所述CAN收发芯片通过CAN总线外接PC机，驱动电路与步进电机电连接。

4.根据权利要求1所述的基于CAN总线的步进驱动器，其特征在于，所述步进驱动器与PC机通过CAN总线连接。

5.根据权利要求1所述的基于CAN总线的步进驱动器，其特征在于，所述第一电阻和第二电阻的阻值均为120Ω。