CN211151858U - 步进电机的自检系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种步进电机的自检系统，包括：坐标控制单元，用于在接收输入的自检命令之后，控制光耦电路开启，以获取当前光耦输出电平；微步控制单元，与坐标控制单元相连，用于基于当前光耦输出电平与镜头遮光区对应的预设光耦输出电平的关系控制步进电机向镜头目标方向运动，直至当前光耦输出电平发生跳变；坐标控制单元还用于将当前光耦输出电平发生跳变时光耦位置对应的电机坐标确定为步进电机的目标坐标。本实用新型用以解决电机在运动中由于无法确定电机的实际位置而导致电机运动失步的问题。

Description

步进电机的自检系统

技术领域

本实用新型涉及电机驱动领域，尤其涉及一种步进电机的自检系统。

背景技术

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机，在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的，可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，以达到调速的目的。

一般，在系统初始化时无法确定电机的实际位置，即逻辑坐标寄存器中所存储的值无法与电机实际位置相吻合，由此，会导致电机运动失步的问题发生。

有鉴于此，有必要对现有技术中的电机位置的确定方案予以改进，以解决上述技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是在于提供一种步进电机的自检系统，以解决电机在运动中由于无法确定电机的实际位置而导致电机运动失步的问题。

为实现上述目的，本实用新型是这样实现的：

本实用新型提供了一种步进电机的自检系统，包括：

坐标控制单元，用于在接收输入的自检命令之后，控制光耦电路开启，以获取当前光耦输出电平；

微步控制单元，与所述坐标控制单元相连，用于基于所述当前光耦输出电平与镜头遮光区对应的预设光耦输出电平的关系控制所述步进电机向镜头目标方向运动，直至所述当前光耦输出电平发生跳变；

所述坐标控制单元还用于将所述当前光耦输出电平发生跳变时光耦位置对应的电机坐标确定为所述步进电机的目标坐标；

其中，坐标控制单元具有多个寄存器。

本实用新型实施例的有益效果为：

本实用新型实施例的步进电机的自检系统通过坐标控制单元在接收输入的自检命令后控制光耦电路开启，以获取当前光耦输出电平，并通过微步控制单元根据当前光耦输出电平与镜头遮光区对应的预设光耦输出电平的关系控制步进电机向镜头目标方向运动，直至当前光耦输出电平发生跳变，从而通过坐标控制单元将当前光耦输出电平发生跳变时光耦位置对应的电机坐标确定为步进电机的目标坐标。如此，根据当前光耦输出电平的跳变点寻找步进电机的定标点，能够确定步进电机的实际位置，以解决电机在运动中由于无法确定电机的实际位置而导致电机运动失步的问题。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的步进电机的自检系统与主控单元的示意性连接结构图；

图2为图1中坐标控制单元的示意性结构图；

图3为本实用新型另一个实施例的步进电机的自检系统的示意性结构框图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。

以下结合附图，详细说明本实用新型各实施例提供的技术方案。

如图1所示，本实用新型实施例提供一种步进电机的自检系统200，包括：坐标控制单元30，用于在接收输入的自检命令之后，控制光耦电路开启，以获取当前光耦输出电平；微步控制单元20，与坐标控制单元30相连，用于基于当前光耦输出电平与镜头遮光区对应的预设光耦输出电平的关系控制步进电机向镜头目标方向运动，直至当前光耦输出电平发生跳变；坐标控制单元30还用于将当前光耦输出电平发生跳变时光耦位置对应的电机坐标确定为步进电机的目标坐标。其中，坐标控制单元30具有多个寄存器。步进电机的自检系统200还可包括光耦电路控制单元40，用于响应于坐标控制单元30发送的自检命令开启光耦电路。

由于本实用新型实施例的步进电机的自检系统200通过坐标控制单元30在接收输入的自检命令后控制光耦电路开启，以获取当前光耦输出电平，并通过微步控制单元20根据当前光耦输出电平与镜头遮光区对应的预设光耦输出电平的关系控制步进电机向镜头目标方向运动，直至当前光耦输出电平发生跳变，从而通过坐标控制单元30将当前光耦输出电平发生跳变时光耦位置对应的电机坐标确定为步进电机的目标坐标。因此，根据当前光耦输出电平的跳变点寻找步进电机的定标点，能够确定步进电机的实际位置，以解决电机在运动中由于无法确定电机的实际位置而导致电机运动失步的问题。

如图2所示，坐标控制单元30中可包含有36个寄存器，该3个寄存器分别为遮光区对应的逻辑电平寄存器301(用于存储预设光耦输出电平)、光耦位置对应的步进电机逻辑坐标寄存器302(用于存储当前光耦输出电平发生跳变时的电机逻辑坐标)、当前通道坐标寄存器303(用户存储步进电机的物理坐标)。其中，3个寄存器中所存储的值可由用户通过在上位机端输入存储至各个寄存器中。遮光区对应的逻辑电平寄存器301和光耦位置对应的步进电机逻辑坐标寄存器302中的值根据镜头规格进行写入。

需要说明的是，当前通道坐标寄存器303中所存储的值在系统刚初始化时并没有实际意义，即无法通过当前通道坐标寄存器303中所存储的值知道步进电机的实际位置，需要通过坐标控制单元30在自检操作得到光耦位置对应的电机逻辑坐标后，将光耦跳变时对应的电机逻辑坐标寄存器302存储的值填入当前通道坐标寄存器303中，从而使得当前通道的逻辑坐标与光耦跳变时的步进电机逻辑坐标(即目标坐标)相对应。

具体来讲，对于当前通道坐标寄存器303，微步控制单元20驱动步进电机运动的每走完如64细分的一个微步，会发送命令给坐标控制单元30将此寄存器按照运动方向加一或减一，当自检操作结束后，坐标控制单元30则将光耦跳变时对应的电机逻辑坐标寄存器302存储的值填入当前通道坐标寄存器303中，这样便将步进电机的逻辑坐标与步进电机的实际位置所对应。此后，每一次运动，微步控制单元20都会按照上述过程同步坐标，如此，当前通道坐标寄存器303就保存了当前电机所处位置的坐标。

坐标控制单元30可控制光耦电路控制单元40通过LED信号(如图1中的LED1或LEDn信号)打开或关闭各个对应通道的光耦电路(光耦电机集成在镜头中，图中未示出镜头的相关结构)。即坐标控制单元30在接收到通过上位机端输入的电机失步恢复指令后可直接控制光耦电路开启，也可控制光耦电路控制单元40开启光耦电路。图1中光耦电路控制单元40的输入信号VSENS1(或VSENSn)与步进电机的驱动桥(图1中未示出)相连，由于在本实用新型实施例中不着重介绍步进电机的驱动桥，因此在此对步进电机的驱动桥部分不做详细赘述。

其中，光耦电路即光耦是以光为媒介来传输电信号的器件，集成在镜头内部，通常把发光器(红外线发光二极管LED)与受光器(光敏半导体管，光敏电阻)封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，称为光耦导通，同理受光器接收不到光线时，无法产生光电流，与光耦导通相比，两者输出的电平不同，由此通过输出电平的不同判断受光器是否被遮挡。而光耦电路集成在镜头的内部，当光耦电路打开时，电机驱动镜头内各群组由非遮光区移至遮光区，此时光耦输出电平会发生跳变(镜头内各群组在非遮光区或遮光区时对应的光耦输出电平不同)，因此，步进电机驱动镜头内各群组由非遮光区移至遮光区或由遮光区移至非遮光区时光耦电路的输出电平发生变化(目标输出电平发生跳变)，根据光耦电路的输出电平的跳变点确定步进电机位置的定标点(即步进电机实际坐标)。

在一个实施例中，微步控制单元20在预设光耦输出电平与根据坐标控制单元30获取到的当前光耦输出电平相同时控制步进电机向镜头非遮光区方向运动；或者在预设光耦输出电平与根据坐标控制单元30获取到的当前光耦输出电平相反时控制步进电机向镜头遮光区方向运动。

可以理解的是，在自检时，无法确定步进电机的转动方向，此时，可根据坐标控制单元30获取的当前光耦输出电平与预设光耦输出电平之间的对比关系确定步进电机的运动方向。比如，若预设光耦输出电平为高电平时为镜头遮光区对应的输出电平(假设步进电机在80～100区域为镜头遮光区)，则在获取的当前光耦输出电平为高电平(与预设光耦输出电平相同，此时知道步进电机在80～100区域内)时，微步控制单元20控制步进电机向0即非遮光区方向运动，以确定光耦输出电平的跳变点PI点，从而找出光耦位置以确定步进电机的实际位置(即目标坐标)。反之，在获取的当前光耦输出电平为低电平(与预设光耦输出电平相反，此时知道步进电机在0～80区域内)时，微步控制单元20控制步进电机向100即遮光区方向运动，通过光耦输出电平查找到由低到高的跳变点PI点，以确定步进电机的实际位置，从而解决电机在运动中由于无法确定电机的实际位置而导致电机运动失步的问题。

在另一个实施例中，微步控制单元20在预设光耦输出电平与根据坐标控制单元30获取的当前光耦输出电平相同时控制步进电机以第一速度向镜头W端方向大步运动直至当前光耦输出电平发生第一次跳变之后，控制步进电机以第二速度向镜头T端方向单步运动直至当前光耦输出电平发生第二次跳变；或者在预设光耦输出电平与根据坐标控制单元30获取的当前光耦输出电平相反时控制步进电机以第一速度向镜头T端方向大步运动直至当前光耦输出电平发生第一次跳变之后，控制步进电机以第二速度向镜头W端方向单步运动直至当前光耦输出电平发生第二次跳变。此时，坐标控制单元30将当前光耦输出电平发生第二次跳变时光耦位置对应的电机坐标确定为步进电机的目标坐标。

其中，大步运动过程所对应的填写参数为：帧率＝25，延时＝0，步进电机的运动步数＝SPEED*8/25，其中，步进电机运动速度等于启动频率SPEED。单步运动所对应的填写参数为：步进电机的运动步数＝1。

由于光耦电路集成在镜头的内部，当光耦电路打开时，步进电机驱动镜头内各群组由非遮光区移至遮光区，此时光耦输出电平会发生跳变，从而根据光耦输出电平的跳变点确定步进电机位置的定标点。因此，通过光耦电路的目标输出电平查找到由低到高(或由高变低)的跳变点，以确定电机的目标位置，能够解决电机在运动中由于无法确定电机的实际位置而导致电机运动失步的问题。

如图1所示，步进电机的自检系统200包括逻辑控制单元10，与微步控制单元20相连，且与坐标控制单元30相连，逻辑控制单元10用于分别向微步控制单元20和坐标控制单元30发送时钟信号，以驱动微步控制单元20和坐标控制单元30基于时钟信号进行工作。步进电机的自检系统200还包括倍频单元60，倍频单元60的输入端与逻辑控制单元10相连，倍频单元60的输出端分别与微步控制单元20和坐标控制单元30相连，倍频单元60用于对逻辑控制单元10输出的时钟信号执行倍频操作，并将倍频后的时钟信号分别发送至微步控制单元20和坐标控制单元30。

第一方面，逻辑控制单元10向主控单元100提供硬件SPI总线操作接口，由此，主控单元100发出的CS信号通过逻辑控制单元10访问微步控制单元20和坐标控制单元30中的寄存器；第二方面，逻辑控制单元10将主控单元100提供的时钟信号可经由一倍频单元60发送给微步控制单元20和坐标控制单元30，时钟信号的最高频率可高达400MHZ，每个时钟信号的上升沿沿着微步控制单元20和坐标控制单元30执行一次操作，相当于微步控制单元20和坐标控制单元30的心跳。第三方面，接收主控单元100输出的VD、PLS、SCK、SDATA同步信号，以控制微步控制单元20和坐标控制单元30等单元工作。

应理解，主控单元100发出同步信号后，通过SPI总线将步进电机运动参数写入微步控制单元20，并拉高VD控制线，主控单元100响应于用户输入的VD延时时间，通过逻辑控制单元10向微步控制单元20发出开始运动指令，微步控制单元20基于其寄存器中所存储的参数进行单次新的运动。主控单元100会通过逻辑控制单元10监控微步控制单元20的运动状态，当驱动步进电机运动时会拉高PLS信号，当驱动步进电机停止运动时会拉低PLS信号，由此，主控单元100通过PLS信号可得到步进电机当前是否处于运动中。

结合图1进行说明，具体来讲，主控单元100可在初始化阶段将各个通道的光耦逻辑坐标，遮光区对应的光耦输出电平填入相应的寄存器，然后启动自检功能，自检功能亦可作为镜头的复位功能。坐标控制单元30可读写微步控制单元20中寄存器所存储的内容，即坐标控制单元30可与主控单元100一样填写运动参数，发起一次电机的运动操作。当坐标控制单元30接收到逻辑控制单元10发出的自检命令后，会自主驱动光耦电路控制单元40打开镜头中的光耦电路。以zoom通道为例，坐标控制单元30读取当前光耦输出电平V2，如果预设光耦输出电平(遮光区光耦输出电平V1)与当前光耦输出电平V2一致，则控制微步控制单元20驱动步进电机向W端方向大步运动，直至当前光耦输出电平V2发生跳变，再控制微步控制单元20驱动步进电机向T端低速单步运动，值至当前光耦输出电平V2再一次跳变。如果自检前当前光耦输出电平V2与遮光区光耦输出电平V1相反，则按照上述过程反方向运动。

其中，逻辑控制单元10将主控单元100发送的PLS信号传输至坐标控制单元30，由此，主控单元可通过PLS信号的电平判断步进电机的一次运动是否结束，以确定是否再次发送命令继续运动或者停止。

需要说明的是，在图1的实施例中，主控单元100和用于步进电机的自检系统200为两个互相独立的单元进行相互通信，其中，状态寄存器101作为主控单元100的一部分，可与步进电机的自检系统200进行通信，以存储光耦电路输出的当前光耦输出电平，从而根据基于当前光耦输出电平确定步进电机的自检过程是否完成。上述任一项实施例所述的上位机端则可以为主控单元100，即通过在主控单元100中输入的自检命令，通过逻辑控制单元10控制坐标控制单元30开启光耦电路。

在另外一个实施例中，如图3所示，主控单元100可以作为步进电机的自检系统200中的一部分进行通信，此时，状态寄存器101则作为用于步进电机的自检系统200的一部分，存储光耦电路输出的当前光耦输出电平。即步进电机的自检系统200还包括主控单元100，与逻辑控制单元10相连，用于向逻辑控制单元10提供时钟信号，以通过逻辑控制单元10分别向微步控制单元20和坐标控制单元30发送时钟信号，以驱动微步控制单元20和坐标控制单元30基于时钟信号进行工作。

当然，步进电机的自检系统200也可以作为主控单元100的一部分，只要能够实现对步进电机的实际位置进行定标的问题即可，不限于本实用新型实施例所限定的保护范围。

需要说明的是，在自检过程开始时可以设置一定时器，即在预设时间内启动自检程序，若在预设时间内自检过程完成，则关闭光耦电路，对步进电机位置的定标过程结束；若在预设时间内自检过程未完成，则退出自检过程，对步进电机位置的定标过程结束。

其中，步进电机的自检系统200和主控单元100可以为不限于物理机、虚拟机、云主机或者移动计算装置。

上述任一项实用新型实施例中的“W端”是指镜头的近端，“T端”是指镜头的远端。上述任一项实用新型实施例所涉及的“电机坐标”是指电机控制的镜片组所在的位置。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

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 (6)

1.一种步进电机的自检系统，其特征在于包括：

坐标控制单元，用于在接收输入的自检命令之后，控制光耦电路开启，以获取当前光耦输出电平；

微步控制单元，与所述坐标控制单元相连，用于基于所述当前光耦输出电平与镜头遮光区对应的预设光耦输出电平的关系控制所述步进电机向镜头目标方向运动，直至所述当前光耦输出电平发生跳变；

所述坐标控制单元还用于将所述当前光耦输出电平发生跳变时光耦位置对应的电机坐标确定为所述步进电机的目标坐标；

其中，坐标控制单元具有多个寄存器。

2.根据权利要求1所述的自检系统，其特征在于，还包括：

光耦电路控制单元，与所述坐标控制单元相连，用于响应于所述坐标控制单元发送的自检命令开启光耦电路。

3.根据权利要求1所述的自检系统，其特征在于，还包括逻辑控制单元，与所述微步控制单元相连，且与所述坐标控制单元相连，所述逻辑控制单元用于分别向所述微步控制单元和所述坐标控制单元发送时钟信号，以驱动所述微步控制单元和所述坐标控制单元基于所述时钟信号进行工作。

4.根据权利要求3所述的自检系统，其特征在于，还包括倍频单元，所述倍频单元的输入端与所述逻辑控制单元相连，所述倍频单元的输出端分别与所述微步控制单元和所述坐标控制单元相连，所述倍频单元用于对所述逻辑控制单元输出的时钟信号执行倍频操作，并将倍频后的时钟信号分别发送至所述微步控制单元和所述坐标控制单元。

5.根据权利要求3所述的自检系统，其特征在于，还包括主控单元，与所述逻辑控制单元相连，用于向所述逻辑控制单元提供时钟信号，以通过所述逻辑控制单元分别向所述微步控制单元和所述坐标控制单元发送时钟信号，以驱动所述微步控制单元和所述坐标控制单元基于所述时钟信号进行工作。

6.根据权利要求5所述的自检系统，其特征在于，所述主控单元还包括状态寄存器，用于存储所述当前光耦输出电平，以基于所述当前光耦输出电平确定步进电机的自检过程是否完成。

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