CN211557186U - 一种基于孔径编码成像系统的电机控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于孔径编码成像系统的电机控制装置，包括电机控制模块、控制处理器、RS422接口、电压测量模块、温度测量模块、电源模块、直流电机和步进电机。电机控制部分用于控制电机运动，MCU控制处理器用于通讯和电机PWM控制，RS422接口用于发送通信控制命令，电压测量装置用于使各电机对象适合VCC全范围的电压，温度测量装置用于控制调整镜头应用于不同环境温度。控制程序通过RS422接口发送相应的命令字节，对电机进行驱动，其中电机控制采用双闭环设计，第一个闭环是电机控制速度闭环，使电机达到最佳运动效率和运动速度，第二个闭环是电机运动位置闭环，控制电机运动到预先设定的位置上，实现精确停靠。

Description

一种基于孔径编码成像系统的电机控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种电机控制装置，具体是一种基于孔径编码成像系统的电机控制装置。

背景技术

随着现代电力电子技术的飞速发展，现代电机控制技术正朝着小型化和智能化的方向发展。目前的电机具有的特点主要包括以下几个方面：首先，步进电机的角位移与输入脉冲呈现严格的正相关关系，电机在高速运转一周后也能保持没有积累误差的要求，在跟随性方面具有很好的应用效应。其次，电机与驱动器电路形成开环数字控制系统，在成本支出上十分节省，同时在应用上又非常可靠，还能与角度反馈环节组成高性能的闭环数字控制系统，促进应用的效能。

但是目前电机的控制不足以能够兼顾实现全温度范围内运动平稳和实时检测电机运动位置信号。为了能够兼顾实现全温度范围内运动平稳和实时检测电机运动位置信号的目的，本实用新型提出一种基于孔径编码成像系统的电机控制装置。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于孔径编码成像系统的电机控制装置，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：

一种基于孔径编码成像系统的电机控制装置，包括电机控制模块、控制处理器、RS422接口、电压测量模块、温度测量模块、电源模块、直流电机和步进电机，J7接口为步进电机的对应接口，1脚和2脚分别对应步进电机驱动的B相输出的正负引脚，3脚和4脚分别对应步进电机驱动的A相输出的正负引脚以控制电机的正反旋转。J5接口为直流电机的对应接口，1脚和2脚分别是用于光学镜头调焦控制的电机控制模块1的输出正负引脚以控制直流电机和步进电机的正反旋转，3脚和4脚分别是用于对光学镜头视场切换电机控制模块的输出正负引脚以控制直流电机和步进电机的正反旋转。J6接口为光学镜头上电位器的采集接口，1脚和2脚为3.3V电压，9脚和10脚为GND，以实现电位器供电，7脚为镜头上视场镜组所对应电位器的采集信号线，8脚为镜头上调焦镜组所对应电位器的采集信号线。J3接口为电机控制模块的电源输入接口，3脚和4脚为供电电压的正极，1脚和2脚为供电电压的地，可允许的电源电压范围为12-30V且电机控制模块具有电源反接保护功能。J1接口为RS422接口，1脚为硬件控制板的接收正，2脚为硬件控制板的接收负，4脚为发送负信号，5脚发送正信号；电机控制模块与控制处理器2通讯连接，控制处理器与电压测量模块和温度测量模块通讯连接，电源模块给电机控制模块、控制处理器、RS422接口、电压测量模块、温度测量模块、直流电机和步进电机供电。

作为本实用新型再进一步的方案：所述直流电机的驱动芯片为DRV8848，支持的电压范围为4V-18V，驱动电流最大为2A，直流电机通过PWM波进行控制驱动。

作为本实用新型再进一步的方案：所述控制处理器为MCU控制处理器，MCU控制处理器芯片为 C8051F121，工作频率为100MIPS，2个UART串口，4个8位的IO端口，6个16位可编程的定时器/计数器模块，8通道的12位模数转换器。

作为本实用新型再进一步的方案：所述步进电机的驱动芯片为LV8728MR，支持的电压范围为9V-36V，驱动电流最大为2A，步进电机为双全桥MOSFET驱动。

作为本实用新型再进一步的方案：所述RS422芯片为LTC2855IDE，总线为竞争型多主多从结构，最大支持10Mbps的通信带宽。

作为本实用新型再进一步的方案：所述电源模块型号为HRS DF13-4S-1.25C，电路板通讯接口为RS422，插头型号为HRS DF13-8S-1.25C。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：电机控制部分用于控制电机运动，MCU控制处理器用于通讯和电机PWM控制，RS422接口用于发送通信控制命令，电压测量装置用于使各电机对象适合VCC全范围的电压，温度测量装置用于控制调整镜头应用于不同环境温度。控制程序通过RS422接口发送相应的命令字节，对电机进行驱动，其中电机控制采用双闭环设计，第一个闭环是电机控制速度闭环，使电机达到最佳运动效率和运动速度，第二个闭环是电机运动位置闭环，控制电机运动到预先设定的位置上，实现精确停靠。本实用新型能够同时实现对光学镜头的视场切换、调焦控制，以及对物理孔径光阑的调控的功能。

附图说明

图1为基于孔径编码成像系统的电机控制装置的总体框图。

图2为基于孔径编码成像系统的电机控制装置中步进电机对应接口管脚图。

图3为基于孔径编码成像系统的电机控制装置中直流电机对应接口管脚图。

图4为基于孔径编码成像系统的电机控制装置中镜头上电位器的采集接口对应管脚图。

图5为基于孔径编码成像系统的电机控制装置中硬件控制板的电源输入接口对应管脚图。

图6为基于孔径编码成像系统的电机控制装置中RS422接口对应管脚图。

图中：1-电机控制模块、2-控制处理器、3-RS422接口、4-电压测量模块、5-温度测量模块、6-电源模块、7-直流电机、8-步进电机。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

实施例1

请参阅图1-6，一种基于孔径编码成像系统的电机控制装置，包括电机控制模块1、控制处理器2、RS422接口3、电压测量模块4、温度测量模块5、电源模块6、直流电机7和步进电机8，J7接口为步进电机8的对应接口，1脚和2脚分别对应步进电机8驱动的B相输出的正负引脚，3脚和4脚分别对应步进电机8驱动的A相输出的正负引脚以控制电机的正反旋转。J5接口为直流电机7的对应接口，1脚和2脚分别是用于光学镜头调焦控制的电机控制模块1的输出正负引脚以控制直流电机7和步进电机8的正反旋转，3脚和4脚分别是用于对光学镜头视场切换电机控制模块1的输出正负引脚以控制直流电机7和步进电机8的正反旋转。J6接口为光学镜头上电位器的采集接口，1脚和2脚为3.3V电压，9脚和10脚为GND，以实现电位器供电，7脚为镜头上视场镜组所对应电位器的采集信号线，8脚为镜头上调焦镜组所对应电位器的采集信号线。J3接口为电机控制模块1的电源输入接口，3脚和4脚为供电电压的正极，1脚和2脚为供电电压的地，可允许的电源电压范围为12-30V且电机控制模块1具有电源反接保护功能。J1接口为RS422接口，1脚为硬件控制板的接收正，2脚为硬件控制板的接收负，4脚为发送负信号，5脚发送正信号；电机控制模块1与控制处理器2通讯连接，控制处理器2与电压测量模块4和温度测量模块5通讯连接，电源模块6给电机控制模块1、控制处理器2、RS422接口3、电压测量模块4、温度测量模块5、直流电机7和步进电机8供电；

控制程序通过RS422接口发送相应的命令字节，其中RS422接口直接与成像机芯组件连接，机芯组件转发上位机发送的通信控制命令，按照图像帧频的速率进行周期性通信。控制程序通过RS422接口发送相应的命令字节能够对电机进行驱动，其中电机控制采用双闭环设计，第一个闭环是电机控制速度闭环，通过PWM波进行控制驱动，根据PWM波的大小来实现电机驱动力的调节。MCU控制处理器根据采集的温度数据，设定不同的PWM调整驱动力的大小，实现镜头在全温度范围内运动平稳。第二个闭环是电机运动位置闭环，根据VREF电流设定端的大小来实现电机驱动力的调节，MCU控制处理器根据采集的温度数据，设定不同的VREF电流值来调整驱动力的大小，实现镜头在全温度范围内运动平稳，使电机能够按照特性运动曲线的意图运动到预先设定的位置上，并实时检测电机运动位置信号，实现精确停靠。

硬件控制板上的双通道的直流电机驱动芯片为DRV8848，支持的电压范围为4V~18V，驱动电流最大可达2A。该直流电机可通过PWM波进行控制驱动，根据PWM波的大小来实现电机驱动力的调节。

MCU控制处理器根据采集的温度数据，设定不同的PWM调整驱动力的大小，实现镜头在全温度范围内运动平稳。

步进电机驱动芯片为LV8728MR，支持的电压范围为9V~36V，驱动电流最大可达2A，为双全桥MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）驱动，支持多种细分控制，自动半流锁定功能，快衰、慢衰、混合式衰减三种衰减方式可选，内置温度保护及过流保护的功能。该步进电机能够根据VREF（Voltage Reference）电流设定端的大小来实现电机驱动力的调节。MCU控制处理器根据采集的温度数据，设定不同的VREF电流值来调整驱动力的大小，实现镜头在全温度范围内运动平稳。

RS422芯片为LTC2855IDE，总线为竞争型多主多从结构，最大支持10Mbps的通信带宽，RS422接口直接与成像机芯组件连接，机芯组件转发上位机发送的通信控制命令，按照图像帧频的速率进行周期性通信。硬件控制板的温度定义为镜头的环境温度，通过低功耗的模拟温度传感器采集得到，由MCU控制处理器上的ADC读取获得数据，并应于镜头不同环境温度的控制调整中。

电源模块6型号为HRS DF13-4S-1.25C，电路板通讯接口为RS422，插头型号为HRSDF13-8S-1.25C。用于调控物理孔径光阑的步进电机接口中的1脚和2脚分别对应步进电机1驱动的B相输出的正负引脚，3脚和4脚分别对应步进电机2驱动的A相输出的正负引脚以控制电机的正反旋转。

本实用新型的工作原理是：控制程序通过RS422接口发送相应的命令字节，其中RS422接口直接与成像机芯组件连接，机芯组件转发上位机发送的通信控制命令，按照图像帧频的速率进行周期性通信。控制程序通过RS422接口发送相应的命令字节能够对电机进行驱动，其中电机控制采用双闭环设计，第一个闭环是电机控制速度闭环，通过PWM波进行控制驱动，根据PWM波的大小来实现电机驱动力的调节。MCU控制处理器根据采集的温度数据，设定不同的PWM调整驱动力的大小，实现镜头在全温度范围内运动平稳。第二个闭环是电机运动位置闭环，根据VREF电流设定端的大小来实现电机驱动力的调节，MCU控制处理器根据采集的温度数据，设定不同的VREF电流值来调整驱动力的大小，实现镜头在全温度范围内运动平稳，使电机能够按照特性运动曲线的意图运动到预先设定的位置上，并实时检测电机运动位置信号，实现精确停靠。

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)

1.一种基于孔径编码成像系统的电机控制装置，其特征在于，包括电机控制模块(1)、控制处理器(2)、RS422接口(3)、电压测量模块(4)、温度测量模块(5)、电源模块(6)、直流电机(7)和步进电机(8)，J7接口为步进电机(8)的对应接口，1脚和2脚分别对应步进电机(8)驱动的B相输出的正负引脚，3脚和4脚分别对应步进电机(8)驱动的A相输出的正负引脚以控制电机的正反旋转，

J5接口为直流电机(7)的对应接口，1脚和2脚分别是用于光学镜头调焦控制的电机控制模块( 1) 的输出正负引脚以控制直流电机(7)和步进电机(8)的正反旋转，3脚和4脚分别是用于对光学镜头视场切换电机控制模块(1)的输出正负引脚以控制直流电机(7)和步进电机(8)的正反旋转，

J6接口为光学镜头上电位器的采集接口，1脚和2脚为3.3V电压，9脚和10脚为GND，以实现电位器供电，7脚为镜头上视场镜组所对应电位器的采集信号线，8脚为镜头上调焦镜组所对应电位器的采集信号线，

J3接口为电机控制模块(1)的电源输入接口，3脚和4脚为供电电压的正极，1脚和2脚为供电电压的地，可允许的电源电压范围为12-30V且电机控制模块(1)具有电源反接保护功能，

J1接口为RS422接口，1脚为硬件控制板的接收正，2脚为硬件控制板的接收负，4脚为发送负信号，5脚发送正信号；电机控制模块(1)与控制处理器(2)通讯连接，控制处理器(2)与电压测量模块(4)和温度测量模块(5)通讯连接，电源模块(6)给电机控制模块(1)、控制处理器(2)、RS422接口(3)、电压测量模块(4)、温度测量模块(5)、直流电机(7)和步进电机(8)供电。

2.根据权利要求1所述的基于孔径编码成像系统的电机控制装置，其特征在于，所述直流电机(7)的驱动芯片为DRV8848，支持的电压范围为4V-18V，驱动电流最大为2A，直流电机通过PWM波进行控制驱动。

3.根据权利要求1或2所述的基于孔径编码成像系统的电机控制装置，其特征在于，所述控制处理器(2)为MCU控制处理器，MCU控制处理器芯片为C8051F121，工作频率为100MIPS，2个UART串口，4个8位的IO端口，6个16位可编程的定时器/计数器模块，8通道的12位模数转换器。

4.根据权利要求3所述的基于孔径编码成像系统的电机控制装置，其特征在于，所述步进电机(8)的驱动芯片为LV8728MR，支持的电压范围为9V-36V，驱动电流最大为2A，步进电机(8)为双全桥MOSFET驱动。

5.根据权利要求4所述的基于孔径编码成像系统的电机控制装置，其特征在于，所述RS422接口(3)为LTC2855IDE，总线为竞争型多主多从结构，最大支持10Mbps的通信带宽。

6.根据权利要求1所述的基于孔径编码成像系统的电机控制装置，其特征在于，所述电源模块(6)型号为HRSDF13-4S-1.25C，电路板通讯接口为RS422，插头型号为HRS DF13-8S-1.25C。

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