CN215871244U - 一种电机控制装置及电机控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电机控制装置及电机控制系统，该电机控制装置包括：控制芯片以及电机驱动电路；控制芯片包括第一控制管脚与第二控制管脚，分别用于产生第一控制信号与第二控制信号；电机驱动电路包括驱动芯片与处理电路，处理电路与第一控制管脚以及第二控制管脚连接，用于对第一控制信号与第二控制信号进行处理，得到休眠使能信号，并将休眠使能信号输入驱动芯片；驱动芯片与第一控制管脚、第二控制管脚以及处理电路连接，用于基于第一控制信号、第二控制信号以及休眠使能信号，生成驱动信号，并将驱动信号输入电机，以控制电机。通过上述方式，本申请能够节省控制芯片的I/O资源。

Description

一种电机控制装置及电机控制系统

技术领域

本申请涉及电路技术领域，具体涉及一种电机控制装置及电机控制系统。

背景技术

目前在智能锁领域，常使用控制器与直流有刷电机驱动芯片，以驱动电机正转、反转以及停止，然后外加检测按键、霍尔开关或干簧管等限位器件来进行位置判断，电机有没有堵转完全依赖电机有没有转到设定位置来判断，对门锁的机械结构的精度要求较高，检测装置的精度也要求较高，但是检测装置太多就需要占用处理器很多的输入/输出(Input/Output，I/O)口的中断资源，且程序处理逻辑也比较复杂。

实用新型内容

本申请提供一种电机控制装置及电机控制系统，能够节省控制芯片的I/O资源。

为解决上述技术问题，本申请采用的技术方案是：提供一种电机控制装置，该电机控制装置包括：控制芯片以及电机驱动电路；控制芯片包括第一控制管脚与第二控制管脚，分别用于产生第一控制信号与第二控制信号；电机驱动电路包括驱动芯片与处理电路，处理电路与第一控制管脚以及第二控制管脚连接，用于对第一控制信号与第二控制信号进行处理，得到休眠使能信号，并将休眠使能信号输入驱动芯片；驱动芯片与第一控制管脚、第二控制管脚以及处理电路连接，用于基于第一控制信号、第二控制信号以及休眠使能信号，生成驱动信号，并将驱动信号输入电机，以控制电机。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一技术方案是：提供一种电机控制系统，该电机控制系统包括互相连接的电机控制装置与电机，电机控制装置用于对电机进行控制，电机控制装置为上述技术方案中的电机控制装置。

通过上述方案，本申请的有益效果是：本申请提供的电机控制装置包括控制芯片与电机驱动电路，控制芯片包括用于输出第一控制信号的第一控制管脚以及用于输出第二控制信号的第二控制管脚；电机驱动电路包括驱动芯片与处理电路，处理电路可对第一控制信号与第二控制信号进行处理，生成休眠使能信号，并将休眠使能信号输入驱动芯片；驱动芯片根据接收到的第一控制信号、第二控制信号以及休眠使能信号，生成驱动信号，并将驱动信号输入电机，以控制电机的运行与停止；由于利用控制芯片的两个管脚便可实现对电机的控制，驱使电机正转、反转以及停止，相比利用控制芯片的三个管脚来对电机进行控制的方案，能够减少对控制芯片的管脚的使用量，从而节省控制芯片的I/O资源，且处理逻辑较简单。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是本申请提供的电机控制装置一实施例的结构示意图；

图2是本申请提供的电机控制装置另一实施例的结构示意图；

图3是本申请提供的保护电路的结构示意图；

图4是本申请提供的降压电路的结构示意图；

图5是本申请提供的控制芯片、电压检测电路、电流检测电路以及限位开关电路的结构示意图；

图6是本申请提供的电机控制系统一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，图1是本申请提供的电机控制装置一实施例的结构示意图，电机控制装置10包括：控制芯片11与电机驱动电路12。

控制芯片11用于对电机驱动电路12进行控制，其包括第一控制管脚CV1与第二控制管脚CV2，第一控制管脚CV1用于产生第一控制信号，第二控制管脚CV2用于产生第二控制信号，控制芯片11可以为微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)、现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)、片上系统(System on Chip，SOC)或高级精简指令集处理器(Advanced Reduced Instruction Set Computing Machines，ARM)等。

电机驱动电路12包括处理电路121与驱动芯片122。

处理电路121与第一控制管脚CV1以及第二控制管脚CV2连接，处理电路121用于对第一控制信号与第二控制信号进行处理，得到休眠使能信号，并将休眠使能信号输入驱动芯片122。具体地，休眠使能信号为高电平或低电平，处理电路121可以为由二极管或三极管构成的电路，或者处理电路121可以为与门电路，在第一控制信号为低电平且第二控制信号为高电平时，休眠使能信号为低电平；在第一控制信号为高电平且第二控制信号为低电平时，休眠使能信号为低电平；在第一控制信号为低电平且第二控制信号为低电平时，休眠使能信号为低电平；在第一控制信号为高电平且第二控制信号为高电平时，休眠使能信号为高电平；或者处理电路121可以为或门电路，在第一控制信号为低电平且第二控制信号为高电平时，休眠使能信号为高电平；在第一控制信号为高电平且第二控制信号为低电平时，休眠使能信号为高电平；在第一控制信号为低电平且第二控制信号为低电平时，休眠使能信号为低电平；在第一控制信号为高电平且第二控制信号为高电平时，休眠使能信号为高电平。

驱动芯片122与第一控制管脚CV1、第二控制管脚CV2以及处理电路121连接，控制芯片11用于基于第一控制信号、第二控制信号以及休眠使能信号，生成驱动信号，并将驱动信号输入电机，以控制电机运行与停止。具体地，当休眠使能信号为有效信号时，驱动芯片122处于休眠模式，此时无论第一控制信号与第二控制信号的电平状态是什么，驱动芯片122都不输出有效的驱动信号，电机停止运行；当休眠使能信号为非有效信号时，驱动芯片122处于工作模式，其输出有效的驱动信号至电机，此时电机正转还是反转取决于第一控制信号与第二控制信号的电平状态。

进一步地，如果控制芯片11的休眠功能为低电平有效，则当休眠使能信号为低电平时，休眠使能信号为有效信号，此时驱动芯片122处于休眠模式；如果控制芯片11的休眠功能为高电平有效，则当休眠使能信号为高电平时，休眠使能信号为有效信号，此时驱动芯片122处于休眠模式。

本实施例所采用的方案利用控制芯片的两个管脚便可实现对电机的控制，实现控制电机正转、反转以及停止，相比现有需要利用控制芯片的三个管脚来实现对电机进行控制的方案，降低了控制芯片的管脚的使用数量，能够节省控制芯片的I/O资源，且处理逻辑较简单。

请参阅图2至图5，图2是本申请提供的电机控制装置另一实施例的结构示意图，电机控制装置包括：控制芯片11、电机驱动电路12、供电电池13、保护电路14以及降压电路15。

供电电池13用于产生第一供电信号Vbat，以为电路中的其他器件供电；具体地，供电电池13的数量可以为一个或由多个干电池串并联构成，比如：供电电池13包括4节干电池，其提供的第一供电信号Vbat的电压值为4～6V。

保护电路14与供电电池13以及降压电路15连接，保护电路14用于在供电电池13插反时，切断供电电池13与降压电路15之间的通路，能够防止供电电池13插反，烧坏电路中的器件。

在一具体的实施例中，如图3所示，保护电路14包括开关管T、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1以及第三二极管D3，第一电容C1的一端用于接收第一供电信号Vbat，第一电容C1的另一端接地；开关管T的第一端与第一电容C1的一端连接，开关管T的第二端与第一电阻R1的一端以及第三二极管D3的一端连接，开关管T的第三端与第三二极管D3的另一端连接；第一电阻R1的另一端接地；第三二极管D3的一端用于接收外部信号Vbus；第二电容C2的一端与第三二极管D3的另一端连接，且输出第三供电信号Vsys，第二电容C2的另一端接地。

当供电电池13插反时，外部信号Vbus为低电平，开关管T处于截止状态，此时第一供电信号Vbat无法通过保护电路14输出；当供电电池13没有插反时，外部信号Vbus为高电平，开关管T处于导通状态，第一供电信号Vbat进入开关管T，保护电路14输出第三供电信号Vsys。

继续参阅图2，降压电路15与供电电池13连接，其用于对第一供电信号Vbat进行降压处理，得到第二供电信号Vdd，并将第二供电信号Vdd输入电机驱动电路12，以为电机驱动电路12供电。具体地，降压电路15通过保护电路14与供电电池13连接，在供电电池13未插反时，供电电池13输出的第一供电信号Vbat流入保护电路14，保护电路14输出第三供电信号Vsys，该第三供电信号Vsys进入降压电路15，降压电路15对第三供电信号Vsys进行降压，生成第二供电信号Vdd。

在一具体的实施例中，如图4所示，降压电路15包括降压芯片U1、第三电容C3至第五电容C5、第二电阻R2至第四电阻R4以及电感L，降压芯片U1包括输入管脚VIN、使能管脚EN、第一接地管脚GND1、输出管脚LX以及反馈管脚FB，输入管脚VIN与第三电容C3的一端以及第二电阻R2的一端连接，且接收第三供电信号Vsys；使能管脚EN与第二电阻R2的另一端连接；第一接地管脚GND1接地；输出管脚LX通过电感L输出第二供电信号Vdd；反馈管脚FB通过第四电阻R4接地，且与第三电阻R3的一端、第四电容C4的一端以及第五电容C5的一端连接；电感L的一端与输出管脚LX连接，电感L的另一端与第四电容C4的另一端、第三电阻R3的另一端以及第五电容C5的另一端连接，且输出第二供电信号Vdd；第四电阻R4的另一端接地。

降压芯片U1对输入端VIN接收到的第三供电信号Vsys进行处理，从输出管脚LX输出的信号经过电感L变成第二供电信号Vdd，实现降压的功能；具体地，降压芯片U1能够将4～6V的电池电压降压到3.3V给控制芯片11供电。

继续参阅图2，控制芯片11用于对电机驱动电路12进行控制，其包括第一控制管脚CV1与第二控制管脚CV2，第一控制管脚CV1用于产生第一控制信号，第二控制管脚CV2用于产生第二控制信号；具体地，控制芯片11可以为蓝牙无线SOC芯片，支持蓝牙5.0通信协议，内部设置有逐次逼近型模数转换器(Successive Approximation Analog to DigitalConverter，SAADC)支持单次采集模式与扫描采集模式，支持14位过采样；控制芯片11主要承担控制部分，控制电机20的正转、反转以及采集驱动电流/电压，实现实时堵转检测，通过外部检测开关确认电机20有没有转到位。

电机驱动电路12包括处理电路121与驱动芯片122。

处理电路121与第一控制管脚CV1以及第二控制管脚CV2连接，其用于对第一控制信号与第二控制信号进行处理，得到休眠使能信号，并将休眠使能信号输入驱动芯片122。具体地，如图5所示，处理电路121包括第一二极管D1与第二二极管D2，第一二极管D1的一端与第一控制管脚CV1连接，第一二极管D1的另一端与驱动芯片122的休眠使能管脚SLEEP连接；第二二极管D2的一端与第二控制管脚CV2连接，第二二极管D2的另一端与休眠使能管脚SLEEP连接。

驱动芯片122与第一控制管脚CV1、第二控制管脚CV2以及处理电路121连接，其用于基于第一控制信号、第二控制信号以及休眠使能信号，生成驱动信号，并将驱动信号输入电机20，以控制电机20运行与停止。

在一具体的实施例中，驱动芯片122为H桥电机驱动器，其工作电压范围为2.5～16V，正常工作时最大输出电流为1.8A，休眠模式下最大输出电流为120nA，具有过流保护、短路保护、欠压锁定以及过温保护的功能。

如图5所示，驱动芯片122还包括驱动管脚VM、第二接地管脚GND2、电源管脚VCC、第一信号输出管脚OUT1、第二信号输出管脚OUT2、第一信号输入管脚IN1以及第二信号输入管脚IN2，第一信号输入管脚IN1用于接收第一控制信号，第二信号输入管脚IN2用于接收第二控制信号，休眠使能管脚SLEEP用于接收睡眠使能信号；驱动管脚VM通过第五电阻R5接收第三供电信号Vsys，第五电阻R5为采样电阻；电源管脚VCC通过第六电容C6接地且通过第六电阻R6接收第二供电信号Vdd；第一信号输入管脚IN1通过第七电阻R7与第一控制管脚CV1连接，第二信号输入管脚IN2通过第八电阻R8与第二控制管脚CV2连接；第二接地管脚GND2接地；第一信号输出管脚OUT1与电机20以及第四二极管D4的一端连接，第四二极管D4的另一端接收第三供电信号Vsys；第二信号输出管脚OUT2与电机20以及第五二极管D5的一端连接，第五二极管D5的另一端接收第三供电信号Vsys；第二二极管D2的另一端通过第七电容C7接地。

在第一控制信号与第二控制信号均为低电平时，休眠使能信号为低电平，驱动芯片122处于休眠模式，电机20处于停止状态；在第一控制信号与第二控制信号中一个为低电平、另一个为高电平时，由于第一二极管D1与第二二极管D2的作用，休眠使能信号为高电平，使得驱动芯片122从休眠模式进入工作模式，此时驱动芯片122输出有效的驱动信号，电机20处于运行状态。

进一步地，运行状态包括正转或反转，驱动信号包括第一驱动信号与第二驱动信号，在第一控制信号与第二控制信号均为低电平时，由于休眠使能管脚SLEEP与驱动芯片122的内部的下拉电阻连接，驱动芯片122处于休眠模式，第一驱动信号与第二驱动信号均为低电平；在第一控制信号为高电平且第二控制信号为低电平时，第一驱动信号为高电平，第二驱动信号为低电平，电机20正转；在第一控制信号为低电平且第二控制信号为高电平，第一驱动信号为低电平，第二驱动信号为高电平，电机20反转。

继续参阅图5，电机控制装置还包括电流检测电路16，电流检测电路16与降压电路15、控制芯片11以及电机驱动电路12连接，其用于接收第二供电信号Vdd，对流入电机驱动电路12的电流进行检测，得到驱动电流信号，并将驱动电流信号输入控制芯片11；控制芯片11还用于在驱动电流信号的幅度大于预设电流阈值时，判定电机20发生堵转，控制电机20停止运行。

进一步地，电流检测电路16包括运算放大器U2与第九电阻R9，运算放大器U2的两个输入端分别与第五电阻R5的两端连接，第九电阻R9的一端与运算放大器U2的输出端以及控制芯片11连接，第九电阻R9的另一端接地；运算放大器U2采集流过第五电阻R5的电流，并将采集的电流信号转换成电压信号输入至控制芯片11，实现实时采集驱动电机20的电流的大小，从而判定当前电流是否过大，电机20是否发生堵转。

继续参阅图5，电机控制装置还包括电压检测电路17，电压检测电路17与保护电路14以及控制芯片11连接，其用于对保护电路14输出的信号进行检测，得到电压检测信号，并将电压检测信号输入控制芯片11，能够实时采集驱动电机20的电压的大小；控制芯片11还用于基于电压检测信号确定供电电池13的剩余电量，在电压检测信号的幅度小于预设电压阈值时，控制电机20停止运行。

进一步地，电压检测电路17包括两个降压电阻(第十电阻R10与第十一电阻R11)以及第八电容C8，第十电阻R10的一端接收第三供电信号Vsys，第十电阻R10的另一端与第八电容C8的一端、第十一电阻R11的一端以及控制芯片11连接，第八电容C8的另一端以及第十一电阻R11的另一端接地。

继续参阅图5，电机控制装置还包括限位开关电路18，限位开关电路18与控制芯片11连接，其用于在电机20运行到预设位置后，生成到位信号，并将到位信号输入至控制芯片11，以使得控制芯片11控制电机20停止运行。

进一步地，到位信号为低电平，限位开关电路18包括第一限位电路181与第二限位电路182，第一限位电路181包括第一开关K1、第十一电阻R11以及第十二电阻R12，第二限位电路182包括第二开关K2、第十三电阻R13以及第十四电阻R14，第一开关K1与第二开关K2中的一个为左限位开关、另一个为右限位开关。

第十二电阻R12的一端接收第二供电信号Vdd，第十二电阻R12的另一端与第一开关K1的一端以及第十三电阻R13的一端连接，第一开关K1的另一端以及第十三电阻R13的另一端接地；当第一开关K1闭合后，与第一限位电路181连接的控制芯片11的相应管脚为低电平，控制芯片11在检测到该管脚的电平为低电平后，将第一控制信号与第二控制信号设置为低电平，此时驱动芯片122处于休眠模式，电机20停止运行；当第一开关K1断开时，与第一限位电路181连接的控制芯片11的相应管脚为高电平，控制芯片11在检测到该管脚的电平为高电平后，通过驱动芯片122控制电机20继续按照当前的运转方向转动。

可以理解地，第二限位电路182的工作原理与第一限位电路181的工作原理类似，在此不再赘述；通过第一限位电路181与第二限位电路182，便能够检测电机20正转/反转有没有到位。

在一具体的实施例中，以将本实施例所采用的方案应用于智能锁为例进行说明，控制芯片11接收到开关锁指令，控制芯片11控制第一控制信号与第二控制信号中的一个为高电平、另外一个为低电平，高电平使得驱动芯片122退出休眠模式进入正常工作模式；当第一控制信号为高电平且第二控制信号为低电平时，第一驱动信号为高电平，第二驱动信号为低电平；当第一控制信号为低电平且第二控制信号为高电平时，第一驱动信号为低电平，第二驱动信号为高电平，从而控制电机20的正/反转，此时控制芯片11实时采集电池电压和电机20的驱动电流，进行堵转检测。如果堵转就控制电机20立马停止，否则就让电机20继续旋转，当电机20旋转到限制的位置时，第一开关K1/第二开关K2动作，控制芯片11控制电机20停止，驱动芯片122进入休眠模式，控制芯片11进入低功耗模式。

本申请采用多节干电池串联的方式来供电，利用降压电路给控制芯片供电，控制芯片通过ADC、控制线以及限位检测，来控制电机驱动电路，从而控制电机正转、反转、休眠、进行堵转检测以及检测开关锁有没有到位。目前在智能门锁上直流减速电机因为操作不当或锁体自身故障，可能使得电机堵转，造成驱动电路的电流过大，从而使系统复位重启死机。本方案通过检测驱动芯片的电压/电流来实时检测电机的状态，从而控制电机，防止因堵转时电流过大而造成的系统复位重启死机。此外，能够用两个I/O口来替代原来的三个I/O口，实现控制电机的正转、反转以及休眠三种状态，可以节省控制芯片的I/O资源。

请参阅图6，图6是本申请提供的电机控制系统一实施例的结构示意图，电机控制系统100包括互相连接的电机控制装置10与电机20，电机控制装置10用于对电机20进行控制，电机控制装置10为上述实施例中的电机控制装置，电机20可以为直流电机。

在智能锁上经常会发生电机堵转、电机烧坏或直流驱动器烧坏的情况，本方案能够应用在低速、低压直流电机驱动、智能门锁、直流有刷电机驱动器或智能家居等领域，在电机旋转时实时监测电机的电流状态，防止智能锁开锁/关锁的过程中发生堵转，防止出现系统重启复位死机；而且只需要两个I/O口就能实现对直流电机的驱动，控制直流电机正转、反转以及休眠，节约了控制器件的I/O资源。

以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电机控制装置，其特征在于，包括：

控制芯片，包括第一控制管脚与第二控制管脚，分别用于产生第一控制信号与第二控制信号；

电机驱动电路，包括驱动芯片与处理电路，所述处理电路与所述第一控制管脚以及所述第二控制管脚连接，用于对所述第一控制信号与所述第二控制信号进行处理，得到休眠使能信号，并将所述休眠使能信号输入所述驱动芯片；所述驱动芯片与所述第一控制管脚、所述第二控制管脚以及所述处理电路连接，用于基于所述第一控制信号、所述第二控制信号以及所述休眠使能信号，生成驱动信号，并将所述驱动信号输入电机，以控制所述电机。

2.根据权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于，

所述驱动芯片包括休眠使能管脚，所述处理电路包括第一二极管与第二二极管，所述第一二极管的一端与所述第一控制管脚连接，所述第一二极管的另一端与所述休眠使能管脚连接；所述第二二极管的一端与所述第二控制管脚连接，所述第二二极管的另一端与所述休眠使能管脚连接。

3.根据权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于，

所述第一控制信号与所述第二控制信号均为低电平，所述休眠使能信号为低电平，所述驱动芯片处于休眠模式，所述电机处于停止状态；所述第一控制信号为低电平或所述第二控制信号为低电平，所述休眠使能信号为高电平，所述驱动芯片处于工作模式，所述电机处于运行状态。

4.根据权利要求3所述的电机控制装置，其特征在于，

所述运行状态包括正转或反转，所述驱动信号包括第一驱动信号与第二驱动信号，所述电机正转，所述第一驱动信号与所述第一控制信号为高电平，所述第二驱动信号与所述第二控制信号为低电平；所述电机反转，所述第一驱动信号与所述第一控制信号为低电平，所述第二驱动信号与所述第二控制信号为高电平。

5.根据权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于，

所述电机控制装置还包括降压电路与供电电池，所述供电电池用于产生第一供电信号；所述降压电路与所述供电电池连接，用于对所述第一供电信号进行降压处理，得到第二供电信号，并将所述第二供电信号输入所述电机驱动电路，以为所述电机驱动电路供电。

6.根据权利要求5所述的电机控制装置，其特征在于，

所述电机控制装置还包括电流检测电路，所述电流检测电路与所述降压电路、所述控制芯片以及所述电机驱动电路连接，用于接收所述第二供电信号，对流入所述电机驱动电路的电流进行检测，得到驱动电流信号，并将所述驱动电流信号输入所述控制芯片；所述控制芯片还用于在所述驱动电流信号的幅度大于预设电流阈值时，判定所述电机发生堵转，控制所述电机停止运行。

7.根据权利要求5所述的电机控制装置，其特征在于，

所述电机控制装置还包括保护电路，所述保护电路与所述供电电池以及所述降压电路连接，用于在所述供电电池插反时，切断所述供电电池与所述降压电路之间的通路。

8.根据权利要求7所述的电机控制装置，其特征在于，

所述电机控制装置还包括电压检测电路，所述电压检测电路与所述保护电路以及所述控制芯片连接，用于对所述保护电路输出的信号进行检测，得到电压检测信号，并将所述电压检测信号输入所述控制芯片；所述控制芯片还用于基于所述电压检测信号确定所述供电电池的剩余电量，在所述电压检测信号的幅度小于预设电压阈值时，控制所述电机停止运行。

9.根据权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于，

所述电机控制装置还包括限位开关电路，所述限位开关电路与所述控制芯片连接，用于在所述电机运行到预设位置后，生成到位信号，并将所述到位信号输入至所述控制芯片，以使得所述控制芯片控制所述电机停止运行。

10.一种电机控制系统，其特征在于，包括互相连接的电机控制装置与电机，所述电机控制装置用于对所述电机进行控制，所述电机控制装置为权利要求1-9中任一项所述的电机控制装置。

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