CN218413277U - 一种挤出设备的驱动控制电路及食品挤出机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种挤出设备的驱动控制电路及食品挤出机，所述挤出设备的驱动控制电路包括主控MCU、多个电机驱动芯片，以及与所述MCU电信号连接的信号接收电路、脉冲捕获电路和寄存器模块，信号接收电路和脉冲捕获电路分别用于实时接收外部设备反馈的三轴挤出设备的电机输出轴的位置信息和速度信息，寄存器模块的输出端电信号连接各个电机驱动芯片的输入端，一个电机驱动芯片的驱动信号输出端与一个电机的驱动信号输入端相连。本实用新型使用MCU作为主控制芯片，配合板载的控制和驱动模块，只需外部极少器件即可实现挤出功能，且通过增加执行机构的反馈设计，提高了挤出设备的控制精度。
Description
技术领域
本实用新型属于控制电路技术领域，具体涉及一种挤出设备的驱动控制电路及食品挤出机。
背景技术
现有的挤出设备大多应用在塑料、橡胶生产制造领域，控制器大多采用PLC器件，配合一些执行机构和反馈装置来实现挤出功能。食品领域的专用挤出设备较少。而且现有技术中的挤出设备，虽然产量大、可持续化生产，但是电路结构复杂、功耗高，元器件集成度不够高，控制、反馈和执行器件的价格昂贵，加大了使用成本，而且挤出设备的控制精度不足。
实用新型内容
技术目的：针对上述不足，本实用新型提出了一种挤出设备的驱动控制电路及食品挤出机，其使用MCU作为主控制芯片，配合板载的控制和驱动模块，只需外部极少器件即可实现挤出功能，且通过增加执行机构的反馈设计，提高了挤出设备的控制精度。
技术方案：为实现上述技术目的，本实用新型采用了如下技术方案：
一种挤出设备的驱动控制电路，其特征在于：包括主控MCU和多个电机驱动芯片，以及与所述MCU电信号连接的信号接收电路、脉冲捕获电路和寄存器模块；
所述信号接收电路和脉冲捕获电路分别用于实时接收外部设备反馈的三轴挤出设备的各个电机输出轴的位置信息和速度信息；
所述寄存器模块的输出端电信号连接各个电机驱动芯片的输入端；
一个电机驱动芯片的驱动信号输出端与一个电机的驱动信号输入端相连。
作为优选，所述主控MCU采用型号为STM32F103系列的微处理器，寄存器模块采用两个型号为74HC595的移位寄存器，各个移位寄存器的输出端连接1或2个电机驱动芯片，用于控制具有三个轴向电机的挤出设备。
作为优选，所述驱动控制电路还设有与移位寄存器电信号连接的蜂鸣器、风扇和背光灯中的任意一种或多种的组合。
作为优选，所述电机驱动芯片采用A4988步进电机驱动芯片，挤出设备的电机采用57步进电机。
作为优选，所述信号接收电路包括多组电机上限位信号接口和电机下限位信号接口，各个限位信号接口设有输入引脚一、输入引脚二和输入引脚三，输入引脚一连接直流电源，输入引脚三接地，输入引脚二连接开关电路，三极管开关电路包括三极管、限流电阻和上拉电阻，限流电阻和上拉电阻设置于三极管的基极和直流电源正极之间，三极管的发射极接地，三极管的集电极作为信号接收电路的信号输出端。
作为优选，所述脉冲捕获电路包括多个电机脉冲信号接口，各个电机脉冲信号接口设有输入引脚一、输入引脚二和输入引脚三，输入引脚三接地，输入引脚一接直流电源，输入引脚二连接光电耦合器的输入端，光电耦合器的输出端作为脉冲捕获电路的信号输出端。
作为优选，所述主控MCU、信号接收电路、脉冲捕获电路、移位寄存器和各个电机驱动芯片集成在同一个控制板上；所述外部设备包括设置于控制板外部的多个限位传感器和测速电路，限位传感器用于实时检测各个电机的输出轴的位置信息，测速电路用于实时检测各个电机的输出轴的速度信息。
作为优选，所述驱动控制电路还设有与主控MCU电信号连接的指示灯、EEPROM、指示灯、串口屏、电控按键、紧急开关接口、SWD调试接口中的任意一种或多种的组合。
一种食品挤出机，其特征在于：包括所述挤出设备的驱动控制电路。
有益效果：由于采用了上述技术方案，本实用新型具有如下有益效果：
本实用新型使用MCU作为主控制芯片，配合板载的控制和驱动模块，将步进电机驱动电路集成到控制板上，免去了外接步进电机驱动器的麻烦，只需外部极少器件即可实现挤出功能，使连接更加简单，降低了设备成本，且通过增加执行机构的反馈设计，提高了挤出设备的控制精度。
附图说明
图1为实施例一提出的挤出设备的驱动控制电路的结构示意图；
图2为图1所示驱动控制电路及其外围电路的结构示意图；
图3为图1所示驱动控制电路的实物示意图；
图4为主控MCU的实例电路图；
图5为移位寄存器的实例电路图；
图6为第一步进电机控制芯片的实例电路图；
图7为第一步进电机控制芯片的实例电路图；
图8为第一步进电机控制芯片的实例电路图；
图9为信号接收电路的实例电路图；
图10为脉冲捕获电路的实例电路图；
其中， U2-主控MCU，U3-第一移位寄存器，U4-第二移位寄存器， U12-第一光电耦合器，U13-第二光电耦合器，U14-第三光电耦合器；
U1-第一电机驱动芯片，U5-第二电机驱动芯片，U8-第三电机驱动芯片；
P5-第一电机上限位信号接口，P6-第二电机上限位信号接口，P7-第三电机上限位信号接口，P17-第一电机下限位信号接口，P17 -第二电机下限位信号接口，P19-第三电机下限位信号接口；
P3-第一57步进电机接口，P9-第二57步进电机接口，P12-第三57步进电机接口；
P14-第一电机脉冲信号接口，P15-第二电机脉冲信号接口，P16-第三电机脉冲信号接口；
Q1-第一三极管，Q2-第二三极管，Q3-第三三极管，Q7-第七三极管，Q8-第八三极管，Q9-第九三极管。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施例作详细的说明。
实施例一
本实施例提出了一种挤出设备的驱动控制电路，包括主控MCU和多个电机驱动芯片，以及与所述MCU电信号连接的信号接收电路、脉冲捕获电路和寄存器模块。
其中，信号接收电路和脉冲捕获电路分别用于实时接收外部设备反馈的三轴挤出设备的各个电机输出轴的位置信息和速度信息；寄存器模块的输出端电信号连接各个电机驱动芯片的输入端；一个电机驱动芯片的驱动信号输出端与一个电机的驱动信号输入端相连。
其中，主控MCU采用型号优选STM32F103系列的微处理器，寄存器模块采用两个型号为74HC595的移位寄存器，各个移位寄存器的输出端连接1或2个电机驱动芯片，用于控制具有三个轴向电机的挤出设备。
电机驱动芯片采用A4988步进电机驱动芯片，挤出设备的电机采用57步进电机。
优选主控MCU、信号接收电路、脉冲捕获电路、移位寄存器和各个电机驱动芯片集成在同一个控制板上；外部设备包括设置于控制板外部的多个限位传感器和测速电路，限位传感器用于实时检测各个电机的输出轴的位置信息，测速电路用于实时检测各个电机的输出轴的速度信息。
下面图1至图10示出的三轴挤出设备的驱动控制电路为例，详细说明本实用新型提出的控制电路。三轴挤出设备设有X轴向电机、Y轴向电机和Z轴向电机。
如图1至图3所示，本实施例提供的驱动电路上集成有移位寄存器、步进电机驱动、风扇控制、MOODLES背光控制、蜂鸣器、EEPROM、指示灯、独立按键；还设有外部拓展接口：LCD串口屏、紧急开关、电容触摸按键，作为输入输出设备。主控制板通过XH2.54接口来连接光电限位传感器、编码测速电路/光电编码器、步进电机和风扇控制等。外部限位传感器和码盘测速电路通过接口连接到主控制板上的信号接收电路进行电平信号输入匹配，再连接到MCU上；三盘测速电路信号输入连接到脉冲捕获电路进行信号隔离再连接到MCU的脉冲捕获通道上。
如图4和图5所示，本实施例提供的驱动控制电路上集成有型号为STM32F103C8T6的主控MCU（U2），主控MCU通过使用引脚PB13、PB14、PB15三个IO连接到移位寄存器上，实现串行数据输出转换成并行数据输出。
如图5至图8所示，本实施例提供的驱动控制电路通过使用型号为74HC595的第一移位寄存器U3和第二移位寄存器U4，实现对三个型号为A988步进电机控制芯片（U1、U5、U8）、蜂鸣器、风扇以及背光灯输出控制。
本电路中独立按键输入通过PA6直接连接到MCU上，MCU通过PA15输出控制指示灯；主控MCU通过PA11、PA12两路按键使用软件IIC协议的方式实现对EEPROM上数据的存储和读取。MCU通过PA9、PA10硬件UART协议实现使用串口屏与外界进行交互。
如图9所示，具体地，信号接收电路包括多组电机上限位信号接口P5、P6、P7，和电机下限位信号接口P17、P18、P19，各个限位信号接口设有输入引脚一、输入引脚二和输入引脚三，输入引脚一连接直流电源，输入引脚三接地，输入引脚二连接一个型号为SS8050的三极管开关电路，三极管开关电路包括三极管、限流电阻和上拉电阻，限流电阻和上拉电阻设置于三极管的基极和直流电源正极之间，用来提升三极管基极驱动电流，三极管的发射极接地，三极管的集电极作为信号接收电路的信号输出端。
如图10所示，脉冲捕获电路用于对接收到的电机脉冲信号作隔离处理，包括三个电机脉冲信号接口P14、P15、P17，和三个型号为EN357的光电耦合器U12、U13、U14，各个电机脉冲信号接口设有输入引脚一、输入引脚二和输入引脚三，输入引脚三接地，输入引脚一接直流电源，输入引脚二分别连接一个光电耦合器的输入端，光电耦合器的输出端作为脉冲捕获电路的信号输出端。
本实施例中未对工作电源做详细说明，可使用常规的DC-DC电源电路，将输入的24V电源转换成5V、3.3V等直流电源，供各个功能模块使用。
本实施例示出的驱动控制电路，主要使用LCD串口实现人机交互，能够完成对步进电机控制和一些运行参数调控，且预留紧急开关和电容触摸按键接口，方便二次开发。
实施例二
本实施例提出一种食品挤出机，包括实施例一中所述挤出设备的驱动控制电路。
本实用新型使用市场主流MCU作为控制器配合一些板载的控制、驱动电路，只需外部极少器件即可完成食品的挤出功能。完善了食品挤出机的功能，具备挤出控制精确、电路成本低、集成度高外部依赖器件少、电路整体功耗低、功能可定制等优点。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。
Claims (9)
1.一种挤出设备的驱动控制电路，其特征在于：包括主控MCU和多个电机驱动芯片，以及与所述MCU电信号连接的信号接收电路、脉冲捕获电路和寄存器模块；
所述信号接收电路和脉冲捕获电路分别用于实时接收外部设备反馈的三轴挤出设备的各个电机输出轴的位置信息和速度信息；
所述寄存器模块的输出端电信号连接各个电机驱动芯片的输入端；
一个电机驱动芯片的驱动信号输出端与一个电机的驱动信号输入端相连。
2.根据权利要求1所述的一种挤出设备的驱动控制电路，其特征在于：所述主控MCU采用型号为STM32F103系列的微处理器，寄存器模块采用两个型号为74HC595的移位寄存器，各个移位寄存器的输出端连接1或2个电机驱动芯片，用于控制具有三个轴向电机的挤出设备。
3.根据权利要求2所述的一种挤出设备的驱动控制电路，其特征在于：所述驱动控制电路还设有与移位寄存器电信号连接的蜂鸣器、风扇和背光灯中的任意一种或多种的组合。
4.根据权利要求1所述的一种挤出设备的驱动控制电路，其特征在于：所述电机驱动芯片采用A4988步进电机驱动芯片，挤出设备的电机采用57步进电机。
5.根据权利要求1所述的一种挤出设备的驱动控制电路，其特征在于：所述信号接收电路包括多组电机上限位信号接口和电机下限位信号接口，各个限位信号接口设有输入引脚一、输入引脚二和输入引脚三，输入引脚一连接直流电源，输入引脚三接地，输入引脚二连接三极管开关电路，三极管开关电路包括三极管、限流电阻和上拉电阻，限流电阻和上拉电阻设置于三极管的基极和直流电源正极之间，三极管的发射极接地，三极管的集电极作为信号接收电路的信号输出端。
6.根据权利要求1所述的一种挤出设备的驱动控制电路，其特征在于：所述脉冲捕获电路包括多个电机脉冲信号接口和光电耦合器，各个电机脉冲信号接口设有输入引脚一、输入引脚二和输入引脚三，输入引脚三接地，输入引脚一接直流电源，输入引脚二连接光电耦合器的输入端，光电耦合器的输出端作为脉冲捕获电路的信号输出端。
7.根据权利要求1所述的一种挤出设备的驱动控制电路，其特征在于：所述主控MCU、信号接收电路、脉冲捕获电路、移位寄存器和各个电机驱动芯片集成在同一个控制板上；所述外部设备包括设置于控制板外部的多个限位传感器和测速电路，限位传感器用于实时检测各个电机的输出轴的位置信息，测速电路用于实时检测各个电机的输出轴的速度信息。
8.根据权利要求1所述的一种挤出设备的驱动控制电路，其特征在于：所述驱动控制电路还设有与主控MCU电信号连接的指示灯、EEPROM、指示灯、串口屏、电控按键、紧急开关接口、SWD调试接口中的任意一种或多种的组合。
9.一种食品挤出机，其特征在于：包括如权利要求1至8任一所述挤出设备的驱动控制电路。
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