CN219266790U - 步进电机带动的运动模块运行状态检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种步进电机带动的运动模块运行状态系统，包括：步进电机控制器，用于解析上位机发送的步进电机相关命令，控制电机按照预设参数和方式运行；运动模块运行状态检测单元，用于接收步进电机控制器发送的STEP信号、DIR信号、EN信号，并发送给步进电机驱动器，实时检测运动模块的运行状态；当判断运动模块运行异常时，使步进电机驱动器停止输出脉冲控制信号，并向上位机发送运动模块运行异常报警信息。本实用新型采用运动模块运行状态检测单元对运动模块的运行状态进行实时检测，支持8路步进电机带动的运动模块运行状态检测，并根据需要可扩展增加检测路数，每路只需要一个码盘和一个传感器即可，减少了检测器件所占空间及制作成本。

Description

步进电机带动的运动模块运行状态检测系统

技术领域

本实用新型涉及步进电机带动的运动模块，尤其是涉及步进电机带动的运动模块运行状态检测系统。

背景技术

现有对步进电机带动的运动模块的运行状态检测，多直接采用编码器来实现。对运动模块的运行状态检测包括：运行卡顿、步进电机卡死、发生撞击、运行到位等。但是，当使用多路步进电机带动多个运动模块工作时，则需要选型和搭配多路编码器，使得运动模块使用不灵活，且检测成本较高。更重要的是，当步进电机到运动模块（负载）之间的机械传动不合理时，将导致运动模块的运行状态异常无法检测、无法判断是否运动到目标位置。

发明内容

本实用新型目的是提供一种步进电机带动的运动模块运行状态检测，实现降低检测成本，避免运动模块损坏和操作人员受到伤害。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本实用新型所述步进电机带动的运动模块运行状态系统，包括

步进电机控制器，用于解析上位机发送的步进电机相关命令，控制电机按照预设参数和方式运行；

所述运动模块运行状态检测单元，用于接收所述步进电机控制器发送的STEP信号(步进脉冲信号)、DIR信号(步进电机旋转方向控制信号)、EN信号(步进电机驱动器使能信号)，并将接收的所述STEP信号、DIR信号、EN信号发送给所述步进电机驱动器，实时检测所述运动模块的运行状态；当判断运动模块运行异常时，使步进电机驱动器停止输出脉冲控制信号，并向上位机发送运动模块运行异常报警信息；

所述步进电机驱动器，用于接收运动模块运行状态检测单元发送的STEP信号、DIR信号、EN信号，并按照预设的参数驱动步进电机运行；当接收到步进电机停止运行控制信号时，控制步进电机停止运行；

上位机，用于与步进电机控制器、运动模块运行状态检测单元和步进电机驱动器通信。

可选择地，所述包括运动模块运行状态检测单元，包括位移传感器、电平转换模块、单片机、步进电机STEP信号控制模块；

所述位移传感器，用于检测所述码盘上的检测孔，当检测到所述检测孔时，向电平转换模块输出高电平或低电平检测信号；

所述电平转换模块，用于将所述位移传感器输出的检测信号和步进电机STEP信号经电平转换后输出给所述单片机；

所述单片机，实时将电平转换模块发送的所述检测信号和所述步进电机STEP信号进行分析处理，判断运动模块的运行状态；当所述运动模块运行异常时，使步进电机驱动器停止输出脉冲控制信号，并向上位机发送运动模块运行异常报警信息。

进一步地，所述电平转换模块，包括第一光电耦合器U1和第二光电耦合器U2；所述第一光电耦合器U1的初级侧与所述步进电机STEP信号连接，第一光电耦合器U1的次级侧与所述单片机的STEP信号输入端连接；所述第二光电耦合器U2的初级侧与所述位移传感器的检测信号输出端连接，第二光电耦合器U2的次级侧与所述单片机的位移信号输入端连接；

所述步进电机STEP信号控制模块包括第三光电耦合器U3，所述第三光电耦合器U3的初级侧与所述单片机的控制信号输出端连接，第三光电耦合器U3的次级侧与所述步进电机驱动器的STEP信号输入端连接。

本实用新型采用运动模块运行状态检测单元，对运动模块的运行状态进行实时检测，可支持8路步进电机带动的运动模块运行状态检测，并根据需要可扩展增加检测路数，每路只需要一个码盘和一个传感器即可，减少了检测器件所占空间及制作成本，降低了电路板线束连接的复杂度，大大提高了运动模块运行状态检测的准确度。

附图说明

图1是本实用新型所示码盘的安装位置示意图。

图2是本实用新型所示的检测系统示意图。

图3是图1中运动模块运行状态检测单元的示意图。

图4、图5是图3中所述电平转换模块的电路原理图。

图6是图3中所述步进电机STEP信号控制模块的电路原理图。

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说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的工作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述实施例。

本实用新型所述步进电机带动的运动模块运行状态检测方法，现以检测一路运动模块的运行状态为例进行描述；当然，对运动模块的运行状态检测也可扩展到多路。

如图2所示，所述检测系统，包括：

步进电机控制器，用于解析上位机发送的步进电机相关命令，

运动模块运行状态检测单元，用于接收步进电机控制器发送的STEP信号、DIR信号、EN信号，并将接收的STEP信号、DIR信号、EN信号发送给步进电机驱动器，实时检测运动模块的运行状态；当判断运动模块运行异常时，使步进电机驱动器停止输出脉冲控制信号，并向上位机发送运动模块运行异常报警信息，提示有关人员排查故障和处理；

步进电机驱动器，用于接收运动模块运行状态检测单元发送的STEP信号、DIR信号、EN信号，按照预设的参数驱动步进电机运行；当接收到步进电机停止运行控制信号时，控制步进电机停止运行；

上位机，用于与步进电机控制器、运动模块运行状态检测单元和步进电机驱动器通信。

有益地或示例性地，如图1、3所示，运动模块运行状态检测单元，包括安装在运动模块的步进电机轴上的码盘、位移传感器6、电平转换模块、单片机、步进电机STEP信号控制模块；

位移传感器6，用于检测码盘1上的检测孔4，当检测到检测孔4时，向电平转换模块输出高电平检测信号，未检测到检测孔4时，向电平转换模块输出低电平检测信号；本实用新型中的码盘上的检测孔可以是圆孔、矩形孔或其他形状的孔；

电平转换模块，用于将位移传感器6输出的检测信号和步进电机STEP信号经电平转换后输出给单片机；

单片机，实时将电平转换模块发送的检测信号和步进电机STEP信号进行分析处理，判断运动模块的运行状态；当运动模块运行异常时，使步进电机驱动器停止输出脉冲控制信号，并向上位机发送运动模块运行异常报警信息。

有益地或示例性地，如图4、5所示，电平转换模块，包括第一光电耦合器U1和第二光电耦合器U2。

如图4所示，第一光电耦合器U1的初级侧与步进电机STEP信号和步进电机工作电源VCC连接；具体地，第一光电耦合器U1初级侧管脚管脚2连接步进电机STEP信号，第一光电耦合器U1初级侧管脚1连接步进电机工作电源VCC。第一光电耦合器U1的次级侧与单片机的STEP信号输入端连接；具体地，第一光电耦合器U1次级侧管脚7连接单片机的STEP信号输入端J1。

如图5所示，第二光电耦合器U2的初级侧与位移传感器6的检测信号输出端连接，第二光电耦合器U2的次级侧与单片机的位移信号输入端连接；具体地，第二光电耦合器U2初级侧管脚1、管脚2连接位移传感器6的检测信号输出端；第二光电耦合器U2次级侧管脚7连接单片机位移信号输入端J4。

有益地或示例性地，如图6所示，步进电机STEP信号控制模块包括第三光电耦合器U3，第三光电耦合器U3的初级侧（管脚1、管脚2）与单片机的控制信号输出端J5连接，第三光电耦合器U3的次级侧管脚4与步进电机驱动器的STEP信号输入端J6连接，管脚3连接步进电机控制器STEP信号。

具体地，当在一个检测周期内，单片机位移信号输入端J4接收的电平没有高、低电平变化时，单片机的控制信号输出端J5输出高电平到第三光电耦合器U3的管脚2，第三光电耦合器U3的管脚1接3.3VDD电源端，这时第三光电耦合器U3的初级侧光电二极管截止，次级侧的光敏三极管不导通，第三光电耦合器U3的次级侧管脚4脚无STEP信号输出给步进电机驱动器，即把输出到步进电机驱动器的STEP信号切断，从而控制步进电机停止工作，从而控制运动模块停止运动，并向上位机发送运动模块运行异常报警信息。

本实用新型中的单片机也可以采用FPGA、DSP或ARM等控制器件；光电耦合器也可以采用电平转换芯片或者MOS管等器件。

本实用新型的检测步骤简述如下：

步骤1，如图1所示，将码盘1装在被检测运动模块的步进电机转轴2上，码盘1随步进电机的转轴2转动，转轴2通过传动带3与运动模块的从动轴连接；码盘1的盘面上沿圆周方向均布开设有30个检测孔4，检测孔4沿圆周方向的宽度等于相邻检测孔4之间沿圆周方向的宽度；

步骤2，在机架上对应于检测孔4的运动轨迹线5位置安装位移传感器6，当位移传感器检测到检测孔时输出高电平检测信号，位移传感器未检测到检测孔时输出低电平检测信号，并将检测信号发送给运动模块运行状态检测单元；

步骤3，当步进电机控制器接收到上位机发送的电机相关命令后，步进电机控制器解析该指令，并向运动模块运行状态检测单元发送STEP信号(步进脉冲信号)、DIR信号(步进电机旋转方向控制信号)、EN信号(步进电机驱动器使能信号)；

步骤4，运动模块运行状态检测单元将接收的STEP信号、DIR信号、EN信号发送给步进电机驱动器，步进电机驱动器按照预设的参数驱动步进电机转动运行；

步骤5，运动模块运行状态检测单元实时检测运动模块的运行状态，步骤为：

步骤5.1，首先，设定检测孔的宽度为一个检测周期，即：步进电机带动码盘1旋转过程中，位移传感器6沿检测孔4的运动轨迹线5检测的一个检测孔宽度所用的时间；

步骤5.2，步进电机运行过程中，运动模块运行状态检测单元在一个检测周期内对STEP信号进行计数，同时，检测在一个检测周期时间内位移传感器6输出的检测信号是否由高电平变为低电平，即位移传感器6输出的信号是否有高、低电平变化；如果有高、低电平变化，判断运动模块运行正常，对STEP信号的计数清零；如果没有高、低电平变化，则判断运动模块运行异常，STEP信号计数值不为0，切断步进电机驱动器的STEP信号，使步进电机停止运行，并向上位机发送运动模块运行异常报警信息，提示有关人员排查故障和处理。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，诸如“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的术语是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

Claims (3)

1.一种步进电机带动的运动模块运行状态检测系统，其特征在于：包括

步进电机控制器，用于解析上位机发送的步进电机相关命令，控制电机按照预设参数和方式运行；

所述运动模块运行状态检测单元，用于接收所述步进电机控制器发送的STEP信号、DIR信号、EN信号，并将接收的所述STEP信号、DIR信号、EN信号发送给步进电机驱动器，实时检测所述运动模块的运行状态；当判断运动模块运行异常时，使步进电机驱动器停止输出脉冲控制信号，并向上位机发送运动模块运行异常报警信息；

所述步进电机驱动器，用于接收运动模块运行状态检测单元发送的STEP信号、DIR信号、EN信号，并按照预设的参数驱动步进电机运行；当接收到步进电机停止运行控制信号时，控制步进电机停止运行；

上位机，用于与步进电机控制器、运动模块运行状态检测单元和步进电机驱动器通信。

2.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于：包括所述运动模块运行状态检测单元，包括位移传感器、电平转换模块、单片机、步进电机STEP信号控制模块；

所述位移传感器，用于检测码盘上的检测孔，当检测到所述检测孔时，向电平转换模块输出高电平或低电平检测信号；

所述电平转换模块，用于将所述位移传感器输出的检测信号和步进电机STEP信号经电平转换后输出给所述单片机；

所述单片机，实时将电平转换模块发送的所述检测信号和所述步进电机STEP信号进行分析处理，判断运动模块的运行状态；当所述运动模块运行异常时，使步进电机驱动器停止输出脉冲控制信号，并向上位机发送运动模块运行异常报警信息。

3.根据权利要求2所述的检测系统，其特征在于：

所述电平转换模块，包括第一光电耦合器U1和第二光电耦合器U2；所述第一光电耦合器U1的初级侧与所述步进电机STEP信号连接，第一光电耦合器U1的次级侧与所述单片机的STEP信号输入端连接；所述第二光电耦合器U2的初级侧与所述位移传感器的检测信号输出端连接，第二光电耦合器U2的次级侧与所述单片机的位移信号输入端连接；

所述步进电机STEP信号控制模块包括第三光电耦合器U3，所述第三光电耦合器U3的初级侧与所述单片机的控制信号输出端连接，第三光电耦合器U3的次级侧与所述步进电机驱动器的STEP信号输入端连接。

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