CN220693014U - 多电机控制电路、控制装置和电控产品 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电机驱动技术，公开一种多电机控制电路、控制装置和电控产品，包括：主控芯片、H桥、电流采样模块、MosFET驱动模块、霍尔信号滤波模块和多电机接口模块，其中，电流采样模块的电流采样端经精密电阻电连接H桥，电流采样模块的模数转换输出端电连接主控芯片，主控芯片的PWM输出端电连接MosFET驱动模块的控制输入端，MosFET驱动模块的控制输出端电连接H桥的控制输入端，H桥的控制输出端电连接多电机接口模块的控制输入端，多电机接口模块的霍尔信号输出端电连接霍尔信号滤波模块，所述霍尔信号滤波模块的输出端电连接所述主控芯片。本实用新型旨在解决多电机控制不平衡的问题。

Description

多电机控制电路、控制装置和电控产品

技术领域

本实用新型涉及电机驱动技术领域，特别涉及一种多电机控制电路、控制装置和电控产品。

背景技术

随着自动化技术的发展，越来越多生活用品通过结合自动化技术，提高产品的智能化，给人们带来了更好的使用体验，例如升降桌椅、智能床、智能轮椅、智能沙发等。而这些智能电控产品一般需要使用到多个电机来控制运行，目前这些智能电控产品存在难以实现多电机平衡的问题，即在多电机控制的过程中，容易出现电机之间同步及水平面平衡精度差的问题，当智能电控产品长期运行在多电机运行不平衡的状态下时，久而久之就容易出现一个或多个电机控制失效，从而导致产品整体功能失效或功能性能降额的情况发生。

上述内容仅用于辅助理解本实用新型的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

实用新型内容

本实用新型提出一种多电机控制电路、控制装置和电控产品，旨在解决多电机控制不平衡的问题。

为实现上述目的，本实用新型提出一种多电机控制电路，包括主控芯片、H桥、电流采样模块、MosFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）驱动模块、霍尔信号滤波模块和多电机接口模块，其中，所述电流采样模块的电流采样端经精密电阻电连接所述H桥，所述电流采样模块的模数转换输出端电连接所述主控芯片，所述主控芯片的PWM（Pulse WidthModulation，脉宽调制）输出端电连接所述MosFET驱动模块的控制输入端，所述MosFET驱动模块的控制输出端电连接所述H桥的控制输入端，所述H桥的控制输出端电连接所述多电机接口模块的控制输入端，所述多电机接口模块的霍尔信号输出端电连接所述霍尔信号滤波模块，所述霍尔信号滤波模块的输出端电连接所述主控芯片。

本实用新型进一步提出一种控制装置，该控制装置包括如上所述的多电机控制电路。

本实用新型进一步提出一种电控产品，该电控产品包括多个电机，以及如上所述的控制装置；其中，多个所述电机分别电连接所述控制装置中的多电机接口模块。

本实用新型技术方案的有益效果在于：主控芯片可以根据电流采样模块采样的H桥电流数据和经过滤波的霍尔信号，使用控制算法生成适当的PWM信号，并通过MosFET驱动模块将PWM信号传输至H桥，实现对多个电机的精确控制，从而实现多电机之间的平衡和同步控制，提高水平面平衡精度。

附图说明

图1为本实用新型多电机控制电路一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型多电机控制电路另一实施例的结构示意图；

图3为本实用新型多电机控制电路又一实施例的结构示意图；

图4为本实用新型多电机控制电路再一实施例的结构示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的方案进行清楚完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型中的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。

另外，若本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述，仅用于描述目的（如用于区分相同或同类元件），而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种多电机控制电路，参照图1，该多电机控制电路包括主控芯片、H桥、电流采样模块、MosFET驱动模块、霍尔信号滤波模块和多电机接口模块，其中，所述电流采样模块的电流采样端经精密电阻电连接所述H桥，所述电流采样模块的模数转换输出端电连接所述主控芯片，所述主控芯片的PWM输出端电连接所述MosFET驱动模块的控制输入端，所述MosFET驱动模块的控制输出端电连接所述H桥的控制输入端，所述H桥的控制输出端电连接所述多电机接口模块的控制输入端，所述多电机接口模块的霍尔信号输出端电连接所述霍尔信号滤波模块，所述霍尔信号滤波模块的输出端电连接所述主控芯片。

本实施例中，主控芯片负责整个电路的控制和协调工作。它接收来自其他模块的信号，并根据需求生成PWM信号。其中，主控芯片的型号可以是ARM Cortex-M0（或M4）。

可选的，H桥是一种用来驱动电机运行，并控制电机正反转、调速的电路。H桥可以由四个电子开关（如MosFET）组成，并将驱动电流提供给电机。需要说明的是，H桥是一个典型的直流电机控制电路，因为它的电路形状酷似字母H，故得名曰“H桥”。

可选的，电流采样模块负责电流采样和模数转换。其电流采样端经精密电阻电连接到H桥，用于测量电流；而模数转换输出端电连接到主控芯片，将经过采样的电流数据传输给主控芯片进一步处理。需要说明的是，精密电阻是一种高精度、低温漂和高可靠性的电阻器。

可选的，MosFET驱动模块负责接收主控芯片输出的PWM信号，并控制MosFET开关的状态。其中，MosFET驱动模块的控制输入端与主控芯片的PWM输出端电连接，从主控芯片接收PWM信号；而MosFET驱动模块的控制输出端与H桥的控制输入端电连接，通过控制H桥的MosFET的开关状态，实现电机相关控制。

可选的，霍尔信号滤波模块用于处理多电机接口模块反馈的霍尔信号，并进行滤波处理，然后将滤波处理后的霍尔信号反馈至主控芯片。

可选的，多电机接口模块用于接入多个电机，包括有刷电机和无刷电机。

多电机控制电路的运行原理如下：

(1)、从电流采样模块获取H桥电流数据：电流采样模块的电流采样端经过精密电阻与H桥相连，可以实时采集并测量电流。其中，主控芯片通过与电流采样模块的模数转换输出端连接，从电流采样模块读取电流数据。

(2)、霍尔信号滤波处理：主控芯片接收来自多电机接口模块的过滤后的霍尔信号。这些信号经过霍尔信号滤波模块的处理，以去除噪声和平滑信号。

(3)、控制算法处理：主控芯片使用控制算法对采集到的H桥电流数据和滤波后的霍尔信号进行分析和处理。控制算法可以根据设定的控制策略，如平衡和同步控制算法（这些算法可以根据电机的位置、速度或其他相关参数，调整每个电机的控制信号，使它们按照预定的相位或时间关系运行），计算出相应的控制信号。

(4)、PWM信号生成：主控芯片使用计算得到的控制信号，生成相应的PWM信号，并通过其PWM输出端向MosFET驱动模块的控制输入端发送PWM信号。

(5)、MosFET驱动调整：MosFET驱动模块接收来自主控芯片的PWM信号，并根据PWM信号的脉宽和频率来调整相应的MosFET的开关状态。这样，可以控制电机的转速和功率输出。

通过以上步骤，主控芯片可以根据电流采样模块采样的H桥电流数据和经过滤波的霍尔信号，使用控制算法生成适当的PWM信号，并通过MosFET驱动模块将PWM信号传输至H桥，实现对多个电机的精确控制，从而实现多电机之间的平衡和同步控制，提高水平面平衡精度，避免电控产品因多电机运行不平衡而导致产品整体功能失效或功能性能降额的情况发生。

其中，主控芯片可以根据电机的状态和反馈信号，设计均衡控制策略。这些策略可以包括保持电机转速、电流或功率等方面的平衡，以避免电机之间的不平衡。

并且在多电机控制电路运行的过程中，主控芯片还可以实时监测电机的状态，并根据具体情况及时调整输出的PWM信号，以实现多电机的精确控制。通过不断的反馈和修正，可以最小化电机之间的差异，保持系统的平衡和同步性。

可选的，参照图2，多电机控制电路还可以进一步包括EMC（ElectromagneticCompatibility Module）模块，EMC模块电连接主控芯片，并受主控芯片控制。其中，EMC模块用于确保多电机控制电路在电磁环境中能够正常运行，并且不会对周围设备或环境产生干扰，而且这样也能避免电机因受周遭电磁干扰而反馈失真的霍尔信号，也就能保证主控芯片输出准确的PWM信号来实现多个电机的精准调控。

在一实施例中，在上述实施例的基础上，参照图2，所述多电机控制电路还包括传感器模块和FPGA（Field Programmable Gate Array）模块；

其中，所述传感器模块的第一传输端电连接所述FPGA模块，所述传感器模块的第二传输端电连接所述主控芯片；

所述传感器模块包括雷达传感器、视觉传感器、空间光电传感器和陀螺仪中的至少一个。

本实施例中，控制电路中包含了传感器模块，用于实时监测多电机控制电路所应用的电控产品的状态和环境信息。传感器模块可能包括多种传感器，以提供多种信息以支持精确控制。

可选的，传感器模块的第一传输端电连接FPGA模块，FPGA模块用于处理传感器模块的数据和运行控制算法。FPGA是一种可编程逻辑设备，它可以根据特定的需求配置和重新编程。其中，第一传输端为双向并行传输端口。

可选的，传感器模块的第二传输端电连接主控芯片，主控芯片基于预设的算法和参数，根据传感器模块提供的数据进行控制决策，输出PWM信号控制电机的运动。其中，第二传输端为I2C端口。

可选的，传感器模块包括雷达传感器、视觉传感器、空间光电传感器和陀螺仪中的至少一个。这些传感器在电控产品控制中扮演不同的角色。例如，雷达传感器可以用于检测电控产品周围的障碍物，视觉传感器可以用于图像识别和定位，空间光电传感器可以提供光照和距离信息，陀螺仪可以测量电控产品的使用状态。其中，各种传感器类型的选择和使用，可以根据具体的电控产品的控制需求和应用场景来决定。

在一实施例中，传感器模块通过与FPGA模块和主控芯片连接，提供电控产品状态和环境信息，配合主控芯片的控制算法和传感器数据处理，生成适当的PWM信号控制电机运动，在保证多电机控制的平衡和同步性的前提下，提高多电机控制电路的智能化。

在一实施例中，在上述实施例的基础上，参照图3，所述多电机控制电路还包括供电模块，所述供电模块包括交直转换单元和三级降压单元，所述交直转换单元经所述三级降压单元电连接所述主控芯片的电源端口。

本实施例中，控制电路中还包括供电模块，用于为控制电路提供稳定的电源供应。供电模块可以确保各个部件在运行过程中获得所需的电能。

可选的，供电模块包括交直转换单元，用于将交流电转换为直流电。交流电可以是来自于外部电网或电源输入。交直转换单元在此处起到将交流电转换为直流电的作用。例如，交直转换单元可以是Fly-back电源适配器，可将交流电转换为29V直流电输出至三级降压单元。

可选的，三级降压单元包括第一降压单元、第二降压单元和第三降压单元。其中，所述第一降压单元的输入端电连接交直转换单元的输出端，用于将29V直流输入转换为8V~12V直流输出；所述第二降压单元的输入端电连接第一降压单元的输出端，用于将8V~12V直流输入转换为5V直流输出；所述第三降压单元的输入端电连接第二降压单元的输出端，用于将5V直流输入转换为3.3V直流输出，且第三降压单元的输出端电连接主控芯片的电源端口。

通过上述方案，供电模块中的交直转换单元将外部交流电转换为直流电，然后通过三级降压单元将电压适配到主控芯片的电源要求。这样，主控芯片和其他部件可以获得稳定的电源供应，从而确保整个多电机控制电路的正常运行。

在一实施例中，在上述实施例的基础上，参照图3，所述多电机控制电路还包括对外充电模块，所述对外充电模块包括标准充电单元和/或快充单元；

其中，所述标准充电单元的输入端电连接所述主控芯片的高低电平控制输出端，所述标准充电单元的USB输出端电连接无线充电模块；

所述快充单元电连接所述主控芯片的I2C端口。

本实施例中，控制电路中还包括对外充电模块，用于为电控产品的电池或其他设备进行充电。对外充电模块可以实现标准充电和/或快速充电功能，以满足不同充电需求。

可选的，对外充电模块中包含标准充电单元，用于提供标准的5V充电功能。标准充电单元的输入端电连接主控芯片的高低电平控制输出端，通过主控芯片的控制输出信号来控制充电单元的工作状态。标准充电单元的USB输出端电连接无线充电模块，用于通过无线将充电电源传输给外部设备。

可选的，对外充电模块中还包括快充单元，用于提供QC&PD快速充电功能。快充单元通过电连接主控芯片的I2C端口与主控芯片进行通信，并受其控制。主控芯片可以通过发送特定命令和参数来控制快充单元的工作模式以实现快速充电功能。

这样的充电模块设计可以根据实际需要使用标准充电或快速充电，实现电控产品内部其他模块或对外设备的充电功能。

在一实施例中，在上述实施例的基础上，参照图4，所述多电机控制电路还包括人机交互模块，其中，所述人机交互模块电连接所述主控芯片，所述人机交互模块包括线控器、显示单元、音响单元、声控单元和触控单元中的至少一个。

本实施例中，控制电路中还包括人机交互模块，用于与用户进行交互和接受用户控制。人机交互模块可以根据用户的输入和指令，向主控芯片提供控制和操作指令，实现对多电机组成的电机系统（或电控产品）的控制。

可选的，人机交互模块与主控芯片建立有通信连接，以便交换信息和指令。主控芯片通过接收来自人机交互模块的输入，可以解析用户的意图并执行相应的操作。

可选的，人机交互模块包括线控器、显示单元、音响单元、声控单元和触控单元中的至少一个。这些组件为用户提供不同的交互方式，以满足用户的操作和控制需求。

可选的，线控器可以是物理按键或滑动开关，用户可以通过按下不同的按钮或滑动开关来发送不同的控制指令给主控芯片。

可选的，显示单元可以用于显示电控产品的状态、参数、警报信息等。用户可以通过观察显示单元上的信息来了解电控产品的工作状态。其中，人机交互模块还包括显示驱动单元，显示单元经显示驱动单元电连接主控芯片，而主控芯片则通过显示驱动单元驱动显示单元运行。

其中，显示单元可以包括数码管显示单元、OLED（Organic Light-EmittingDiode）显示单元和TFT（Thin Film Transistor）彩屏单元中的至少一个。

可选的，音响单元可以输出声音，用于提供音频提示或反馈给用户。例如，可以播放提示音、报警声等。其中，音响单元包括喇叭和/或蜂鸣器；人机交互模块还包括音频放大单元，所述喇叭经所述音频放大单元电连接主控芯片。

可选的，声控单元能够通过识别用户的声音指令，将其转化为控制信号，从而实现语音控制功能。

可选的，触控单元可以检测用户的手指触摸动作，并将其转化为控制指令。用户可以通过触摸屏幕和/或触控面板来执行各种操作，其中，人机交互模块还为触摸屏幕配置有相应的触摸IC单元，主控芯片可通过触摸IC单元接收触摸屏幕相应的控制信号。

通过上述方案，人机交互模块与主控芯片之间的电连接使得用户可以通过线控器、显示单元、音响单元、声控单元和触控单元中的至少一个与主控芯片进行交互。用户可以通过这些交互方式向主控芯片发送指令并获得反馈，以控制电控产品的运行和参数调整（如电控产品可根据相应的用户指令，控制电机运行，以使电控产品的使用状态切换至满足用户需求的状态（如控制升降桌的上升或下降）），这为用户提供了灵活便捷的操作和控制功能。

在一实施例中，在上述实施例的基础上，参照图4，所述多电机控制电路还包括通信模块，其中，所述通信模块电连接所述主控芯片，所述通信模块包括IoT通信单元和/或2.4G通信单元。

本实施例中，控制电路中还包括通信模块，用于实现与外部设备或网络的通信。通信模块可以用于接收和发送数据，以便与其他设备或系统进行数据交换和远程控制。其中通信模块电连接主控芯片，以实现与主控芯片的数据交互。

可选的，通信模块包括IoT通信单元和/或2.4G通信单元。这些组件能够实现不同的通信功能，以满足多个应用场景的需求。

可选的，IoT通信单元是一种支持物联网通信协议的模块，可以与物联网平台或其他物联网设备进行数据交换。通过IoT通信单元，多电机控制电路可以与云平台或其他远程设备进行通信，实现远程监控、数据收集和远程控制等功能。

可选的，2.4G通信单元是一种无线通信模块，使用2.4GHz频段进行无线数据传输。它可以用于与其他设备或系统进行数据通信，例如与遥控器或其他具备2.4GHz通信功能的设备进行无线数据交换。

其中，2.4G通信单元可以包括蓝牙单元。

通过上述方案，通信模块与主控芯片通过电连接，使多电机控制电路能够实现与外部设备或网络的通信，从而进行数据交互，实现更广泛的功能和应用。

可选的，所述通信模块还包括433M通信单元、RS485通信单元、CAN（ControllerArea Network）通信单元、USB通信单元和Ethernet通信单元中的至少一个。

本实用新型进一步提出一种控制装置，控制装置包括多电机控制电路。该多电机控制电路的具体结构参照上述实施例，由于本控制装置采用了上述所有实施例的所有技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的全部技术效果，在此不再一一赘述。

本实用新型进一步提出一种电控产品，电控产品包括多个电机和控制装置，其中，多个所述电机分别电连接所述控制装置中的多电机接口模块。该多电机控制电路的具体结构参照上述实施例，由于本控制装置采用了上述所有实施例的所有技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的全部技术效果，在此不再一一赘述。

可选的，所述电控产品可以是升降桌椅、智能床、智能轮椅、智能沙发等。

以上所述的仅为本实用新型的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本实用新型保护的范围，凡是在与本实用新型一个整体的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型保护的范围内。

Claims (10)

1.一种多电机控制电路，其特征在于，包括：主控芯片、H桥、电流采样模块、MosFET驱动模块、霍尔信号滤波模块和多电机接口模块，其中，所述电流采样模块的电流采样端经精密电阻电连接所述H桥，所述电流采样模块的模数转换输出端电连接所述主控芯片，所述主控芯片的PWM输出端电连接所述MosFET驱动模块的控制输入端，所述MosFET驱动模块的控制输出端电连接所述H桥的控制输入端，所述H桥的控制输出端电连接所述多电机接口模块的控制输入端，所述多电机接口模块的霍尔信号输出端电连接所述霍尔信号滤波模块，所述霍尔信号滤波模块的输出端电连接所述主控芯片。

2.根据权利要求1所述的多电机控制电路，其特征在于，所述多电机控制电路还包括EMC模块，所述EMC模块电连接所述主控芯片。

3.根据权利要求1所述的多电机控制电路，其特征在于，所述多电机控制电路还包括传感器模块和FPGA模块；

其中，所述传感器模块的第一传输端电连接所述FPGA模块，所述传感器模块的第二传输端电连接所述主控芯片；

所述传感器模块包括雷达传感器、视觉传感器、空间光电传感器和陀螺仪中的至少一个。

4.根据权利要求1所述的多电机控制电路，其特征在于，所述多电机控制电路还包括供电模块，所述供电模块包括交直转换单元和三级降压单元，所述交直转换单元经所述三级降压单元电连接所述主控芯片的电源端口。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的多电机控制电路，其特征在于，所述多电机控制电路还包括对外充电模块，所述对外充电模块包括标准充电单元和/或快充单元；

其中，所述标准充电单元的输入端电连接所述主控芯片的高低电平控制输出端，所述标准充电单元的USB输出端电连接无线充电模块；

所述快充单元电连接所述主控芯片的I2C端口。

6.根据权利要求1所述的多电机控制电路，其特征在于，所述多电机控制电路还包括人机交互模块，其中，所述人机交互模块电连接所述主控芯片，所述人机交互模块包括线控器、显示单元、音响单元、声控单元和触控单元中的至少一个。

7.根据权利要求1所述的多电机控制电路，其特征在于，所述多电机控制电路还包括通信模块，其中，所述通信模块电连接所述主控芯片，所述通信模块包括IoT通信单元和/或2.4G通信单元。

8.根据权利要求7所述的多电机控制电路，其特征在于，所述通信模块还包括433M通信单元、RS485通信单元、CAN通信单元、USB通信单元和Ethernet通信单元中的至少一个。

9.一种控制装置，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的多电机控制电路。

10.一种电控产品，其特征在于，包括多个电机，以及如权利要求9所述的控制装置，其中，多个所述电机分别电连接所述控制装置中的多电机接口模块。