專利名稱：步進(jìn)電機(jī)兩線驅(qū)動(dòng)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于機(jī)、電控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制裝置的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
本實(shí)用新型之前，兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制方法是由PC機(jī)或單片機(jī)控制一套控制電路，再經(jīng)過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)和控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。每個(gè)電機(jī)都要配備一套控制電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，當(dāng)所需控制電機(jī)數(shù)目較多時(shí)，驅(qū)動(dòng)控制部分體積較大，成本較高。由于這種控制方法對(duì)兩相步進(jìn)電機(jī)的兩組線圈獨(dú)立加電控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，因而，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器到每個(gè)電機(jī)之間至少需要4根驅(qū)動(dòng)控制線。
例如在天文望遠(yuǎn)鏡多光纖驅(qū)動(dòng)定位項(xiàng)目中，焦平面轉(zhuǎn)臺(tái)直徑φ1750mm，要排布4000個(gè)兩維運(yùn)動(dòng)的光纖定位機(jī)構(gòu)，在焦平面轉(zhuǎn)臺(tái)上共有8000只兩相步進(jìn)電機(jī)，按常規(guī)方法，控制驅(qū)動(dòng)部分與焦平面轉(zhuǎn)臺(tái)間至少應(yīng)有32000根驅(qū)動(dòng)控制線，這對(duì)將來天文望遠(yuǎn)鏡工作時(shí)焦平面轉(zhuǎn)臺(tái)跟蹤空域的旋轉(zhuǎn)非常不利。另外，按照常規(guī)方法，控制驅(qū)動(dòng)8000只兩相步進(jìn)電機(jī)的控制部分體積也會(huì)非常龐大。
發(fā)明詳細(xì)內(nèi)容為解決上述背景技術(shù)，當(dāng)所需控制電機(jī)數(shù)目較多時(shí)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制連線多、驅(qū)動(dòng)控制部分體積較大、成本較高。本發(fā)明的目的是為減少驅(qū)動(dòng)控制部分與焦平面轉(zhuǎn)臺(tái)間的驅(qū)動(dòng)控制線，減小步進(jìn)電機(jī)控制部分的體積，將要提供一種對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行分時(shí)、獨(dú)立運(yùn)動(dòng)控制的較小體積的步進(jìn)電機(jī)兩線驅(qū)動(dòng)控制裝置。
本實(shí)用新型的主要組成部件是主控計(jì)算機(jī)1、單片機(jī)2、電源3、功率驅(qū)動(dòng)器4、功率驅(qū)動(dòng)器5、電子繼電器6、電機(jī)7、電機(jī)8、數(shù)據(jù)傳輸線9、印刷電路板10、焦平面轉(zhuǎn)臺(tái)11和光纖定位機(jī)構(gòu)12；其中，單片機(jī)2、功率驅(qū)動(dòng)器4、功率驅(qū)動(dòng)器5固定于印刷電路板10上面，電子繼電器6、電機(jī)7、電機(jī)8安裝于光纖定位機(jī)構(gòu)12內(nèi)，光纖定位機(jī)構(gòu)12固定于焦平面轉(zhuǎn)臺(tái)11上，在上述電路結(jié)構(gòu)中，主控計(jì)算機(jī)1的輸出口與單片機(jī)2的控制口由數(shù)據(jù)傳輸線9連接，主控計(jì)算機(jī)1發(fā)送指令改變單片機(jī)2的數(shù)據(jù)輸出口c、d、r的電平高低和時(shí)序狀態(tài)；單片機(jī)2的a、b輸出口分別與電源3的5V和0V兩個(gè)輸出端相連；電源3的一個(gè)輸出端(15V端)與功率驅(qū)動(dòng)器4和功率驅(qū)動(dòng)器5的電源輸入口b相連，電源3的另一個(gè)輸出(0V)端與功率驅(qū)動(dòng)器4和功率驅(qū)動(dòng)器5的電源輸入口a相連；單片機(jī)2的數(shù)據(jù)輸出口c與功率驅(qū)動(dòng)器5的數(shù)據(jù)輸入口c相連，單片機(jī)2的數(shù)據(jù)輸出口d與功率驅(qū)動(dòng)器5的數(shù)據(jù)輸入口d相連，單片機(jī)2的數(shù)據(jù)輸出口r與功率驅(qū)動(dòng)器4的數(shù)據(jù)輸入口c相連，由功率驅(qū)動(dòng)器5、功率驅(qū)動(dòng)器4將單片機(jī)2的數(shù)據(jù)輸出口c、d、r的電平進(jìn)行功率放大，再由功率驅(qū)動(dòng)器4的功率輸出口h、功率驅(qū)動(dòng)器5的功率輸出口h、g輸出；功率驅(qū)動(dòng)器4的功率輸出口h與電子繼電器6的控制輸入口a相連，通過功率驅(qū)動(dòng)器4控制電子繼電器6的導(dǎo)通狀態(tài)；功率驅(qū)動(dòng)器5的功率輸出口g與電子繼電器6的功率輸入口h相連，功率驅(qū)動(dòng)器5的功率輸出口h與電子繼電器6的功率輸入口c相連，電子繼電器6實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)接切換；電子繼電器6的功率輸出口g與電機(jī)7的連接點(diǎn)a相連，電子繼電器6的功率輸出口d與電機(jī)7的連接點(diǎn)b相連，電子繼電器6的功率輸出口f與電機(jī)8的連接點(diǎn)a相連，電子繼電器6的功率輸出口e與電機(jī)8的連接點(diǎn)b相連，電子繼電器6對(duì)電機(jī)7和電機(jī)8進(jìn)行分時(shí)轉(zhuǎn)接切換；電子繼電器6的控制輸入口b連接到電源3的0V輸出端；電機(jī)7和電機(jī)8的連接點(diǎn)c相連并連接到電源3的0V輸出端。根據(jù)被控電機(jī)的數(shù)量，并行增加功率驅(qū)動(dòng)器5、電子繼電器6和單片機(jī)2的數(shù)量，可對(duì)多電機(jī)實(shí)行并行控制。
本實(shí)用新型的工作原理1.驅(qū)動(dòng)控制電路原理若單片機(jī)2選用16位數(shù)據(jù)輸出口的芯片時(shí)，主控計(jì)算機(jī)1接到控制指令后，通過數(shù)據(jù)傳輸線9給單片機(jī)2發(fā)送指令改變單片機(jī)2的數(shù)據(jù)輸出口c、d、r的電平高低和時(shí)序狀態(tài)，并通過功率驅(qū)動(dòng)器4控制電子繼電器6的導(dǎo)通狀態(tài)，通過功率驅(qū)動(dòng)器5和電子繼電器6控制電機(jī)7或電機(jī)8的定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)磁場方向和磁場脈沖個(gè)數(shù)，使上述兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)子正、反方向定角度轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)控制功能。
2.兩線驅(qū)動(dòng)原理將常規(guī)的兩相步進(jìn)電機(jī)的兩相獨(dú)立線圈的四個(gè)連接點(diǎn)的中間兩點(diǎn)相連接，使兩相步進(jìn)電機(jī)的四個(gè)連接點(diǎn)變?yōu)槿鐖D1中電機(jī)7或電機(jī)8的a、b、c三個(gè)連接點(diǎn)，將中間連接點(diǎn)c與電源3的0V輸出端口相連接，步進(jìn)電機(jī)的連接點(diǎn)a、b通過電子繼電器6和功率驅(qū)動(dòng)器5連接到單片機(jī)2的數(shù)據(jù)輸出口上。
單片機(jī)2的數(shù)據(jù)輸出口各點(diǎn)的輸出電平可通過主控計(jì)算機(jī)1進(jìn)行適時(shí)控制，輸出電平經(jīng)功率驅(qū)動(dòng)器5進(jìn)行功率放大后通過電子繼電器6加到對(duì)應(yīng)的兩相步進(jìn)電機(jī)的連接點(diǎn)a、b上。通過主控計(jì)算機(jī)1對(duì)單片機(jī)2數(shù)據(jù)輸出口各點(diǎn)輸出電平的時(shí)序進(jìn)行控制，使電機(jī)7或電機(jī)8內(nèi)產(chǎn)生順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)電磁場，由旋轉(zhuǎn)電磁場驅(qū)動(dòng)使電機(jī)7或電機(jī)8正向或反向轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.分時(shí)工作原理如圖1所示當(dāng)單片機(jī)2的數(shù)據(jù)輸出口r為高電平時(shí)，使電子繼電器6的功率輸出口g、d接通，單片機(jī)2控制電機(jī)7轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)單片機(jī)2的數(shù)據(jù)輸出口r為低電平時(shí)，電子繼電器6的功率輸出口f、e接通，單片機(jī)2控制電機(jī)8轉(zhuǎn)動(dòng)。
通過控制電子繼電器6的導(dǎo)通狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)7和電機(jī)8的分時(shí)工作。
利用兩線驅(qū)動(dòng)和分時(shí)工作方法，最終可實(shí)現(xiàn)焦平面轉(zhuǎn)臺(tái)上的驅(qū)動(dòng)控制導(dǎo)線根數(shù)等于步進(jìn)電機(jī)數(shù)+2根。
本實(shí)用新型的積極效果由于本實(shí)用新型采用控制電子繼電器的導(dǎo)通狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的分時(shí)工作；本實(shí)用新型還采用將常規(guī)的兩相步進(jìn)電機(jī)的兩相獨(dú)立線圈的四個(gè)連接點(diǎn)的中間兩點(diǎn)相連接，使常規(guī)的兩相步進(jìn)電機(jī)的由四個(gè)連接點(diǎn)變?yōu)殡姍C(jī)的a、b、c三個(gè)連接點(diǎn)；根據(jù)上述工作方式本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)在多電機(jī)并行工作時(shí)，使驅(qū)動(dòng)控制導(dǎo)線的數(shù)量大大減少、驅(qū)動(dòng)控制結(jié)構(gòu)體積也會(huì)相對(duì)減小，能夠?qū)崿F(xiàn)簡化結(jié)構(gòu)、降低成本和提高可靠性的目的。本實(shí)用新型可應(yīng)用于多點(diǎn)并行加工及測量等領(lǐng)域。在本實(shí)用新型的實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)了對(duì)七只電機(jī)只用九根驅(qū)動(dòng)控制線來完成各自獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)控制，并使電機(jī)控制部分體積也大大減小。本實(shí)用新型已在天文望遠(yuǎn)鏡密集排列光纖驅(qū)動(dòng)定位試驗(yàn)機(jī)構(gòu)中得到驗(yàn)證。本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)簡單，工作穩(wěn)定可靠，制作成本較低，維護(hù)方便。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，亦是摘要附圖。
圖2是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型已用于LAMOST天文望遠(yuǎn)鏡中密集排列光纖定位機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)裝置，由一臺(tái)主控計(jì)算機(jī)1、一片單片機(jī)2、一個(gè)電源3、一個(gè)功率驅(qū)動(dòng)器4、七個(gè)功率驅(qū)動(dòng)器5、七個(gè)電子繼電器6、電機(jī)7采用七只旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)8采用七只直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)、一條數(shù)據(jù)傳輸線9、一套印刷電路板10、一個(gè)焦平面轉(zhuǎn)臺(tái)11和七只光纖定位機(jī)構(gòu)12組成。
本實(shí)用新型單片機(jī)2與功率驅(qū)動(dòng)器4、各功率驅(qū)動(dòng)器5之間采用印刷電路板10的印刷電路連接各接口，其它接口及連接點(diǎn)通過導(dǎo)線相連接。
主控計(jì)算機(jī)1采用PC臺(tái)式計(jì)算機(jī)；單片機(jī)2型號(hào)為AT89C51，電源3可提供5V和15V直流電源，功率為100W；功率驅(qū)動(dòng)器4和七個(gè)功率驅(qū)動(dòng)器5型號(hào)均為ICL7667CPA；七個(gè)電子繼電器6的型號(hào)均為EA2-24；七只旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)7和七只直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)8的型號(hào)均為AM1020兩相步進(jìn)電機(jī)，數(shù)據(jù)傳輸線9采用專用計(jì)算機(jī)串口傳輸線，印刷電路板10采用雙面覆銅板制造，其它導(dǎo)線采用多股銅芯導(dǎo)線。
單片機(jī)2、功率驅(qū)動(dòng)器4、七個(gè)功率驅(qū)動(dòng)器5安裝在印刷電路板10上并裝在獨(dú)立的控制箱內(nèi)；七個(gè)電子繼電器6、七只旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)7和七只直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)8分別安裝在七只光纖定位機(jī)構(gòu)12內(nèi)，七只光纖定位機(jī)構(gòu)12安裝在焦平面轉(zhuǎn)臺(tái)11上。
主控計(jì)算機(jī)1與單片機(jī)2由數(shù)據(jù)傳輸線9相聯(lián)接，其余各部件由導(dǎo)線聯(lián)接。
單片機(jī)2的a、b輸出口分別與電源3的5V和0V輸出端相連；電源3的15V輸出端與功率驅(qū)動(dòng)器4和七個(gè)功率驅(qū)動(dòng)器5的電源輸入口b相連，電源3的0V輸出端與功率驅(qū)動(dòng)器4和七個(gè)功率驅(qū)動(dòng)器5的電源輸入口a相連；單片機(jī)2的數(shù)據(jù)輸出口c、e、g、i、k、m、o分別依次與七個(gè)功率驅(qū)動(dòng)器5的數(shù)據(jù)輸入口c相連，單片機(jī)2的數(shù)據(jù)輸出口d、f、h、j、l、n、p分別依次與七個(gè)功率驅(qū)動(dòng)器5的數(shù)據(jù)輸入口d相連，單片機(jī)2的數(shù)據(jù)輸出口r與功率驅(qū)動(dòng)器4的數(shù)據(jù)輸入口c相連；功率驅(qū)動(dòng)器4的功率輸出口h與七個(gè)電子繼電器6的控制輸入口a相連七個(gè)功率驅(qū)動(dòng)器5的功率輸出口g分別依次與七個(gè)電子繼電器6的功率輸入口h相連，七個(gè)功率驅(qū)動(dòng)器5的功率輸出口h分別依次與七個(gè)電子繼電器6的功率輸入口c相連；七個(gè)電子繼電器6的功率輸出口g分別依次與七只旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)7的連接點(diǎn)a相連，七個(gè)電子繼電器6的功率輸出口d分別依次與七只旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)7的連接點(diǎn)b相連，七個(gè)電子繼電器6的功率輸出口f分別依次與七只直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)8的連接點(diǎn)a相連，七個(gè)電子繼電器6的功率輸出口e分別依次與七只直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)8的連接點(diǎn)b相連；七個(gè)電子繼電器6的控制輸入口b連接到電源3的0V輸出端；七只旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)7和七只直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)8的連接點(diǎn)c相連并連接到電源3的0V輸出端。
除了上述實(shí)施例之外的設(shè)計(jì)，可根據(jù)權(quán)利要求的限定來選擇參數(shù)或部件?？筛鶕?jù)不同的設(shè)計(jì)要求需要選擇上述部件的數(shù)量，如采用多片單片機(jī)2、多個(gè)功率驅(qū)動(dòng)器4、N個(gè)功率驅(qū)動(dòng)器5、N個(gè)電子繼電器6、N只旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)7、N只直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)8和N只光纖定位機(jī)構(gòu)12。多條數(shù)據(jù)傳輸線9、多套印刷電路板10。
權(quán)利要求1.步進(jìn)電機(jī)兩線驅(qū)動(dòng)控制裝置，包括主控計(jì)算機(jī)1、電源3、數(shù)據(jù)傳輸線9、印刷電路板10、焦平面轉(zhuǎn)臺(tái)11和光纖定位機(jī)構(gòu)12；其特征在于還包括單片機(jī)2、功率驅(qū)動(dòng)器4、功率驅(qū)動(dòng)器5、電子繼電器6、電機(jī)7、電機(jī)8，其中單片機(jī)2、功率驅(qū)動(dòng)器4、功率驅(qū)動(dòng)器5固定于印刷電路板10上面，電子繼電器6、電機(jī)7、電機(jī)8安裝于光纖定位機(jī)構(gòu)12內(nèi)，光纖定位機(jī)構(gòu)12固定于焦平面轉(zhuǎn)臺(tái)11上，主控計(jì)算機(jī)1的輸出口與單片機(jī)2的控制口由數(shù)據(jù)傳輸線9連接，主控計(jì)算機(jī)1發(fā)送指令改變單片機(jī)2的數(shù)據(jù)輸出口c、d、r的電平高低和時(shí)序狀態(tài)；單片機(jī)2的a、b輸出口分別與電源3的兩個(gè)輸出端相連；電源3的一個(gè)輸出端與功率驅(qū)動(dòng)器4和功率驅(qū)動(dòng)器5的電源輸入口b相連，電源3的另一個(gè)輸出端與功率驅(qū)動(dòng)器4和功率驅(qū)動(dòng)器5的電源輸入口a相連；單片機(jī)2的數(shù)據(jù)輸出口c與功率驅(qū)動(dòng)器5的數(shù)據(jù)輸入口c相連，單片機(jī)2的數(shù)據(jù)輸出口d與功率驅(qū)動(dòng)器5的數(shù)據(jù)輸入口d相連，單片機(jī)2的數(shù)據(jù)輸出口r與功率驅(qū)動(dòng)器4的數(shù)據(jù)輸入口c相連，由功率驅(qū)動(dòng)器5、功率驅(qū)動(dòng)器4將單片機(jī)2的數(shù)據(jù)輸出口c、d、r的電平進(jìn)行功率放大，再由功率驅(qū)動(dòng)器4的功率輸出口h、功率驅(qū)動(dòng)器5的功率輸出口h、g輸出；功率驅(qū)動(dòng)器4的功率輸出口h與電子繼電器6的控制輸入口a相連，通過功率驅(qū)動(dòng)器4控制電子繼電器6的導(dǎo)通狀態(tài)；功率驅(qū)動(dòng)器5的功率輸出口g與電子繼電器6的功率輸入口h相連，功率驅(qū)動(dòng)器5的功率輸出口h與電子繼電器6的功率輸入口c相連，電子繼電器6實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)接切換；電子繼電器6的功率輸出口g與電機(jī)7的連接點(diǎn)a相連，電子繼電器6的功率輸出口d與電機(jī)7的連接點(diǎn)b相連，電子繼電器6的功率輸出口f與電機(jī)8的連接點(diǎn)a相連，電子繼電器6的功率輸出口e與電機(jī)8的連接點(diǎn)b相連，電子繼電器6對(duì)電機(jī)7和電機(jī)8進(jìn)行分時(shí)轉(zhuǎn)接切換；電子繼電器6的控制輸入口b連接到電源3的輸出端；電機(jī)7和電機(jī)8的連接點(diǎn)c相連并連接到電源3的輸出端。
2.步進(jìn)電機(jī)兩線驅(qū)動(dòng)控制裝置，其特征在于根據(jù)被控電機(jī)的數(shù)量，并行增加功率驅(qū)動(dòng)器5、電子繼電器6和單片機(jī)2的數(shù)量，可對(duì)多電機(jī)實(shí)行并行控制。
專利摘要本實(shí)用新型涉及對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制裝置的改進(jìn)。主控計(jì)算機(jī)1、單片機(jī)2、電源3、功率驅(qū)動(dòng)器4、功率驅(qū)動(dòng)器5、電子繼電器6、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)7、直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)8、數(shù)據(jù)傳輸線9、印刷電路板10、焦平面轉(zhuǎn)臺(tái)11和光纖定位機(jī)構(gòu)12；采用控制電子繼電器的導(dǎo)通狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)的分時(shí)工作；采用將常規(guī)的兩相步進(jìn)電機(jī)的兩相獨(dú)立線圈的四個(gè)連接點(diǎn)的中間兩點(diǎn)相連接，使常規(guī)的兩相步進(jìn)電機(jī)由四個(gè)連接點(diǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)或直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)的a、b、c三個(gè)連接點(diǎn)；可實(shí)現(xiàn)在多電機(jī)并行工作時(shí)，使驅(qū)動(dòng)控制導(dǎo)線的數(shù)量大大減少、驅(qū)動(dòng)控制結(jié)構(gòu)體積相對(duì)減小，實(shí)現(xiàn)簡化結(jié)構(gòu)、降低成本和提高可靠性的目的。應(yīng)用于多點(diǎn)并行加工及測量等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H02P8/00GK2671229SQ20032011261
公開日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2003年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月22日
發(fā)明者高云國, 劉偉 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所