一種隔離式低功率刷式直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種隔離式低功率刷式直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，包括鋰電池組電源模塊、DRV8848電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模塊、數(shù)字控制信號(hào)隔離電路模塊、基于STM32F1的微控制器電路模塊、串口通訊接口電路模塊、編碼器接口電路模塊；基于DRV8848電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模塊、數(shù)字控制信號(hào)隔離電路模塊、基于STM32F1的微控制器電路模塊依次連接；串口通訊接口電路模塊與基于STM32F1的微控制器電路模塊連接，編碼器接口電路模塊與基于STM32F1的微控制器電路模塊連接；鋰電池組電源模塊分別與DRV8848電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模塊和基于STM32F1的微控制器電路模塊連接，用于為驅(qū)動(dòng)器提供動(dòng)力。本實(shí)用新型電路安全可靠，控制快速準(zhǔn)確，具有適用電機(jī)范圍廣、適用環(huán)境寬、運(yùn)行噪音低的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一種隔離式低功率刷式直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種帶有隔離功能的低功率刷式直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，電動(dòng)機(jī)在現(xiàn)代化的許多方面中起著十分重要的作用，用途也越來越廣泛，如工業(yè)生產(chǎn)、運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)、醫(yī)療衛(wèi)生、辦公設(shè)備交通運(yùn)輸、國(guó)防、航空航天、機(jī)器人技術(shù)等方面。有資料統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在有百分之九十以上的動(dòng)力源來自于電動(dòng)機(jī)。隨著現(xiàn)代化步伐的邁進(jìn)，自動(dòng)化的需求越來越高，而電機(jī)的復(fù)雜控制成為一項(xiàng)系統(tǒng)工程技術(shù)，應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛。例如:軍事方面的雷達(dá)天線、火炮系統(tǒng)、飛船光電池對(duì)太陽的跟蹤控制，數(shù)控機(jī)床等各類工業(yè)設(shè)備。人們對(duì)各類電機(jī)的驅(qū)動(dòng)、控制方法一直在不斷研究中，目前形成了數(shù)字與模擬混合控制系統(tǒng)和純數(shù)字控制系統(tǒng)的應(yīng)用，而功率驅(qū)動(dòng)器件也經(jīng)歷了幾次比較大的變革，電機(jī)本身的原理設(shè)計(jì)，制造工藝都在不斷的進(jìn)步中。
[0003]傳統(tǒng)的刷式直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的不足之處在于:
[0004]1、傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器高速運(yùn)行，減速機(jī)直接驅(qū)動(dòng)時(shí)將會(huì)產(chǎn)生大的負(fù)載，不利于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與安全；
[0005]2、體積大、重量大、出力小，信息控制性能差；
[0006]3、制動(dòng)特性不好，效率低，運(yùn)行不穩(wěn)定。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種帶有隔離功能的低功率刷式直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。
[0008]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種隔離式低功率刷式直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于:包括鋰電池組電源模塊、DRV8848電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模塊、數(shù)字控制信號(hào)隔離電路模塊、基于STM32F1的微控制器電路模塊、串口通訊接口電路模塊、編碼器接口電路模塊;所述基于DRV8848電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模塊、數(shù)字控制信號(hào)隔離電路模塊、基于STM32F1的微控制器電路模塊依次連接;所述串口通訊接口電路模塊與基于STM32F1的微控制器電路模塊連接，所述編碼器接口電路模塊與所述基于STM32F1的微控制器電路模塊連接;所述鋰電池組電源模塊分別與所述DRV8848電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模塊和基于STM32F1的微控制器電路模塊連接，用于為所述驅(qū)動(dòng)器提供動(dòng)力。
[0009]作為優(yōu)選，所述DRV8848電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模塊主要包括雙H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器件U1、VREF引腳電壓調(diào)節(jié)電位器Pot_Rl、高精度10毫歐電流采樣電阻R_S3;—片DRV8848雙H橋在并聯(lián)模式下共同工作實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)刷式直流伺服電機(jī)的控制。
[0010]作為優(yōu)選，所述數(shù)字控制信號(hào)隔離電路模塊主要包括數(shù)字隔離芯片U3，型號(hào)為IS07420F，U3的2、3引腳即與所述基于STM32F1的微控制器電路模塊的1引腳PB0、PB1相接，6、7引腳與所述DRV8848電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模塊相接。
[0011]作為優(yōu)選，所述基于STM32F1的微控制器電路模塊主要包括主控芯片、晶振、復(fù)位電路、SWD下載調(diào)試接口和狀態(tài)指示LED。
[0012]作為優(yōu)選，所述串口通訊接口電路模塊主要包括型號(hào)為M0LEX1.25mm 6腳座子P4。
[0013]作為優(yōu)選，所述編碼器接口電路模塊主要包括型號(hào)為MX3.0Omm 6腳座子P8。
[0014]與傳統(tǒng)的刷式直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相比，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0015](I)電路安全可靠，控制快速準(zhǔn)確，雙環(huán)嵌套的串級(jí)PID算法達(dá)到了優(yōu)秀的加、減速動(dòng)態(tài)性能及恒速、鎖死的靜態(tài)性能。
[0016](2)通過強(qiáng)電、弱電間以及模擬、數(shù)字間的隔離，電路系統(tǒng)具有較好完整性、較低信噪比的信號(hào)傳遞以及防瞬態(tài)沖擊、保護(hù)數(shù)字控制端1 口的功能。
[0017](3)通過IS07420F作為數(shù)字隔離器件以及DRV8848的H橋邏輯控制特性可以實(shí)現(xiàn)刷式直流電機(jī)的單、雙極性驅(qū)動(dòng)，并且利用了DRV8848的電流自調(diào)諧功能，具有適用電機(jī)范圍廣、適用環(huán)境寬、運(yùn)行噪音低的優(yōu)點(diǎn)。
[0018](4)選用的微控制器具有編程、調(diào)試方便，處理能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，且整個(gè)驅(qū)動(dòng)器各元件在一塊電路板上，體積小巧，可以方便的嵌入到其它機(jī)械電子系統(tǒng)中，具有方便嵌入，復(fù)用性高且電路可靠性高，工作穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。
[0019](5)具有串口通訊的接口，可以方便的將驅(qū)動(dòng)器信息傳回或與其它設(shè)備之間通訊，具有穩(wěn)定可靠的通訊接口。
【附圖說明】
[0020]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021 ]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的DRV8848電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖；
[0022]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的數(shù)字控制信號(hào)隔離電路原理圖；
[0023]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例的基于STM32F1的微控制器電路原理圖；
[0024]圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例的串口通訊接口電路原理圖；
[0025]圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例的編碼器接口電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實(shí)施本實(shí)用新型，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實(shí)施示例僅用于說明和解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0027]請(qǐng)見圖1，本實(shí)用新型提供的一種隔離式低功率刷式直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，包括鋰電池組電源模塊、DRV8848電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模塊、數(shù)字控制信號(hào)隔離電路模塊、基于STM32F1的微控制器電路模塊、串口通訊接口電路模塊、編碼器接口電路模塊;基于DRV8848電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模塊、數(shù)字控制信號(hào)隔離電路模塊、基于STM32F1的微控制器電路模塊依次連接；串口通訊接口電路模塊與基于STM32F1的微控制器電路模塊連接，編碼器接口電路模塊與基于STM32F1的微控制器電路模塊連接;鋰電池組電源模塊分別與DRV8848電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模塊和基于STM32F1的微控制器電路模塊連接，用于為驅(qū)動(dòng)器提供動(dòng)力。
[0028]見圖2，本實(shí)用新型裝置的01^8848電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模塊主要包括元件1]1、？0丨_1?1、1?_S3，分別為雙H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器件、VREF引腳電壓調(diào)節(jié)電位器、高精度10毫歐電流采樣電阻，一片DRV8848雙H橋在并聯(lián)模式下共同工作實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)刷式直流伺服電機(jī)的控制。其電路原理為:通過STM32微控制器的定時(shí)器單元在GP1B的PBOJBl引腳產(chǎn)生P麗信號(hào)經(jīng)數(shù)字隔離器IS07420F隔離后，即為圖2中Ul的9、10引腳所接信號(hào)111(^(^_81附、111(^(^_8預(yù)2來控制DRV8848的H橋的高邊或低邊的使能或失能一_即控制DRV8848的2、4、5、7引腳輸出高電平或者低電平或者處于高阻態(tài)，從而完成對(duì)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。通過調(diào)節(jié)Pot_Rl電位器改變Ul的11引腳的參考電平大小，從而改變其電機(jī)繞組電流自調(diào)諧的閾值來滿足電機(jī)在不同環(huán)境下的負(fù)載要求、使電機(jī)工作狀態(tài)達(dá)到最佳。
[0029]單極性驅(qū)動(dòng)時(shí):微控制器的PBO、PB1引腳工作為:
[0030](I)PBO—直為低電平，PBl為一定占空比的PffM信號(hào)，此時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)；
[0031](2)PB0為一定占空比的PffM信號(hào)，PBl—直為低電平，此時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)；
[0032]在這兩種工作情況下一個(gè)驅(qū)動(dòng)周期內(nèi)電機(jī)繞組端電壓始終為同一個(gè)方向，故可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的單極性驅(qū)動(dòng)。
[0033]雙極性驅(qū)動(dòng)時(shí):微控制器的ro0、roi引腳工作為I3BO為一定占空比的Pmi信號(hào)，PBl為同一占空比的PWM信號(hào)，但兩PWM信號(hào)極性相反，為互補(bǔ)輸出的PWM信號(hào)，此時(shí)工作狀態(tài)為:
[0034](I)若占空比高于50%，此時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)；
[0035](2)若占空比低于50%，此時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)；
[0036]在這兩種工作情況下一個(gè)驅(qū)動(dòng)周期內(nèi)電機(jī)繞組端電壓具有兩個(gè)方向，故可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的雙極性驅(qū)動(dòng)。
[0037]R_S3作為電流采樣電阻連接Ul的3、6引腳與鋰電池組的地引腳，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流都將經(jīng)過采樣電阻R_S3并在其上產(chǎn)生一個(gè)電壓差，該電壓差通過Ul內(nèi)部放大器放大后進(jìn)入U(xiǎn)l的邏輯控制部分，完成電機(jī)繞組電流的自調(diào)諧，即當(dāng)電機(jī)電流到達(dá)預(yù)設(shè)閾值時(shí)，Ul將進(jìn)行固定關(guān)斷時(shí)間的PWM電流調(diào)節(jié)完成電流Decay Mode在Fast Decay及Slow Decay間切換構(gòu)成電流的Mixed Decay模式，可以防止電機(jī)繞組電流過大，具有一定的保護(hù)作用且具有較好的起動(dòng)、負(fù)載沖擊性能。微控制器通過數(shù)字PID算法計(jì)算脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)的占空比從而控制電機(jī)電樞端電壓的大小來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)對(duì)刷式直流伺服電機(jī)的四象限控制。
[0038]請(qǐng)見圖3，本實(shí)用新型裝置的數(shù)字控制信號(hào)隔離電路模塊主要包括元件U3。元件U3為數(shù)字隔離芯片，型號(hào)為IS07420F，U3的2、3引腳即與微控制器的1引腳PB0、PB1相接，6、7引腳與電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片相接，輸出隔離后的數(shù)字控制信號(hào)，通過其增強(qiáng)了板上微控制器控制電路系統(tǒng)的安全性，避免了電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路部分對(duì)微控制器部分的沖擊可能造成的損害。
[0039]請(qǐng)見圖4，本實(shí)用新型裝置的基于STM32F1的微控制器電路模塊主要包括主控芯片部分，晶振、復(fù)位部分，SWD下載調(diào)試接口部分，狀態(tài)指示LED部分。主控芯片為32位微控制器STM32F103CBU6，該主控芯片工作在72MHz主頻，處理能力為1.25DMIPS/MHz，具有128KBFlash，20KB SRAM，3.3V電壓下工作，4個(gè)Timer定時(shí)器單元，工作頻率可達(dá)72MHz，2*12Bit1Channels ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，支持JTAG/SWD調(diào)試，具有CAN、USART通訊等功能接口，具有編程、調(diào)試方便，功耗低、處理能力強(qiáng)、外設(shè)模塊多的優(yōu)點(diǎn)，適用于此隔離式刷式直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)板。
[0040]請(qǐng)見圖5，本實(shí)用新型裝置的串口通訊接口電路模塊主要包括元件P4，型號(hào)為MOLEXl.25mm 6腳座子，具有接口插拔方便、占板上面積小等特點(diǎn)，可以通過線纜與其它設(shè)備的串口通訊接口相連，形成一個(gè)USART通信網(wǎng)絡(luò)，通信穩(wěn)定、可靠。
[0041]請(qǐng)見圖6，本實(shí)用新型裝置的編碼器接口電路模塊主要包括元件P8，型號(hào)為MX3.00mm 6腳座子，具有接口插拔方便、占板上面積小等特點(diǎn)，可以通過線纜與電機(jī)的編碼器接口相連，傳遞編碼器的A、B兩相信號(hào)，連接穩(wěn)定、可靠。
[0042]應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。
[0043]應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對(duì)較佳實(shí)施例的描述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對(duì)本實(shí)用新型專利保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的啟示下，在不脫離本實(shí)用新型權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)，本實(shí)用新型的請(qǐng)求保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種隔離式低功率刷式直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于:包括鋰電池組電源模塊、DRV8848電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模塊、數(shù)字控制信號(hào)隔離電路模塊、基于STM32FI的微控制器電路模塊、串口通訊接口電路模塊、編碼器接口電路模塊;所述DRV8848電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模塊、數(shù)字控制信號(hào)隔離電路模塊、基于STM32F1的微控制器電路模塊依次連接;所述串口通訊接口電路模塊與基于STM32F1的微控制器電路模塊連接，所述編碼器接口電路模塊與所述基于STM32F1的微控制器電路模塊連接;所述鋰電池組電源模塊分別與所述DRV8848電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模塊和基于STM32F1的微控制器電路模塊連接，用于為所述驅(qū)動(dòng)器提供動(dòng)力。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔離式低功率刷式直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于:所述DRV8848電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模塊主要包括雙H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器件UUVREF引腳電壓調(diào)節(jié)電位器Pot_R1、高精度10毫歐電流采樣電阻R_S3;—片DRV8848雙H橋在并聯(lián)模式下共同工作實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)刷式直流伺服電機(jī)的控制。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔離式低功率刷式直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于:所述數(shù)字控制信號(hào)隔離電路模塊主要包括數(shù)字隔離芯片U3，型號(hào)為IS07420F，U3的2、3引腳即與所述基于STM3 2FI的微控制器電路模塊的1引腳PBO、PB I相接，6、7引腳與所述DRV8848電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模塊相接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔離式低功率刷式直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于:所述基于STM32F1的微控制器電路模塊主要包括主控芯片、晶振、復(fù)位電路、SWD下載調(diào)試接口和狀態(tài)指示LED。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔離式低功率刷式直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于:所述串口通訊接口電路模塊主要包括型號(hào)為MOLEXl.25mm 6腳座子P4。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔離式低功率刷式直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于:所述編碼器接口電路模塊主要包括型號(hào)為MX3.00_ 6腳座子P8。
【文檔編號(hào)】H02P7/06GK205725540SQ201620410169
【公開日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年5月9日
【發(fā)明人】李衛(wèi)華, 曾凌云, 阮華平, 黃蘭蘭, 周力平
【申請(qǐng)人】武漢大學(xué)