[发明专利]步进电机驱动模块及带有该模块的系统

说明书

本发明涉及步进电机驱动模块及带有该模块的系统，步进电机驱动模块包括：按键显示电路、电源管理电路、内部中央处理单元、外部脉冲接口电路以及驱动控制电路，本发明中的步进电机驱动模块，在设计上体积小巧，高集成度，仅为火柴盒大小的PCB基板上集成了100多个元件。PCB基板采用双面贴片工艺完成，模块集电源管理电路、内部中央处理单元、驱动控制电路、按键显示电路、外部接线端子于一体。步进电机驱动模块采用CAN总线通讯并保留了原始脉冲输入模式，使用灵活。通过步进电机驱动模块，可快速实现智能设备的研发，减少设备线路、缩减研发周期、降低设备成本、便于后期维护、让设备更加稳定。

技术领域

本发明涉及数字程序控制系统和步进电机领域，特别涉及步进电机驱动模块及带有该模块的系统。

背景技术

步进电机，是一种将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机，是现代数字程序控制系统中的主要执行元件，应用极为广泛。一般情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机和驱动器的选择方法：比如，判断需多大力矩：静扭矩是选择步进电机的主要参数之一。当负载大时，需采用大力矩电机。当力矩指标大时，电机外形也大。比如，判断电机运转速度：转速要求高时，应选相电流较大、电感较小的电机，以增加功率输入。且在选择驱动器时采用较高供电电压。

步进电机驱动器，是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度 (称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速和定位的目的。步进电机驱动器所接收的是脉冲信号，每收到一个脉冲，驱动器会给电机一个脉冲使电机转过一个固定的角度，就因为这个特点，步进电机才会被广泛的应用到现在的各个行业里。

步进电机控制器，是一种能够发出均匀脉冲信号的电子产品，它发出的信号进入步进电机驱动器后，会由驱动器转换成步进电机所需要的强电流信号，带动步进电机运转。步进电机控制器能够准确的控制步进电机转过每一个角度。

步进电机驱动、控制电路，在常规使用中，需要一台步进电机用以旋转并实现控制，必须具备两个产品：首先，是步进电机驱动器，其次，是步进电机运动控制器，并通过步进参数显示器、PLC或专用脉冲发生器作为步进电机控制器、可以设定步进角度及相关电流的步进电机驱动器，实现对步进电机的控制，接线方式如图1所示。

上述步进电机驱动控制电路中，首先在安装方面受到驱动器、控制器的体积限制即使是小体积，也需要专用的安装壳体；其次由于驱动器和控制器为两个产品在设计上虽然都做到了通用，但成本较高、安装且困难，组合使用比较麻烦。另外，在布线上也需要集中布线，如电机过多，导致线束多并很复杂。

目前，常规步进电机驱动器中，一般存在以下几个问题点：

1)一般都是无源驱动，即单纯的步进电机驱动，仅仅依赖外部脉冲来控制电机的位移；

2)细分需要用拨码开关按图形拨动，比较麻烦，长时间下来后容易受环境因素导致接触不良、误操作等问题；

3)电流设定一般需要外置一个电位器，或非线性的档位模式(拨码开关) 限定阶梯式电流，存在设置盲区和受环境因素导致接触不良、失灵等问题，在设置器件也需要按图形进行设置，较为麻烦。

4)驱动电路的保护不够及时，不能立即响应到控制端，出现异常后往往控制器还在继续执行，容易造成步进电机损坏。

发明内容