一种集成多轴步进电机驱动和隔离IO的通用控制器的制作方法

一种集成多轴步进电机驱动和隔离io的通用控制器
技术领域
1.本实用新型涉及一种控制器，具体涉及一种集成多轴步进电机驱动和隔离io的通用控制器。


背景技术：

2.步进电机技术广泛应用在数控机床、自动化仪器、医用设备及3d打印等行业。而对于大多数设备，都需要使用多个步进电机，传感器和电磁阀等器件。现有技术大多采用的是分布控制模式，即一个io控制器和多个电机驱动器的模式，这种模式集成度低。包括以下缺陷：一是占用空间大，设备难以缩小内部空间，小型化困难；二审各模块之间需要通过线缆连接，大大增加了设备中线缆的数量，而线缆又易于老化，任何一条线缆脱落或损坏都会造成设备故障，因而更多的线缆无疑会增加设备的故障率；三是线路复杂，若缺乏科学布局就容易导致机器内部线路混乱，从而产生电磁干扰，降低稳定性。四是多模块分离的方式也会增加设备成本。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的技术问题是：现有分布控制模式存在集成度低，设备占用空间大，模块内部线缆繁杂且易于老化，设备成本高的问题。目的在于提供一种集成多轴步进电机驱动和隔离io的通用控制器，解决现有分布控制模式存在集成度低，设备占用空间大，模块内部线缆繁杂且易于老化，设备成本高的问题。
4.本实用新型通过下述技术方案实现：
5.一种集成多轴步进电机驱动和隔离io的通用控制器，包括：
6.控制器外壳、电机驱动板、主控制板和散热片；多个所述电机驱动板通过排针与所述主控制板连接；所述主控制板设置在所述控制器外壳的内部；所述散热片固定在所述控制器外壳的内壁上，并紧贴于所述电机驱动板。
7.本实用新型提出的一种集成多轴步进电机驱动和隔离io的通用控制器，与现有技术相比，其创新点在于：其主控制板采用集中控制模式，将多个电机驱动和隔离输入输出口集成在一个控制模块上，从而避免各模块之间需要通过线缆连接，且电缆易于老化造成设备故障，以及复杂线路产生电磁干扰等缺陷；并且利用了高集成的电机驱动板驱动控制模块工作，进一步缩小了设备的内部空间。
8.作为对本实用新型的进一步描述，所述电机驱动板包括电机驱动电路；所述电机驱动电路包括电机驱动芯片；所述电机驱动芯片与所述主控制板通信连接。
9.作为对本实用新型的进一步描述，多个所述排针的彼此间距为2.54mm。
10.作为对本实用新型的进一步描述，所述电机驱动芯片包括电机控制逻辑电路、驱动mos管和spi接口。
11.作为对本实用新型的进一步描述，所述主控制板包括：mcu主控电路、电源输入接口电路、电源转换电路、usb转串口电路、隔离输入电路和输出驱动电路；所述mcu主控电路
分别与所述电源输入接口电路、所述电源转换电路、所述usb转串口电路、所述隔离输入电路和所述输出驱动电路连接；所述电源输入接口电路与所述电源转换电路连接；所述电源转换电路与所述电机驱动电路连接。
12.作为对本实用新型的进一步描述，所述mcu主控电路包括：mcu芯片、swd调试接口和uart调试接口；所述mcu芯片通过所述spi接口与所述电机驱动芯片通信连接；所述swd调试接口和所述uart调试接口分别与外部无源晶振连接。
13.作为对本实用新型的进一步描述，所述电源输入接口电路包括：用于防短路的二极管。
14.作为对本实用新型的进一步描述，所述usb转串口电路包括：转换芯片和第一隔离芯片；所述转换芯片与外部上位机和所述第一隔离芯片连接。
15.作为对本实用新型的进一步描述，所述隔离输入电路包括：第二隔离芯片、第一输入端口和第二输入端口；所述第二隔离芯片分别与所述第一输入端口和所述第二输入端口连接。
16.作为对本实用新型的进一步描述，所述输出驱动电路包括：集成达林顿管的驱动芯片。
17.本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
18.1、本实用新型一种集成多轴步进电机驱动和隔离io的通用控制器，集成度高、占用空间小，易于实现设备小型化；
19.2、本实用新型一种集成多轴步进电机驱动和隔离io的通用控制器，减少了设备中的线缆数量，从而避免因线缆老化造成的设备故障；
20.3、本实用新型一种集成多轴步进电机驱动和隔离io的通用控制器，内部各模块连接关系简单，能够有效避免设备内部产生电磁干扰，进而提高设备的稳定性。
附图说明
21.此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：
22.图1为本实用新型实施例的一种集成多轴步进电机驱动和隔离io的通用控制器俯视图。
23.图2为本实用新型实施例的一种集成多轴步进电机驱动和隔离io的通用控制器电路图。
24.图3为本实用新型实施例的电机驱动模块电路图。
25.图4为实用新型实施例的主控制模块框架图。
26.图5为实用新型实施例的主控制模块电路图。
27.图6为本实用新型实施例的电源转换电路图。
28.图7为本实用新型实施例的带隔离的usb转串口电路图。
29.图8为实用新型实施例的输入隔离电路图。
30.图9为实用新型实施例的输入端口与隔离芯片的连接电路图。
31.图10为实用新型实施例的输出驱动电路图。
32.附图中标记及对应的零部件名称：
[0033]1‑
控制器外壳，2
‑
电机驱动板，3
‑
主控制板，4
‑
散热片，21
‑
电机驱动芯片，31
‑
mcu主控电路，33
‑
电源转换电路，34
‑
usb转串口电路，35
‑
隔离输入电路，36
‑
输出驱动电路，311
‑
mcu芯片，312
‑
swd调试接口，313
‑
uart调试接口，341
‑
转换芯片，342
‑
第一隔离芯片，351
‑
第二隔离芯片。
具体实施方式
[0034]
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
[0035]
实施例：
[0036]
本实用新型提供一种集成多轴步进电机驱动和隔离io的通用控制器，采用将电机驱动板集成在主控io控制板上的方式，从而增加控制器的集成度，减小电路控制部分占用的设备空间，进一步实现各种设备进一步的实现小型化。
[0037]
如图1、图2所示，一种集成多轴步进电机驱动和隔离io的通用控制器，包括：控制器外壳1、4个并排的电机驱动板2、主控制板3和散热片4。该4个并排的电机驱动板2通过多个彼此间距为2.54mm的排针与所述主控制板3连接。主控制板3设置在所述控制器外壳1的内部；散热片4固定在所述控制器外壳的内壁上，并紧贴于所述电机驱动板2。
[0038]
其中，电机驱动板2包括电机驱动电路；所述电机驱动电路包括电机驱动芯片21；所述电机驱动芯片21与所述主控制板3通信连接。电机驱动芯片21的型号为tmc5161。电机驱动模块电路图参照图3。电机驱动芯片内包括电机控制逻辑电路、驱动mos管和spi接口。主控制板3通过spi接口与该驱动芯片21通信，控制步进电机实现精确的位置控制。
[0039]
图4为实施例的主控制模块电路图。如图所示，主控制板3包括：mcu主控电路31、电源输入接口电路、电源转换电路33、usb转串口电路34、隔离输入电路35和输出驱动电路36；所述mcu主控电路31分别与所述电源输入接口电路、所述电源转换电路33、所述usb转串口电路34、所述隔离输入电路35和所述输出驱动电路36连接；所述电源输入接口电路与所述电源转换电路33连接；所述电源转换电路33与所述电机驱动电路21连接。mcu通过usb转串口电路与上位机进行数据交互，mcu按照上位机的指令控制输出端口，读取输入端口，以及控制步进电机的运动。
[0040]
图5为实施例的主控制模块电路图。如图所示，mcu主控电路31包括：mcu芯片311、swd调试接口312和uart调试接口313；所述mcu芯片31通过所述spi接口312与所述电机驱动芯片21通信连接；所述swd调试接口312和所述uart调试接口313分别与外部无源晶振连接。
[0041]
图6为本实施例的电源转换电路图。如图所示，电源输入接口电路包括：用于防短路的二极管，生成的3.3v电压用以给mcu主控电路31供电，给电机驱动芯片21的控制逻辑部分和光耦隔离部分供电。
[0042]
图7为本实施例的带隔离的usb转串口电路图。如图所示，usb转串口电路34包括：转换芯片341和第一隔离芯片342；所述转换芯片341与外部上位机和所述第一隔离芯片342连接。其中，转换芯片341的型号为ft230，第一隔离芯片342的型号为tlp2362，转换芯片341将上位机传输来的usb协议信号转换成串口协议的信号，再经由第二隔离芯片传输给mcu。
[0043]
图8为本实施例的输入隔离电路图，图9为实施例的输入端口与隔离芯片的连接电
路图。如图8和图9所示，隔离输入电路35包括：第二隔离芯片351、第一输入端口和第二输入端口；所述第二隔离芯片351分别与所述第一输入端口、所述第二输入端口。其中转换芯片的型号为ft230，第二隔离芯片为tlp2362。
[0044]
图10为本实施例的输出驱动电路图。如图所示，输出驱动电路36内部集成了8路达林顿管，mcu通过控制uln2803输入端口电平实现对其输入端口到地之间的通断，从而控制负载回路的通断。
[0045]
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。