一种多电机控制系统、控制板以及控制方法与流程

1.本发明涉及电机控制技术领域，具体涉及一种多电机控制系统、控制板以及控制方法。


背景技术：

2.电机包括直流电机和步进电机，直流电机和步进电机的控制逻辑不同，因此在实际使用中，为确保电机的速度、转向控制的精度，通常对直流电机和步进电机采用单独控制的方法，当需要对不同类型的电机进行控制时，投入的成本较高，无法满足多电机控制的需求。


技术实现要素：

3.为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种多电机控制系统、控制板以及控制方法。
4.本发明采用的技术方案是：一种多电机控制系统，包括电源模块、主控模块、直流电机控制模块、步进电机控制模块和通信模块，所述电源模块与所述主控模块以及所述通信模块电性连接，所述主控模块与所述直流电机控制模块和步进电机控制模块电性连接，所述通信模块实现所述主控模块与系统外部的通讯，所述直流电机控制模块与至少一个直流电机连接，所述步进电机控制模块与至少一个步进电机连接。
5.与现有技术相比，本发明的有益效果是，通过主控模块实现对直流电机控制模块和步进电机控制模块的控制，通过通信模块实现系统内外的通讯，主控模块通过来自通信模块的数据分别对直流电机控制模块和步进电机控制模块进行控制，进而实现对直流电机和步进电机的控制，能够对不同类型的电机进行控制，通过主控模块进行不同类型电机控制进行协调，且在使用时，可将本发明的多电机控制系统集成在一块电路板上实现多电机控制，适用性强。
6.示例性的，所述电源模块包括电源电路，所述电源电路包括第一控制器u1，所述第一控制器u1包括五个端口，第一端口接地gnd，第二端口与12v电源连接，所述第一端口与第二端口之间并联设有电容c8、电容c9以及双向稳压管d1，双向稳压管d1通过二极管d_s1和保险丝f1与12v电源连接，二极管d_s1的正极与12v电源连接，二极管d_s1的负极与双向稳压管d1连接，第三端口接地gnd,第四端口与5v电源连接，第三端口和第四端口之间并联设有电容c1和电容c2，第五端口为控制端口，第五端口与外部设备连接。
7.示例性的，所述电源模块还包括3.3v电源，3.3v电源与地线gnd之间并联设置有电容c3、电容c5、电容c6和电容c7，3.3v电源与地线gnd之间设有发光二极管d2，发光二极管d2的正极与3.3v电源连接，负极与地线gnd连接。
8.示例性的，所述电源模块还包括第二控制器u2，5v电源与3.3v电源通过第二控制器u2连接，第二控制器u2包括vin接口、vout接口和gnd接口，vin接口与5v电源连接，vout接口与3.3v电源连接，gnd接口接地，vout接口与gnd接口之间并联设有电容c10和电容c11。
9.示例性的，所述电源模块还包括第三控制器u8和第四控制器u9，第三控制器u8包括阳极端口、负极端口、发射端口和收集端口，阳极端口与3.3v电源连接，负极端口与主控模块连接，发射端口与所述第四控制器u9连接，收集端口与12v电源连接，第四控制器u9包括三组通道1b-1c、2b-2c、3b-3c以及接地端口e和电源端口com，接地端口e与gnd连接，电源端口com与12v电源连接，第三控制器u8的发射端口与第四控制器u9的一组通道连接。
10.示例性的，所述主控模块包括主控芯片u5以及与所述主控芯片u5连接的晶振电路、复位电路以及swd下载电路，主控芯片u5包括与晶振电路连接的震荡端口osc_in和osc_out，与复位电路连接的复位端口nrst,以及与swd下载电路连接的调试端口swdio和swdclk，晶振电路包括晶振y1以及与晶振y1并联连接的电容cr_c1和电容cr_c2，电容cr_c1的一侧端部与晶振y1连接，另一侧端部接地gnd，电容cr_c2的一侧端部与晶振y1连接，另一侧端部与电容cr_c1共地，震荡端口osc_in和osc_out分别与晶振y1的两侧端部连接，主控芯片u5包括复位电路包括并联连接的开关s2和电容c14，电容c14的一侧端部与复位端口nrst连接，另一侧端部接地gnd,开关s2的一侧端部与电容c14共地，另一侧端部分别与电容c14和3.3v电源连接，swd下载电路包括控制芯片p6,p6包括四个端口，端口1与3.3v电源连接。端口2和端口3分别与调试接口swdio和swdclk连接，端口4接地gnd。
11.示例性的，所述直流电机控制模块包括控制芯片p1，控制芯片p1包括两个接地管脚gnd、两个驱动电源管脚vm、两个电源管脚vcc、四个控制直流电机的pwm管脚ain1、ain2、bin1和bin2，以及四个与直流电机连接的管脚aout1、aout2、bout1和bout2，驱动电源管脚vm与12v电源连接，电源管脚vcc与5v电源连接，接地管脚gnd接地。
12.示例性的，所述步进电机控制模块包括控制芯片p2和拨码开关s1，控制芯片p2包括一个使能管脚enable，三个细分管脚ms1、ms2和ms3，一个复位管脚reset，一个睡眠管脚sleep，一个正反转管脚dir，一个电压管脚vmot，两个接地管脚gnd，四个连接管脚1a、2a、1b、2b，复位管脚reset与睡眠管脚sleep连接，电压管脚vmot与12v电源连接，两个接地管脚gnd接地，三个细分管脚ms1、ms2和ms3分别与拨码开关s1的6、5、4三个管脚进行连接，拨码开关s1的三个管脚1、2、3与电源进行连接。
13.本发明还提出一种多电机控制板，包括上述多电机控制系统，将多电机控制系统集合在一块多电机控制板上，能够通过一个控制板实现对不同类型、不同数量的电机的控制。
14.本发明还提出一种多电机控制方法，包括上述多电机控制系统和/或多电机控制板，具体包括如下步骤：
15.通信建立：通信模块接收外部电机控制数据，并将数据传输至主控模块；
16.数据接收：主控模块接收来自通信模块的电机控制数据，将数据传输至直流电机控制模块和/或步进电机控制模块；
17.直流电机控制：直流电机控制模块接收来自主控模块的电机控制数据，对与直流电机控制模块连接的直流电机进行转速和/或转向控制；
18.步进电机控制：步进电机控制模块接收来自主控模块的电机控制数据，对于步进电机控制模块连接的步进电机进行转速和/或转向控制。
19.能够通过通信模块与外部设备进行通讯，并将电机控制信息发送至主控模块，主控模块对直流电机控制模块和步进电机控制模块进行控制，进而实现对不同类型、不同数
量的电机的控制。
附图说明
20.图1为本发明一较佳实施例的控制系统的原理示意图；
21.图2为本发明一较佳实施例的电源模块的电路结构图；
22.图3为本发明一较佳实施例的主控模块的电路结构图；
23.图4为本发明一较佳实施例的直流电机控制模块与步进电机控制模块的电路结构图。
24.图中：
25.11-电源模块；12-主控模块；13-直流电机控制模块；14-步进电机控制模块；15-通信模块。
具体实施方式
26.下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
27.如附图1所示，本实施例中的多电机控制系统包括电源模块11、主控模块12、直流电机控制模块13、步进电机控制模块14以及通信模块15，电源模块11与主控模块12和通信模块15电性连接，主控模块12与直流电机控制模块13和步进电机控制模块13电性通信连接，主控模块12与通信模块15通信连接，电源模块11向其他模块提供所需的电源，通信模块15与外部进行通讯，并将外部的电机控制数据信息传输至主控模块12，主控模块12作为控制核心，根据来自通信模块15的指令对直流电机控制模块13和步进电机控制模块14进行控制，进而实现对电机的控制，直流电机控制模块13与至少一个直流电机进行连接，并控制直流电机的速度和转向，步进电机控制模块14与至少一个步进电机进行连接，并控制步进电机的速度和转向。
28.如附图2所示，电源模块11包括电源电路，电源电路包括第一控制器u1，第一控制器u1包括五个连接端口，第一端口接地gnd,第二端口与12v电源连接，第一端口和第二端口之间并联设有电容c8、电容c9以及双向稳压管d1，双向稳压管d1通过二极管d_s1以及保险丝f1与12v电源连接，保险丝f1对电源电路起到保护作用，当电路内的电流异常导致温度升高时，保险丝f1熔断切断电流，确保电路安全运行，减少故障造成的损失，二极管d_s1的正极与12v电源连接，负极与双向稳压管d1的一侧端部连接，双向稳压管d1能够确保整个电路的稳定性，第一控制器u1的第三端口接地gnd，第四端口与5v电源连接，第三端口和第四端口之间并联设有电容c1和电容c2,第五端口为控制端口，通过第一控制器u1能够实现12v电源与5v电源之间的转换，将12v电源转换成5v电源，以确保直流电机控制模块13与步进电机控制模块14能够正常使用。
29.作为本实施例的一个示例，电容c8的容值设置为47μf，电容c9的容值设置为10nf，电容c1的容值设置为10μf，电容c2的容值设置为100nf。
30.如附图2所示，电源模块11还包括3.3v电源，3.3v电源与地线gnd之间并联设有电容c3、电容c5、电容c6和电容c7，且3.3v电源与地线gnd之间设有发光二极管d2,发光二极管d2的正极与3.3v电源连接，负极与地线gnd连接，发光二极管d2能够在电路接通时发出亮
光，起到提示作用，为确保发光二极管d2的正常工作，电路中串联设置有电阻r2。
31.作为本实施例的一个示例，电容c3和电容c6的容值设置为100nf，电容c5和电容c7的容值设置为100μf。
32.作为本实施例的一个示例，发光二极管d2采用红色发光二极管。
33.如附图2所示，电源模块11还包括第二控制器u2，5v电源与3.3v电源之间通过第二控制器u2连接，第二控制器u2包括vin接口、vout接口和gnd接口，vin接口与5v电源连接，vout接口与3.3v电源连接，gnd接口接地，vout接口与gnd接口之间并联设有电容c10和电容c11，起到调节电压的作用。
34.作为本实施例的一个示例，电容c10的容值设置为100nf，电容c11的容值设置为10μf。
35.通过第一控制器u1的设置，实现12v电源与5v电源之间的转换，通过第二控制器u2的设置，实现5v电源与3.3v电源之间的转换，确保电源模块11的兼容性，方便与其他模块进行连接。
36.如附图2所示，电源模块11还包括第三控制器u8和第四控制器u9，第三控制器u8包括四个端口，分别为阳极端口、负极端口、发射端口和收集端口，阳极端口与3.3v电源连接，负极端口与主控模块12进行连接，发射端口与第四控制器u9连接，收集端口与12v电源连接，第四控制器u9包括八个端口，分别为三组通道1b-1c、2b-2c、3b-3c，以及接地端口e和电源端口com，接地端口e与地线gnd连接，电源端口com连接12v电源，第三控制器u8的发射端口与其中一组通道连接，在本实施例中，发射端口与3b-3c通道连接。
37.作为本实施例的一个示例，第三控制器u8采用el357n芯片。
38.作为本实施例的一个示例，第四控制器u9采用uln2001d芯片。
39.如附图3所示，主控模块12包括主控芯片u5,主控芯片u5共有48个端口，主控芯片u5包括与第三控制器u8连接的端口out1，端口out1与第三控制器u8的负极端口连接，主控芯片u5还包括震荡端口osc_in和osc_out，主控芯片u5通过震荡端口osc_in和osc_out与晶振电路连接，晶振电路包括晶振y1以及与晶振y1并联连接的电容cr_c1和电容cr_c2，电容cr_c1的一侧端部与晶振y1连接，另一侧接地gnd，电容cr_c2的一侧端部与晶振y1连接，另一侧与电容cr_c1共地，震荡端口osc_in和osc_out分别与晶振y1的两侧端部连接，为调整晶振电路的电压与电流，晶振y1的两侧端部还并联设置有电阻cr_r1；作为本实施例的一个示例，晶振y1的频率为8mhz，电容cr_r1和电容cr_r2的电容量为22pf。
40.主控芯片u5还包括复位端口nrst，主控芯片u5通过复位端口nrst与复位电路连接，复位电路包括并联连接的开关s2和电容c14，电容c14的一侧端部与复位端口nrst连接，另一侧端部接地gnd,开关s2的一侧端部与电容c14共地，另一侧端部分别与电容c14和3.3v电源连接。
41.主控芯片u5还包括调试端口swdio和swdclk，主控芯片u5通过调试端口与swd(serial wire debug，串行调试)下载电路连接，swd下载电路包括控制芯片p6，p6包括四个端口，端口1与3.3v电源连接，端口2和端口3与主控芯片u5的swd调试接口swdio以及swdclk连接，端口4接地gnd，端口1和端口2之间并联设置有电阻r21，端口2和端口3之间并联设置有电阻r20。
42.主控芯片u5还包括与通信模块15连接的通信接口wifista、wifitx以及wifirx，通
信模块15包括控制芯片p15，控制芯片p15包括三个分别与主控芯片u5的三个通信接口连接的三个端口，控制芯片p15还包括电源端口vcc、en以及接地端口，电源端口vcc、en分别与5v电源连接，通过控制芯片p15实现整个多电机控制系统与外部pc的通讯连接与数据交换。
43.作为本实施例的一个示例，控制芯片p15可采用esp8266串口wifi模块。
44.主控芯片u5还包括工作端口work,工作端口work通过发光二极管d6与gnd连接形成闭合回路，当主控芯片u5处于工作状态时，回路导通，发光二极管d6发光，起到提示作用，示例性的，发光二极管d6采用红色发光二极管，为确保发光二极管d6的正常工作，工作端口work与发光二极管d6之间设置有电阻r13。
45.作为本实施例的一个示例，主控芯片u5采用stm32f103系列微处理器，具有良好的实时控制性能，可实现对直流电机控制模块13和步进电机控制模块14的及时控制，响应速度快。
46.结合附图3和附图4，主控模块12与直流电机控制模块13通过控制芯片u3连接，控制芯片u3包括两个电源管脚vcc(a)、vcc(b)，四个接地管脚gnd,一个正反转管脚dir、一个输出使能管脚oe，以及若干与直流电机控制模块13连接的管脚a0、a1至a7，以及与主控芯片u5连接的管脚b0、b1至b7，正反转管脚dir接地gnd，使得dir管脚输入低电平，控制芯片u3的信号由控制芯片u3的b0至b7管脚输入，由a0至a7输出，使得信号由主控芯片u5输出至直流电机控制模块13和步进电机控制模块14。
47.结合附图3和附图4，主控模块12与步进电机控制模块14通过控制芯片u4连接，控制芯片u4包括两个电源管脚vcc(a)、vcc(b)，四个接地管脚gnd,一个正反转管脚dir、一个输出使能管脚oe，一个脉冲管脚step以及若干与步进电机控制模块14连接的管脚a0、a1至a7，以及与主控芯片u5连接的管脚b0、b1至b7,正反转管脚dir接地gnd，主控芯片u5能够向控制芯片u4输出不同频率的脉冲信号。
48.作为本实施例的一个示例，控制芯片u3、控制芯片u4采用74lvc4245芯片。
49.如附图3所示，主控模块12还包括控制芯片u6，控制芯片u6与主控芯片u5连接，控制芯片u6分别与微动开关芯片p11和p13连接，在对电机进行控制时，当电机旋转至微动开关芯片p11和p13处时，微动开关芯片p11和p13将信号传送至控制芯片u6，控制芯片u6接收信号，并将信号传递至主控芯片u5，主控芯片u5控制当前电机停止转动，通过控制芯片u6来实现电机限位，使得电机在运行过程中需要将物品带动至指定位置时能够保持精准度，
50.作为本实施例的一个示例，控制芯片u6与微动开关芯片p11和p13通过微控电路连接，微控电路包括两个负极连接的二极管，两个二极管之间设有与微动开关芯片p11和p13连接的接口，两个二极管的正极与12v电源连接，示例性的，两个二极管均采用发光二极管，使得微控电路导通时，能够发光提醒使用者电路连通。
51.主控芯片u5还包括四个端口inmcu_1、inmcu_2、inmcu_3和inmcu_4，主控芯片u5通过上述四个端口与控制芯片u6连接，作为本实施例的一个示例，控制芯片u6采用is281-4gb光耦。
52.如附图4所示，直流电机控制模块13包括控制芯片p1，控制芯片p1包括两个接地管脚gnd、两个驱动电源管脚vm、两个电源管脚vcc、四个控制直流电机的pwm管脚ain1、ain2、bin1和bin2，以及四个与直流电机连接的管脚aout1、aout2、bout1和bout2，ain1和ain2控制a直流电机，aout1和aout2与a直流电机连接，bin1和bin2控制b直流电机，bout1和bout2
与b直流电机连接，实现一个控制芯片p1能够控制两个直流电机，驱动电源管脚vm与12v电源连接，电源管脚vcc与5v电源连接，接地管脚gnd接地。
53.结合附图3和附图4，主控模块12包括与控制芯片p1连接的动力输出芯片p7，动力输出芯片p7包括与控制芯片p1连接的，控制芯片p1通过动力输出芯片p7与直流电机连接。
54.作为本实施例的一个示例，控制芯片p1采用a4590单片机。
55.作为本实施例的一个示例，为提升所要控制的直流电机的数量，控制芯片p1设置为四个，每个控制芯片p1分别控制两个直流电机，在本实施例中，可控制八个直流电机，能够满足多电机的控制需求。
56.如附图4所示，步进电机控制模块14包括控制芯片p2以及拨码开关s1,控制芯片p2包括一个使能管脚enable，三个细分管脚ms1、ms2和ms3，一个复位管脚reset，一个睡眠管脚sleep，一个脉冲管脚step，一个正反转管脚dir，一个电压管脚vmot，两个接地管脚gnd，四个连接管脚1a、2a、1b、2b，复位管脚reset与睡眠管脚sleep连接，电压管脚vmot与12v电源连接，两个接地管脚gnd接地，三个细分管脚ms1、ms2和ms3分别与拨码开关s1的6、5、4三个管脚进行连接，拨码开关s1的三个管脚1、2、3与电源进行连接，通过三个开关键控制三个细分管脚ms1、ms2、ms3的高低电平，进而控制步进电机的细分系数，例如，当三个细分管脚ms1、ms2、ms3均为低电平时，步进值为1；四个连接管脚1a、2a、1b、2b与步进电机进行连接，可根据实际需求调整连接顺序，在本实施例中，连接顺序为1b-1a-2a-2b；
57.使能管脚enable能够控制控制芯片p2是否开始工作，当使能管脚enable置1，控制芯片p2开始工作，使能管脚enable置0，控制芯片p2停止工作；睡眠管脚sleep控制控制芯片p2的模式切换，当睡眠管脚sleep置1，处于正常工作状态，睡眠管脚sleep置0，处于待机状态。
58.作为本实施例的一个示例，控制芯片p2采用a4988单片机。
59.作为本实施例的一个示例，拨码开关s1采用sw dip-3型号。
60.结合附图3和附图4，主控模块12包括与控制芯片p2连接的动力输出芯片p8，动力输出芯片p8包括与控制芯片p2连接的四个连接管脚1a、2a、1b、2b连接，控制芯片p2通过动力输出芯片p8与步进电机连接。
61.主控模块12还包括电源输入口p9，电源输入口p9与电源模块11连接，使用者可通过电源输入口p9连接外部12v电源，向电源模块11供电。
62.本发明还提出了一种多电机控制板，包括上述的多电机控制系统，通过将多电机控制系统的各个模块烧录在基板上，形成一块多电机控制板，使用者可通过一块多电机控制板来实现对不同类型、不同数量的电机的控制，相较于现有技术中对不同电机设置不同的控制系统及控制板来进行控制，本发明的多电机控制板集成性和适用性更强。
63.本发明还提出了一种多电机控制方法，基于上述多电机控制系统或多电机控制板，具体包括如下步骤：
64.通信建立：通信模块15接收外部电机控制数据，并将数据传输至主控模块12；外部电机数据可来自使用者的程序设定、参数设置等；
65.数据接收：主控模块12接收来自通信模块15的电机控制数据，与直流电机控制模块13和/或步进电机控制模块14进行通信，将数据传输至直流电机控制模块13和/或步进电机控制模块14；
66.直流电机控制：直流电机控制模块13接收来自主控模块12的数据信息，对与直流电机控制模块13连接的直流电机进行控制；控制方式包括控制直流电机的转速和/或转向，更具体地说，当对直流电机进行控制时，主控芯片u5通过控制芯片u3向控制芯片p1的pwm管脚输出脉冲信号，进而实现对直流电机的控制，pwm输出的脉宽决定了直流电机的转动速度，脉宽越大，则直流电机的转动速度越快，脉宽越小，则直流电机的转动速度越慢，pwm输出的脉冲方向决定了直流电机的转动方向；
67.步进电机控制：步进电机控制模块14接收来自主控模块12的数据信息，对于步进电机控制模块14连接的步进电机进行控制；控制方式包括控制步进电机的转速和/或转向；更具体地说，当对步进电机进行控制时，主控芯片u5通过控制芯片u4向控制芯片p2的脉冲管脚step传输不同频率的脉冲信号，不同频率的脉冲信号决定了步进电机的速度，通过向控制芯片p2的正反转管脚dir传输高低电平，高低电平控制步进电机的转动方向。
68.以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。