專利名稱：一種雙路運動控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種運動控制裝置，特別涉及一種接收計算機控制信號的雙路運動控制裝置。
背景技術(shù)：
步進電機在醫(yī)療器械、數(shù)控機床、儀器儀表等自動或半自動設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。用計算機控制步進電機的通常作法是采用步進控制卡。
現(xiàn)有采用步進控制卡的雙路步進電機控制系統(tǒng)由計算機、步進控制卡、兩個步進電機驅(qū)動器和兩個步進電機組成。在計算機上運行針對步進控制卡開發(fā)的運動控制軟件，將控制步進電機運動所需的所有參數(shù)輸出到步進控制卡，步進控制卡根據(jù)接收到的指令產(chǎn)生TTL電平的脈沖信號和轉(zhuǎn)向信號，輸出到步進電機驅(qū)動器，從而帶動步進電機運動。
步進控制卡是一種插槽式器件，所以它必須要安裝在計算機的擴展槽內(nèi)，需要打開計算機進行拆裝，很不方便，而且只能在一臺機器上使用，不能靈活的移動，還有些小型計算機內(nèi)根本沒有擴展的空間供控制卡使用。另外，步進控制卡是根據(jù)計算機提供的運動參數(shù)運算后生成TTL電平的脈沖、轉(zhuǎn)向及切換控制信號，其電路比較復(fù)雜，成本較高，購買一塊步進電機控制卡需要幾千元。如果在使用中控制卡損壞，維修費用較高。而且其體積較大，攜帶不便。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種雙路運動控制器，通過將計算機控制信號的電平直接轉(zhuǎn)換成TTL電平實現(xiàn)對雙路終端設(shè)備的控制和切換，成本低，無需插入擴展槽內(nèi)。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種雙路運動控制器，包括電源輸入端和輸出端、串行信號輸入端、驅(qū)動信號輸出端、電平轉(zhuǎn)換模塊、切換控制模塊及切換電路，所述電平轉(zhuǎn)換模塊通過串行信號輸入端接收計算機輸出的動作和切換控制信號，將其電平轉(zhuǎn)換為TTL電平后，將動作控制信號通過所述驅(qū)動信號輸出端輸出到相應(yīng)的驅(qū)動器，將切換控制信號輸出到所述切換控制模塊，切換控制模塊提供切換電路的通斷控制信號，選通電源輸入端和輸出端之間兩路驅(qū)動器電源線路的其中之一。
上述電平轉(zhuǎn)換模塊可由兩個電平轉(zhuǎn)換芯片組成，其中一個芯片接收所述動作控制信號并進行電平轉(zhuǎn)換，其輸出與驅(qū)動信號輸出端相連，另一個芯片接收所述切換控制信號并進行電平轉(zhuǎn)換，其輸出與所述切換控制模塊相連。
上述電平轉(zhuǎn)換模塊也可由兩個電平轉(zhuǎn)換芯片組成，分別接收兩個終端的動作控制信號并進行電平轉(zhuǎn)換，然后通過所述驅(qū)動信號輸出端分別輸出到相應(yīng)的驅(qū)動器上述的切換控制模塊可由一個三極管組成，所述切換電路由一個三觸點常閉一路的電磁繼電器組成，所述三極管的集電極通過所述電磁繼電器與工作電源相連，所述觸點中的一個與電源輸入端相連，另兩個分別與所述兩路電源線路中的一路相連。
上述雙路運動控制器還包括一個降壓電路，接收電源輸入端的12V電壓，轉(zhuǎn)換成5V電壓輸出到所述切換控制模塊和電平轉(zhuǎn)換模塊。
上述雙路運動控制器還包括驅(qū)動信號輸入端和串行信號輸出端，所述驅(qū)動信號輸入端接受相應(yīng)驅(qū)動器的反饋信號，并通過所述串行信號輸出端反饋給計算機。
上述動作控制信號可為控制步進電機的脈沖信號和轉(zhuǎn)向信號，所述驅(qū)動器是步進電機驅(qū)動器。
由上可知，本發(fā)明雙路運動控制器運用于步進電機的控制時，代替了步進電機控制卡，將利用計算機串行口輸出的控制信號電平轉(zhuǎn)換成TTL電平輸出到步進電機驅(qū)動器，控制步進電機的運動，并且可以在兩路步進電機間進行自由切換。此外，還可實現(xiàn)兩路步進電機的同時同方式或者同時不同方式的運動控制。本發(fā)明的雙路運動控制器具有易于拆裝、體積小，易攜帶，成本低的優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明實施例的雙路步進電機控制系統(tǒng)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例的雙路運動控制器的功能框圖；圖3為圖2中切換控制模塊和切換電路的具體電路圖。
具體實施例方式
在RS232串行口發(fā)送數(shù)據(jù)的過程中，每發(fā)送一個字節(jié)，在TXD端發(fā)出不同的脈沖，改變發(fā)送數(shù)據(jù)的各二進制位，便可在TXD端得到不同的波形。改變發(fā)送的字節(jié)數(shù)及所發(fā)送的字節(jié)內(nèi)容，可在TXD端產(chǎn)生任意數(shù)量的脈沖；改變波特率可動態(tài)改變發(fā)送脈沖的頻率。從而在TXD端所發(fā)出的脈沖完全滿足控制步進電機的需要，可用TXD作為控制步進電機轉(zhuǎn)動步數(shù)、速度等運動狀態(tài)的脈沖信號。
同理，DTR和RTS雖然在串行通訊接口中被定義為不同功能的握手信號，但它們均可作為一般的I/O量使用，而且不論采用哪種編程方法，都能很方便地對這些信號進行讀寫操作。若再以DTR(或RTS)作為轉(zhuǎn)向控制信號，電平的高低可代表不同的轉(zhuǎn)向，則僅用一個串行口就已提供了步進電機控制器需要的所有信號，其余的CD、DSR、CTS、RI可作為狀態(tài)檢測信號。因此，本發(fā)明的雙路運動控制器只需要將各信號由RS232電平變成TTL電平，如選用DS1488、DS1489、MAX232等芯片，即可實現(xiàn)對步進電機的控制，而在雙路控制時可能需要的切換控制信號可由RTS(或DTR)端提供，用高低電平來實現(xiàn)切換功能。
如圖1所示，本發(fā)明實施例的雙路步進電機控制系統(tǒng)包括計算機1、雙路運動控制器2、兩個步進電機驅(qū)動器3及兩個步進電機4。與現(xiàn)有技術(shù)相比，用雙路運動控制器2取代了步進控制卡。計算機1通過RS232串行口發(fā)送脈沖、轉(zhuǎn)向及切換控制信號到雙路運動控制器2，雙路運動控制器2將接收到的控制信號轉(zhuǎn)換成TTL電平，轉(zhuǎn)換后脈沖和轉(zhuǎn)向信號直接輸出到相應(yīng)的步進電機驅(qū)動器3，轉(zhuǎn)換后的切換信號用于選通兩個步進電機驅(qū)動器3之一的電源，從而實現(xiàn)對步進電機4的切換和運動控制。
步進電機的雙路運動控制器是上述雙路步進電機控制系統(tǒng)中的核心部件。如圖2所示，其包括電源輸入端21、串行信號I/O(輸入輸出端)22、電平轉(zhuǎn)換模塊23、切換控制模塊24、切換電路25、降壓電路26、驅(qū)動信號I/O 27以及電源輸出端28。其中，本實施例的電平轉(zhuǎn)換模塊由第一、第二電平轉(zhuǎn)換芯片231、232組成，采用MAX232芯片。
在RS232串行口中，本實施例采用TXD端傳送脈沖信號，DTR端傳送轉(zhuǎn)向信號，RTS端傳送切換信號。其中脈沖信號和轉(zhuǎn)向信號通過串行信號I/O輸入到第一電平轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換成TTL電平的信號后直接通過驅(qū)動信號I/O輸出到兩個步進電機驅(qū)動器，控制相應(yīng)步進電機的運動。而切換信號通過串行信號I/O輸入到第二電平轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換成TTL電平后輸出到切換控制模塊，控制切換電路的通斷。而切換電路中的一端接收電源輸入端提供的12V電源，還有一端與分別連接到兩個步進電機驅(qū)動器的兩路電源線路相連，在切換信號的控制下選通其中的一個電源線路，即接通了一個步進電機驅(qū)動器的電源，該步進電機驅(qū)動器即可根據(jù)驅(qū)動信號I/O輸出的脈沖信號和轉(zhuǎn)向信號控制與其連接的步進電機的運動了。而另一步進驅(qū)動器因電源被切斷而不工作。
切換控制模塊和切換電路的電路圖如圖3所示，其中切換控制模塊由一個三極管組成，其中E級為接地端、B級接切換控制信號、C級接切換電路的接地端。切換電路由一個三觸點常閉一路的電磁繼電器組成，其中電磁繼電器兩端分別與5V電源和三極管的C極相連，觸點1與12V電源輸入端相連，觸點2和觸點3端則分別通過電源輸出端與兩個步進電機驅(qū)動器相連，當(dāng)系統(tǒng)加電且切換控制信號為低電平時，5V電源加到繼電器兩端，觸點1與觸點3吸合，步進電機驅(qū)動器A選通。當(dāng)切換控制信號為高電平時，繼電器失電，繼電器恢復(fù)回觸點1與觸點2吸合的狀態(tài)，步進電機驅(qū)動器B選通。
由于電平轉(zhuǎn)換芯片的工作電壓為5V，而現(xiàn)場不一定能提供5V的電源，因此本實施例的雙路運動控制器提供了一個降壓電路，以將12V電壓降為5V，作為電平轉(zhuǎn)換芯片和切換電路的工作電源。
通過上述的驅(qū)動信號I/O和串行信號I/O也可以將步進電機驅(qū)動器的狀態(tài)檢測信號通過RS232串行口的反饋給計算機。
此外，本發(fā)明的雙路運動控制器還可以實現(xiàn)用計算機控制兩臺步進電機按相同方式同時動作，此時不需進行切換控制，只需將兩個步進電機驅(qū)動器直接與12V電源輸入端相連，當(dāng)然此時與12V電源的連接并不一定要通過雙路運動控制器來實現(xiàn)。
此外，本發(fā)明的雙路運動控制器也可以實現(xiàn)用計算機控制兩臺步進電機按不同方式同時動作，這時只需將串行信號I/O與兩個RS232輸出端相連，將兩個串行口的TXD端和RTS(或DTR)端分別與第一、第二電平轉(zhuǎn)換芯片相連，將第一、第二電平轉(zhuǎn)換芯片輸出的脈沖信號和轉(zhuǎn)向信號通過驅(qū)動信號I/O分別與兩個步進電機驅(qū)動器相連即可，同樣不需進行切換控制。在雙路運動控制器的線路連接上只需將第二電平轉(zhuǎn)換芯片的相應(yīng)引腳與驅(qū)動信號I/O相連即可。
由上可知本發(fā)明的雙路運動控制器可代替步進電機控制卡，實現(xiàn)對雙路步進電機的各種控制，無需安裝在計算機的擴展槽內(nèi)，具有易于拆裝、體積小，易攜帶，成本低的優(yōu)點。一塊步進電機雙路運動控制器只需幾十元。
雖然本實施例是以雙路步進電機的控制為例，但本發(fā)明的雙路運動控制器不僅僅可用于步進電機控制，也可用來控制模擬伺服電機，其實只要是計算機對以TTL電平為工作電平的終端設(shè)備的控制，都可以用它來實現(xiàn)必要的電平轉(zhuǎn)換和切換控制功能。例如，控制工作平臺的雙向移動，溫度控制，開關(guān)控制等。本發(fā)明的雙路運動控制器體積小(可作成長6.6CM*寬5.7CM*高2.2CM)，成本低，易于攜帶，且具有移植性好、操作簡單的優(yōu)點，在未來的發(fā)展中將有廣闊的應(yīng)用前景。
本發(fā)明雙路運動控制器中的電平轉(zhuǎn)換模塊也可以采用一個芯片來實現(xiàn)，只要具有足夠的輸入輸出引腳即可。上述的切換控制模塊除了用三極管來實現(xiàn)外，也可以其它如場效應(yīng)管等具有控制端的開關(guān)元件或電路來實現(xiàn)。此外，當(dāng)無需反饋信號時，串行信號I/O就只是作為輸入端，驅(qū)動信號I/O只是作為輸出端。
權(quán)利要求
1.一種雙路運動控制器，包括電源輸入端和輸出端、驅(qū)動信號輸出端，其特征在于還包括串行信號輸入端、電平轉(zhuǎn)換模塊、切換控制模塊及切換電路，所述電平轉(zhuǎn)換模塊通過串行信號輸入端接收計算機輸出的動作和切換控制信號，將其電平轉(zhuǎn)換為TTL電平后，將動作控制信號通過所述驅(qū)動信號輸出端輸出到相應(yīng)的驅(qū)動器，將切換控制信號輸出到所述切換控制模塊，所述切換控制模塊提供切換電路的通斷控制信號，選通電源輸入端和輸出端之間的兩路驅(qū)動器電源線路的其中之一。
2.如權(quán)利要求1所述的雙路運動控制器，其特征在于，所述電平轉(zhuǎn)換模塊由兩個電平轉(zhuǎn)換芯片組成，其中一個芯片接收所述動作控制信號并進行電平轉(zhuǎn)換，其輸出與驅(qū)動信號輸出端相連，另一個芯片接收所述切換控制信號并進行電平轉(zhuǎn)換，其輸出與所述切換控制模塊相連。
3.如權(quán)利要求1所述的雙路運動控制器，其特征在于，所述電平轉(zhuǎn)換模塊由兩個電平轉(zhuǎn)換芯片組成，分別接收兩個終端的動作控制信號并進行電平轉(zhuǎn)換，然后通過所述驅(qū)動信號輸出端分別輸出到相應(yīng)的驅(qū)動器。
4.如權(quán)利要求1所述的雙路運動控制器，其特征在于，所述的切換控制模塊由一個三極管組成，所述切換電路由一個三觸點常閉一路的電磁繼電器組成，所述三極管的集電極通過所述電磁繼電器與工作電源相連，所述觸點中的一個與電源輸入端相連，另兩個分別與所述兩路電源線路中的一路相連。
5.如權(quán)利要求1所述的雙路運動控制器，其特征在于，還包括一個降壓電路，接收電源輸入端的12V電壓，轉(zhuǎn)換成5V電壓輸出到所述切換控制模塊和電平轉(zhuǎn)換模塊。
6.如權(quán)利要求1所述的雙路運動控制器，其特征在于，還包括驅(qū)動信號輸入端和串行信號輸出端，所述驅(qū)動信號輸入端接受相應(yīng)驅(qū)動器的反饋信號，并通過所述串行信號輸出端反饋給計算機。
7.如權(quán)利要求1、2或3所述的雙路運動控制器，其特征在于，所述動作控制信號為控制步進電機的脈沖信號和轉(zhuǎn)向信號，所述驅(qū)動器是步進電機驅(qū)動器。
全文摘要
本發(fā)明公開一種雙路運動控制器，包括電源輸入端和輸出端、串行信號輸入端、驅(qū)動信號輸出端、電平轉(zhuǎn)換模塊、切換控制模塊及切換電路，所述電平轉(zhuǎn)換模塊通過串行信號輸入端接收計算機輸出的動作和切換控制信號，將其電平轉(zhuǎn)換為TTL電平后，將動作控制信號通過所述驅(qū)動信號輸出端輸出相應(yīng)的驅(qū)動器，將切換控制信號輸出到所述切換控制模塊，切換控制模塊提供切換電路的通斷控制信號，選通電源輸入端和輸出端之間兩路電源線路的其中之一?？梢詫崿F(xiàn)對雙路步進電機的各種控制，無需安裝在計算機的擴展槽內(nèi)，具有易于拆裝、體積小，易攜帶，成本低的優(yōu)點。
文檔編號H02P8/40GK1599234SQ03157119
公開日2005年3月23日 申請日期2003年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月16日
發(fā)明者林海 申請人:中國科學(xué)院力學(xué)研究所