专利摘要

本实用新型提供了一种步进电机闭环控制结构，包括步进电机、径向充磁磁钢、磁性编码器、安装板和OLED屏幕，所述步进电机的输出轴穿出所述步进电机的背部，所述径向充磁磁钢位于所述步进电机的输出轴的端部，所述磁性编码器朝向所述径向充磁磁钢，所述安装板上设置有微控制器、OLED显示接口、步进电机驱动电路、步进电机接口插件、上位机信号接口插件和开关电路，所述上位机信号接口插件与所述开关电路电连接，所述OLED屏幕固定于所述安装板背离所述步进电机的一侧，所述OLED屏幕与所述OLED显示接口电连接。本实用新型提供的步进电机闭环控制结构能够有效解决现有细分步进电机控制器存在安装复杂、体积大，可靠性降低以及没有电流闭环控制的问题。

权利要求

1.一种步进电机闭环控制结构，其特征在于，包括步进电机、径向充磁磁钢、磁性编码器、安装板和OLED屏幕，所述步进电机的输出轴穿出所述步进电机的背部，所述安装板位于所述步进电机的背部并垂直于所述步进电机的输出轴，所述径向充磁磁钢位于所述步进电机的输出轴的端部，所述磁性编码器位于所述安装板朝向所述输出轴的一面，且所述磁性编码器朝向所述径向充磁磁钢，所述安装板上设置有微控制器、OLED显示接口、步进电机驱动电路、步进电机接口插件、上位机信号接口插件和开关电路，所述微控制器分别与所述磁性编码器、所述OLED显示接口、所述步进电机驱动电路、所述步进电机接口插件、所述上位机信号接口插件和所述开关电路电连接，所述步进电机接口插件与所述步进电机驱动电路电连接；所述上位机信号接口插件与所述开关电路电连接，所述OLED屏幕固定于所述安装板背离所述步进电机的一侧，所述OLED屏幕与所述OLED显示接口电连接。

2.根据权利要求1所述的步进电机闭环控制结构，其特征在于，所述步进电机驱动电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一芯片U1和第二芯片U2，所述第一芯片U1和所述第二芯片U2均采用驱动芯片A4950T，所述微控制器的第1脚连接所述第一芯片U1的第7脚，所述微控制器的第2脚连接所述第一芯片U1的第6脚，所述微控制器的第3脚连接所述第一芯片U1的第5脚，所述微控制器的第4脚连接所述第一芯片U1的第4脚和所述第一电阻R1的一端，所述第一电阻R1的另一端和所述第一芯片U1的第0脚接地，所述第一芯片U1的第1脚连接所述步进电机接口插件的第1脚，所述第一芯片U1的第2脚连接所述步进电机接口插件的第2脚，所述微控制器的第9脚连接所述第二芯片U2的第7脚，所述微控制器的第10脚连接所述第二芯片U2的第6脚，所述微控制器的第11脚连接所述第二芯片U2的第5脚，所述微控制器的第12脚连接所述第二芯片U2的第4脚和所述第二电阻R2的一端，所述第二电阻R2的另一端和所述第二芯片U2的第0脚接地，所述第二芯片U2的第1脚连接所述步进电机接口插件的第3脚，所述第二芯片U2的第2脚连接所述步进电机接口插件的第4脚；所述第一芯片U1的第8脚和所述第二芯片U2的第9脚均连接有+24V电源。

3.根据权利要求1所述的步进电机闭环控制结构，其特征在于，所述微控制器的第13脚连接所述OLED显示接口的第3脚，所述微控制器的第14脚连接所述OLED显示接口的第4脚，所述OLED显示接口的第4的第二脚连接有+3.3V电源，所述OLED显示接口的第1脚接地。

4.根据权利要求1所述的步进电机闭环控制结构，其特征在于，所述微控制器的第16脚连接所述磁性编码器的第3脚，所述微控制器的第17脚连接所述磁性编码器的第1脚，所述微控制器的第20脚连接所述磁性编码器的第8脚，所述微控制器的第21脚连接所述磁性编码器的第7脚，所述磁性编码器的第4脚接地，所述磁性编码器的第5脚连接有+3.3V电源。

5.根据权利要求1所述的步进电机闭环控制结构，其特征在于，所述微控制器的第25脚连接所述上位机信号接口插件的第7脚，所述微控制器的第26脚连接所述上位机信号接口插件的第6脚，所述微控制器的第27脚连接所述上位机信号接口插件的第5脚，所述上位机信号接口插件的第8脚、第9脚和第10脚均接地。

6.根据权利要求1所述的步进电机闭环控制结构，其特征在于，所述开关电路包括第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2、第三功率开关管Q3、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8，所述微控制器的第34脚连接所述第三功率开关管Q3的漏极和所述第七电阻R7的一端，所述第三功率开关管Q3的栅极和所述第七电阻R7的另一端连接有+3.3V电源，所述第三功率开关管Q3的源极连接第八电阻R8的一端和所述上位机信号接口插件的第3脚，所述第八电阻R8的另一端连接有+24V电源；所述微控制器的第35脚连接所述第二功率开关管Q2的漏极和所述第五电阻R5的一端，所述第二功率开关管Q2的栅极和所述第五电阻R5的另一端连接有+3.3V，所述第二功率开关管Q2的源极连接所述第六电阻R6的一端和所述上位机信号接口插件的第2脚，所述第六电阻R6的另一端连接有+24V电源；所述微控制器的第36脚连接所述第一功率开关管Q1的漏极和所述第三电阻R3的一端，所述第一功率开关管Q1的栅极和所述第三电阻R3的另一端连接有+3.3V，所述第一功率开关管Q1的源极连接所述第四电阻R4的一端和所述上位机信号接口插件的第1脚，所述第四电阻R4的另一端连接有+24V电源。

7.根据权利要求1所述的步进电机闭环控制结构，其特征在于，所述安装板上还设置有复位按键和多个功能按键，多个所述功能按键包括第一按键K1、第二按键K2和第三按键K3，所述微控制器的第40脚连接复位按键的一端，所述微控制器的第42脚连接第三按键K3的一端，所述微控制器的第44脚连接第二按键K2的一端，所述微控制器的第46脚连接第一按键K1的一端，所述第一按键K1的另一端、所述第二按键K2的另一端、所述第三按键K3的另一端和复位按键的另一端均接地。

说明书

技术领域

本实用新型属于电机控制结构技术领域，具体涉及一种步进电机闭环控制结构。

背景技术

步进电机被广泛应用于许多需要准确定位且高速运动的精密机构中，如：3D打印机、数控机床等。步进电机在空载高速运动以及负载过重时，容易发生失步以及堵转现象，通常采用步进电机闭环控制器对步进电机的运动状态进行控制和检测。现有技术中的步进电机闭环控制器体积庞大、安装复杂、功能少，可视化、交互性差，操作复杂且价格昂贵。市面上细分步进电机控制器将编码器与控制器分体设计，导致细分步进电机控制器安装复杂、体积大，可靠性降低。

实用新型内容

针对现有细分步进电机控制器存在安装复杂、体积大，可靠性降低以及没有电流闭环控制的问题，本实用新型提供了一种步进电机闭环控制结构。

本实用新型提供了一种步进电机闭环控制结构，包括步进电机、径向充磁磁钢、磁性编码器、安装板和OLED屏幕，所述步进电机的输出轴穿出所述步进电机的背部，所述安装板位于所述步进电机的背部并垂直于所述步进电机的输出轴，所述径向充磁磁钢位于所述步进电机的输出轴的端部，所述磁性编码器位于所述安装板朝向所述输出轴的一面，且所述磁性编码器朝向所述径向充磁磁钢，所述安装板上设置有微控制器、OLED显示接口、步进电机驱动电路、步进电机接口插件、上位机信号接口插件和开关电路，所述微控制器分别与所述磁性编码器、所述OLED显示接口、所述步进电机驱动电路、所述步进电机接口插件、所述上位机信号接口插件和所述开关电路电连接，所述步进电机接口插件与所述步进电机驱动电路电连接；所述上位机信号接口插件与所述开关电路电连接，所述OLED屏幕固定于所述安装板背离所述步进电机的一侧，所述OLED屏幕与所述OLED显示接口电连接。

进一步的，所述步进电机驱动电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一芯片U1和第二芯片U2，所述第一芯片U1和所述第二芯片U2均采用驱动芯片A4950T，所述微控制器的第1脚连接所述第一芯片U1的第7脚，所述微控制器的第2脚连接所述第一芯片U1的第6脚，所述微控制器的第3脚连接所述第一芯片U1的第5脚，所述微控制器的第4脚连接所述第一芯片U1的第4脚和所述第一电阻R1的一端，所述第一电阻R1的另一端和所述第一芯片U1的第0脚接地，所述第一芯片U1的第1脚连接所述步进电机接口插件的第1脚，所述第一芯片U1的第2脚连接所述步进电机接口插件的第2脚，所述微控制器的第9脚连接所述第二芯片U2的第7脚，所述微控制器的第10脚连接所述第二芯片U2的第6脚，所述微控制器的第11脚连接所述第二芯片U2的第5脚，所述微控制器的第12脚连接所述第二芯片U2的第4脚和所述第二电阻R2的一端，所述第二电阻R2的另一端和所述第二芯片U2的第0脚接地，所述第二芯片U2的第1脚连接所述步进电机接口插件的第3脚，所述第二芯片U2的第2脚连接所述步进电机接口插件的第4脚；所述第一芯片U1的第8脚和所述第二芯片U2的第9脚均连接有+24V电源。

进一步的，所述微控制器的第13脚连接所述OLED显示接口的第3脚，所述微控制器的第14脚连接所述OLED显示接口的第4脚，所述OLED显示接口的第4的第二脚连接有+3.3V电源，所述OLED显示接口的第1脚接地。

进一步的，所述微控制器的第16脚连接所述磁性编码器的第3脚，所述微控制器的第17脚连接所述磁性编码器的第1脚，所述微控制器的第20脚连接所述磁性编码器的第8脚，所述微控制器的第21脚连接所述磁性编码器的第7脚，所述磁性编码器的第4脚接地，所述磁性编码器的第5脚连接有+3.3V电源。

进一步的，所述微控制器的第25脚连接所述上位机信号接口插件的第7脚，所述微控制器的第26脚连接所述上位机信号接口插件的第6脚，所述微控制器的第27脚连接所述上位机信号接口插件的第5脚，所述上位机信号接口插件的第8脚、第9脚和第10脚均接地。

进一步的，所述开关电路包括第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2、第三功率开关管Q3、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8，所述微控制器的第34脚连接所述第三功率开关管Q3的漏极和所述第七电阻R7的一端，所述第三功率开关管Q3的栅极和所述第七电阻R7的另一端连接有+3.3V电源，所述第三功率开关管Q3的源极连接第八电阻R8的一端和所述上位机信号接口插件的第3脚，所述第八电阻R8的另一端连接有+24V电源；所述微控制器的第35脚连接所述第二功率开关管Q2的漏极和所述第五电阻R5的一端，所述第二功率开关管Q2的栅极和所述第五电阻R5的另一端连接有+3.3V，所述第二功率开关管Q2的源极连接所述第六电阻R6的一端和所述上位机信号接口插件的第2脚，所述第六电阻R6的另一端连接有+24V电源；所述微控制器的第36脚连接所述第一功率开关管Q1的漏极和所述第三电阻R3的一端，所述第一功率开关管Q1的栅极和所述第三电阻R3的另一端连接有+3.3V，所述第一功率开关管Q1的源极连接所述第四电阻R4的一端和所述上位机信号接口插件的第1脚，所述第四电阻R4的另一端连接有+24V电源。

进一步的，所述安装板上还设置有复位按键和多个功能按键，多个所述功能按键包括第一按键K1、第二按键K2和第三按键K3，所述微控制器的第40脚连接复位按键的一端，所述微控制器的第42脚连接第三按键K3的一端，所述微控制器的第44脚连接第二按键K2的一端，所述微控制器的第46脚连接第一按键K1的一端，所述第一按键K1的另一端、所述第二按键K2的另一端、所述第三按键K3的另一端和复位按键的另一端均接地。

本实用新型有如下的有益效果：1、通过磁性编码器实现了步进电机的闭环控制，且与微控制器共同安装到安装板上的一体化设计，减小了步进电机闭环控制器的体积，减小了安装的复杂程度。2、本实用新型新增了OLED屏幕，能够实时显示角度误差值、转速、当前角度，便于操作者对步进电机的运行状态了解。

附图说明

图1是本实用新型提供的步进电机闭环控制结构的结构示意图；

图2是本实用新型提供的安装板上的电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1和图2所示，本实用新型提供了一种步进电机闭环控制结构，包括步进电机1、径向充磁磁钢2、磁性编码器3、安装板6和OLED屏幕9，所述步进电机1的输出轴穿出所述步进电机1的背部，所述安装板6位于所述步进电机1的背部并垂直于所述步进电机1的输出轴，所述径向充磁磁钢2位于所述步进电机1的输出轴的端部，所述磁性编码器3位于所述安装板6朝向所述输出轴的一面，且所述磁性编码器3朝向所述径向充磁磁钢2，所述安装板6上设置有微控制器10、OLED显示接口4、步进电机驱动电路7、步进电机接口插件8、上位机信号接口插件14和开关电路13，所述微控制器10分别与所述磁性编码器3、所述OLED显示接口4、所述步进电机驱动电路7、所述步进电机接口插件8、所述上位机信号接口插件14和所述开关电路13电连接，所述步进电机接口插件8与所述步进电机驱动电路7电连接；所述上位机信号接口插件14与所述开关电路13电连接，所述OLED屏幕9固定于所述安装板6背离所述步进电机1的一侧，所述OLED屏幕9与所述OLED显示接口4电连接。

具体的，所述安装板6通过多个螺栓5与所述步进电机1实现安装。

所述步进电机驱动电路7包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一芯片U1和第二芯片U2，所述第一芯片U1和所述第二芯片U2均采用驱动芯片A4950T，所述微控制器10的第1脚连接所述第一芯片U1的第7脚，所述微控制器10的第2脚连接所述第一芯片U1的第6脚，所述微控制器10的第3脚连接所述第一芯片U1的第5脚，所述微控制器10的第4脚连接所述第一芯片U1的第4脚和所述第一电阻R1的一端，所述第一电阻R1的另一端和所述第一芯片U1的第0脚接地，所述第一芯片U1的第1脚连接所述步进电机接口插件8的第1脚，所述第一芯片U1的第2脚连接所述步进电机接口插件8的第2脚，所述微控制器10的第9脚连接所述第二芯片U2的第7脚，所述微控制器10的第10脚连接所述第二芯片U2的第6脚，所述微控制器10的第11脚连接所述第二芯片U2的第5脚，所述微控制器10的第12脚连接所述第二芯片U2的第4脚和所述第二电阻R2的一端，所述第二电阻R2的另一端和所述第二芯片U2的第0脚接地，所述第二芯片U2的第1脚连接所述步进电机接口插件8的第3脚，所述第二芯片U2的第2脚连接所述步进电机接口插件8的第4脚；所述第一芯片U1的第8脚和所述第二芯片U2的第9脚均连接有+24V电源。

所述微控制器10的第13脚连接所述OLED显示接口4的第3脚，所述微控制器10的第14脚连接所述OLED显示接口4的第4脚，所述OLED显示接口4的第4的第二脚连接有+3.3V电源，所述OLED显示接口4的第1脚接地。

所述微控制器10的第16脚连接所述磁性编码器3的第3脚，所述微控制器10的第17脚连接所述磁性编码器3的第1脚，所述微控制器10的第20脚连接所述磁性编码器3的第8脚，所述微控制器10的第21脚连接所述磁性编码器3的第7脚，所述磁性编码器3的第4脚接地，所述磁性编码器3的第5脚连接有+3.3V电源。

所述微控制器10的第25脚连接所述上位机信号接口插件14的第7脚，所述微控制器10的第26脚连接所述上位机信号接口插件14的第6脚，所述微控制器10的第27脚连接所述上位机信号接口插件14的第5脚，所述上位机信号接口插件14的第8脚、第9脚和第10脚均接地。

所述开关电路13包括第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2、第三功率开关管Q3、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8，所述微控制器10的第34脚连接所述第三功率开关管Q3的漏极和所述第七电阻R7的一端，所述第三功率开关管Q3的栅极和所述第七电阻R7的另一端连接有+3.3V电源，所述第三功率开关管Q3的源极连接第八电阻R8的一端和所述上位机信号接口插件14的第3脚，所述第八电阻R8的另一端连接有+24V电源；所述微控制器10的第35脚连接所述第二功率开关管Q2的漏极和所述第五电阻R5的一端，所述第二功率开关管Q2的栅极和所述第五电阻R5的另一端连接有+3.3V，所述第二功率开关管Q2的源极连接所述第六电阻R6的一端和所述上位机信号接口插件14的第2脚，所述第六电阻R6的另一端连接有+24V电源；所述微控制器10的第36脚连接所述第一功率开关管Q1的漏极和所述第三电阻R3的一端，所述第一功率开关管Q1的栅极和所述第三电阻R3的另一端连接有+3.3V，所述第一功率开关管Q1的源极连接所述第四电阻R4的一端和所述上位机信号接口插件14的第1脚，所述第四电阻R4的另一端连接有+24V电源。

所述安装板6上还设置有复位按键11和多个功能按键12，多个所述功能按键12包括第一按键K1、第二按键K2和第三按键K3，所述微控制器10的第40脚连接复位按键11的一端，所述微控制器10的第42脚连接第三按键K3的一端，所述微控制器10的第44脚连接第二按键K2的一端，所述微控制器10的第46脚连接第一按键K1的一端，所述第一按键K1的另一端、所述第二按键K2的另一端、所述第三按键K3的另一端和复位按键11的另一端均接地。

在图2所示的电路中，接口J1为步进电机接口插件88，接口J2为上位机信号接口插件1414，第三芯片U3为微控制器10，第四芯片U4为OLED显示接口4，第五芯片U5为磁性编码器3。

本实用新型有如下的有益效果：1、通过磁性编码器3实现了步进电机1的闭环控制，且与微控制器10共同集成到安装板6上的一体化设计，减小了步进电机1闭环控制器的体积，减小了安装的复杂程度。2、本实用新型新增了OLED屏幕9，能够实时显示角度误差值、转速、当前角度，便于操作者对步进电机1的运行状态了解。

使用所述步进电机闭环控制结构时，所述微控制器10的部分输入端接入所述开关电路13，所述磁性编码器3的端口直接与所述微控制器10连接，所述微控制器10的部分输入端口连接所述复位按键11和所述功能按键12，所述微控制器10的输出端口直接与所述OLED屏幕的引脚连接，步进电机驱动电路7的第一芯片U1和第二芯片U2分别与所述微控制器10的输出端口相连，且所述微控制器10的两路ADC、两路DAC端口分别与第一芯片U1和第二芯片U2的相应的引脚相连，步进电机驱动电路7的第一芯片U1和第二芯片U2的输出端与所述步进电机接口插件8连接，上位机控制信号经上位机信号接口插件14与所述微控制器10输入端口连接。

所述微控制器10通过所述开关电路13从上位机信号接口插件14接收上位机发来的TTL电平信号——使能信号、脉冲信号和方向信号开始工作或通过串口接收引脚、串口发送引脚进行串口通信，实时设置所述微控制器10的运行参数。当使能信号输入微控制器10为高电平时，微控制器10按照上位机脉冲信号的频率、以及方向信号，控制步进电机驱动电路7实现对步进电机1的控制，运行期间，微控制器10会通过ADC端口采样步进电机驱动电路7中A相、B相的驱动电压，通过PID算法，根据预设置的闭环电流的数值自动调节DAC加在步进电机驱动电路7中第一芯片U1和第二芯片U2的电压大小，实现电流的闭环。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

一种步进电机闭环控制结构专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。