控制永磁电动滚筒的电路的制作方法

1.本实用新型属于自动化领域，具体涉及一种控制永磁电动滚筒的电路，用于控制永磁无刷电动滚筒。

背景技术：

2.永磁电动滚筒的内部采用高性能硬磁材料组成复合磁系、具有磁场强度高、深度大、结构简单、使用方便、不需维修、不消耗电力，常年使用不退磁等特点。永磁电动滚筒可用于水泥、磁选、矿山、钢铁、化工、耐火材料、垃圾处理等行业中的选铁，与固定皮带输送机配套使用代替主动轮，也可与专用皮带输送机配套。

3.永磁电动滚筒的运动由永磁同步电机控制，永磁同步电机至少引出三根控制线，即u、v、w三相，这三相也就是永磁同步电机中定子绕组引出的，这三相会和本实用新型中图5所示驱动电路中的m1-u、m1-v、m1-w连接。主控芯片通过驱动、控制图5的驱动电路产生定向旋转磁场，定向旋转磁场作用于永磁同步电机的定子，该旋转磁场与转子上永磁体的相互作用使得转子按指定方向转动(正转或者反转)，从而实现对永磁同步电机的控制。

4.现有的永磁无刷滚筒多采用方波控制，方波控制方式的优点是控制算法简单、硬件成本较低，使用性能普通的控制器便能获得较高的电机转速；缺点是转矩波动大、存在一定的电流噪声、效率达不到最大值。方波控制适用于对电机转动性能要求不高的场合，而且容易引起滚筒发热。

技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种控制永磁电动滚筒的电路，实现在滚筒内部较小空间内的紧凑布置，而且提高效率，减少滚筒发热，增加可靠性和抗干扰能力。

6.本实用新型是通过以下技术方案实现的：

7.本实用新型提供了一种控制永磁电动滚筒的电路，所述控制永磁电动滚筒的电路包括：主控芯片以及与其连接的通讯模块、光电输入模块、adc采集模块、电源模块、模式指示模块、模式选择模块、总线检测模块、电机驱动模块和刹车控制模块。

8.本实用新型的进一步改进在于：

9.所述主控芯片通过通讯模块接收控制主机发送来的串口数据，同时，主控芯片通过电机驱动模块驱动永磁电动滚筒。

10.本实用新型的进一步改进在于：

11.所述主控芯片采用stm32f303re芯片。

12.本实用新型的进一步改进在于：

13.所述通讯模块采用max485芯片，并在max485芯片的第7引脚连接有下拉电阻，在max485芯片的第6引脚连接有上拉电阻。

14.本实用新型的进一步改进在于：

15.所述电机驱动模块包括三个ir2101s芯片，且每个ir2101s芯片的第5引脚通过第一驱动电阻和第一驱动二极管连接到第三三极管，在第三三极管上并联有第二驱动电阻和第二驱动电容；

16.每个ir2001s芯片的第6引脚连接有第三驱动电阻；

17.每个ir2001s芯片的第7引脚通过第四驱动电阻和第二驱动二极管连接到第一三极管，在第一三极管上并联有第五驱动电阻和第三驱动电容。

18.本实用新型的进一步改进在于：

19.所述刹车控制模块采用ao4421芯片，且在ao4421芯片的第十一三极管上依次串联有第一刹车二极管、第一刹车电阻；

20.第二刹车电阻与第一刹车电阻并联，并且第二刹车电阻与主控芯片的第59引脚连接；

21.第三刹车电阻、第四刹车电阻与第十四三极管串联后，再通过第五刹车电阻和第六刹车电阻与主控芯片连接。

22.本实用新型的进一步改进在于：

23.所述电源模块包括电源转换电路；

24.所述电源转换电路采用eup3458vir1芯片，且eup3458vir1芯片的第4引脚通过第十八三极管与通信模块的第4引脚连接；

25.eup3458vir1芯片的第4引脚还通过第十九三极管与主控芯片的第28引脚连接。

26.本实用新型的进一步改进在于：

27.所述电源模块包括电源电路；

28.所述电源电路采用lm7805芯片和spx1117芯片；

29.在spx1117芯片的第2引脚并联有第一电源用电容和第二电源用电容。

30.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：利用本实用新型可以精确地控制磁场的大小与方向，从而降低了电动滚筒的噪音，增大了扭矩，且运行更平稳，发热更少。

附图说明

31.图1本实用新型控制永磁电动滚筒的电路的组成结构图；

32.图2-1本实用新型控制永磁电动滚筒的电路中的主控芯片的结构示意图；

33.图2-2图2-1中的电源控制的结构示意图；

34.图2-3图2-1中的485控制的结构示意图；

35.图2-4图2-1中的电流采样的结构示意图；

36.图2-5图2-1中的驱动控制的结构示意图；

37.图2-6图2-1中的刹车控制的结构示意图；

38.图2-7图2-1中的供电的结构示意图；

39.图2-8图2-1中的光电检测的结构示意图；

40.图2-9图2-1中的模式指示的结构示意图；

41.图2-10图2-1中的模式选择的结构示意图；

42.图3本实用新型控制永磁电动滚筒的电路中的485通信模块的结构示意图；

43.图4本实用新型控制永磁电动滚筒的电路中的电流采样放大电路的结构示意图；

44.图5本实用新型控制永磁电动滚筒的电路中的mos驱动电路的结构示意图；

45.图6本实用新型控制永磁电动滚筒的电路中的刹车控制电路的结构示意图；

46.图7本实用新型控制永磁电动滚筒的电路中的电源转换电路的结构示意图；

47.图8本实用新型控制永磁电动滚筒的电路中的电源模块的结构示意图；

48.图9本实用新型控制永磁电动滚筒的电路中的光电输入模块的结构示意图；

49.图10本实用新型控制永磁电动滚筒的电路中的总线检测模块的结构示意图；

50.图11本实用新型控制永磁电动滚筒的电路中的模式指示模块的结构示意图；

51.图12本实用新型控制永磁电动滚筒的电路中的模式选择模块的结构示意图。

具体实施方式

52.下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述：

53.本实用新型提供了一种控制永磁电动滚筒的控制电路。如图1所示，本实用新型控制永磁电动滚筒的电路包括：主控芯片以及与其连接的通讯模块、光电输入模块、adc采集模块、电源模块、模式指示模块、模式选择模块、总线检测模块、电机驱动模块和刹车控制模块。

54.如图2-1到图2-10所示，主控芯片用于运行电动滚筒控制算法与逻辑控制。图2-2到图2-10是图2-1中的局部放大图。

55.通讯模块如图3所示，用于主控芯片与控制主机之间的通讯。

56.adc采集模块如图4所示，采用电流采样放大电路，用于电流采样和放大电动滚筒三相的电流到主控芯片。

57.电机驱动模块如图5所示，采用mos驱动电路，用于驱动电动滚筒。

58.刹车控制模块如图6所示，用于控制电动滚筒的刹车以及检测刹车。

59.电源转换电路如图7所示，其产生的电源给电机驱动模块和电源系统使用。

60.电源系统如图8所示，主要是给控制芯片供电。

61.光电输入模块如图9所示，用于检测光电信号。

62.总线检测模块如图10所示，用于检测系统总线电压。

63.模式指示模块如图11所示，用于显示当前主控芯片运行的模式。

64.模式选择模块如图12所示，用于设置主控芯片的运行模式。

65.具体的，所述主控芯片通过通讯模块接收控制主机发送来的串口数据，所述串口数据包括485总线启动、停止、设置模式(从动/被动)、转速和转动方向等，这些均是现有技术，在此不再赘述。

66.同时，主控芯片通过电机驱动模块驱动现有的永磁无刷电动滚筒中的mos管中的q1、q3、q5、q7、q9和q11模块来驱动永磁电动滚筒，实现对电动滚筒的控制。

67.在控制过程中，控制芯片会检测电机驱动控制模块的电流，具体的，对图5所示的电动滚筒驱动电路中的采样电阻r10、r20和r34的信号经过图4所示的电流采样放大模块进行采集和放大后，输入到主控芯片，主控芯片根据采集到的信号进行计算获得电流的大小，采用现有算法进行计算即可，在此不再赘述。

68.同时主控芯片会检测刹车控制模块，具体的，通过在图6中的r129、r120、d14三个器件和d11连接，r129和主控芯片的第59引脚连接。这个不但可以实现刹车的使能，而且这

样可以确保刹车的正确使能，判断刹车的动作，并通过刹车控制电路控制刹车的动作。

69.所述的主控芯片如图2-1到图2-10所示，采用stm32f303re芯片。

70.上述模块均采用现有芯片实现，本实用新型对现有芯片的改进如下：

71.所述通讯模块如图3所示，采用max485芯片实现485通讯，本实用新型对现有的max485芯片进行了改进，即在max485芯片上增加外接的上下拉总线电阻，使得数据传输稳定，具体改进如下：本实用新型在max485芯片(u15)的第7引脚连接有下拉电阻r131，在max485芯片(u15)的第6引脚连接有上拉电阻r133，通过上拉电阻、下拉电阻将485总线的电平钳位，这样可以实现了长距离和多设备下的稳定传输。

72.所述adc采样模块如图4所示，采用现有的电流采样放大电路即可，例如可以采用lm324芯片。

73.所述电机驱动模块如图5所示，采用分别对应电机三相的三个ir2101s自举电路，本实用新型对现有的电机驱动模块的三相均进行了改进，即增加mos开关外围电路，采用nce7190a为mos管功率开关器件连接电动滚筒。具体的，此处以第一相为例进行说明，其它相的改进与该相一样，在ir2101s芯片(u2)的第5引脚通过第一驱动电阻r135和第一驱动二极管d21连接到第三三极管q3，同时在第三三极管q3上并联有第二驱动电阻r196和第二驱动电容c75，u2(ir2001s)的第6引脚连接有第三驱动电阻r134，u2(ir2001s)的第7引脚通过第四驱动电阻r132和第二驱动二极管d7连接到第一三极管q1，同时在第一三极管q1上并联有第五驱动电阻r133和第三驱动电容c74，这样使得mos管开关电路速度更快、更稳定，同时第三驱动电阻r134提供给电容c1预充电电路，这个电路可以实现mos更快速的开关，同时也保护了mos管。

74.增加预充电电路可以使得mos管打开速度更快，增加u2第5脚和第7脚的连接电路给mos管关断一个放电回路，使得mos管关断速度更快。也就能够更真实的、更快速的响应主控芯片的控制，也就使得驱动更稳定，即使得电动滚筒运行更加平顺、稳定。采用图5中的r10、r20、r34采样电阻采样后通过图4中的lm324芯片进行放大和偏置。

75.所述刹车控制模块如图6所示，采用ao4421芯片对电动滚筒的刹车进行控制。本实用新型对现有的ao4421芯片进行了改进，具体如下：在ao4421芯片中的第十一三极管d11上依次串联有第一刹车二极管d14、第一刹车电阻r120，同时将第二刹车电阻r129与第一刹车电阻r120并联，并将第二刹车电阻r129与主控芯片的第59引脚连接，可以进行刹车器的自动检测。同时，将第三刹车电阻r112、第四刹车电阻r113与第十四三极管q14串联后，再通过第五刹车电阻r115和第六刹车电阻r114与主控芯片连接，可以实现低压控制高压，起到刹车器的控制和对器件的保护作用。这个不但可以实现刹车的使能，而且这样可以确保刹车正确使能，同时可以自动检测刹车是否正常。在上电时还可以检测刹车器的状态。

76.在上电时检测一次信号，主控芯片可以知道当前刹车器的状态是否正常，刹车器正常后，使能刹车器和失能刹车器也可以通过检测该点信号判断刹车器是否正常控制。也就是实现了自动检测功能。

77.所述电源模块包括电源转换电路和电源系统，其中，电源转换电路如图7所示，电源电路如图8所示。所述电源转换电路采用eup3458vir1芯片，本实用新型对eup3458vir1芯片进行了改进，具体如下：图7的eup3458vir1芯片(u13)的第4引脚通过第十八三极管d18与图3中通信模块的第4引脚连接，可以实现通过总线唤醒主控芯片和其他外设，同时

eup3458vir1芯片(u13)的第4引脚还连接有第十九三极管d19，通过d19连接主控芯片的第28引脚可以实现对电源的控制，通过新增的三极管d18和d19来控制可以实现断电进入待机状态时芯片的0功耗。

78.所述电源电路采用lm7805芯片和spx1117芯片，本实用新型根据硬件需要对spx1117芯片进行了电容容量的修改以及增删，具体如下：在spx1117芯片的第2引脚(vout脚)并联有第一电源用电容c57和第二电源用电容c58，通过增加的两个电容使得输出的电压纹波更小，提高抗干扰能力。

79.所述光电输入模块如图9所示，采用现有的光电检测电路即可，用于对物品发出的光电信号进行检测。

80.所述总线检测模块如图10所示，采用现有的总线检测电路，用于对本实用新型系统总线电压的检测；

81.所述模式指示模块如图11所示，采用现有的模式指示电路，对模式设置后指示当前所设置的模式；

82.所述模式选择模块如图12所示，采用现有的模式选择电路，对本实用新型主控芯片的控制模式进行选择设置。

83.具体的引脚连接关系如下：

84.如图2-2所示，主控芯片的第28引脚和图7所示的电源转换电路eup3458vir1芯片的第4引脚连接(具体的是通过d19连接)，在正常情况下只有485总线芯片有电，等待命令，只有有命令到来，485芯片的第4引脚会通过图7中的d18使能电源模块，而需要待机时主控芯片可以通过第28引脚控制电源芯片的第4脚使得电源芯片待机不输出，从而实现了低功耗。

85.如图2-3所示，主控芯片的第29引脚、30引脚与、33引脚与通讯模块相连。

86.如图2-4所示，主控芯片的第44引脚、11引脚、17引脚、24引脚与电流采样电路相连。

87.如图2-5所示，主控芯片的第41引脚、23引脚、42引脚、26引脚、43引脚、27引脚与电机驱动电路相连。

88.如图2-6所示，主控芯片的第62引脚、59引脚与刹车控制电路相连。

89.如图2-7所示，主控芯片的第1引脚、13引脚、19引脚、32引脚、48引脚、64引脚与图8中的电源转换芯片的u12的第2引脚相连，由于各模块和芯片的安全供电电压不同，所以经过eup3458vir1电源转换的电压供给电机驱动模块中的ir2101s自举使用，经过lm7805和spx1117转换的电源供给主控芯片和电流采样放大电路使用。

90.采用图7中的eup3458vir1开关电源芯片和图8中的lm7805与spx1117电源芯片，给图2-7、图4和图5的电路进行供电。

91.如图9所示，主控芯片的第57引脚和第58引脚与光电输入电路相连。

92.如图10所示，主控芯片的第14引脚与总线检测模块相连。

93.如图11所示，主控芯片的第55引脚和第56引脚与模式指示模块相连。

94.如图12所示，主控芯片的第34引脚和第35引脚与模式选择模块相连。

95.本实用新型采用stm32f303re作为主控芯片，并采用现有的foc控制算法，通过采样电阻采样电机的电流，并通过lm324芯片进行放大和偏置再送入到主控芯片中。foc控制

算法将驱动信号输出到ir2101s的驱动芯片中，进而驱动6个nce7190a组成的驱动桥，控制电机的转速。

96.本实用新型采用的foc控制算法产生了旋转定向磁场控制，旋转磁场不会像传统的bldc使用暴力换相，而是通过foc精确地控制磁场大小与方向，从而降低了电动滚筒的噪音，而且主控芯片可以通过图5的r10、r20、r34采样电阻经过图4的电流采集放大电路的电流进行扭矩的闭环控制，所以增大了扭矩。

97.本实用新型中的主控芯片有两种工作模式，分别为被动模式和联动模式，具体如下：

98.在被动模式下：主控芯片通过接收总线数据命令来驱动电动滚筒的mos模块，从而对电动滚筒的起、停、速度进行控制。在控制过程中，主控芯片会通过adc采集模块对电动滚筒的电流进行检测、通过总线检测模块对总线信号进行检测、通过刹车控制模块对刹车信号检测，并进行启动、停止、设置模式(从动/被动)、转速和转动方向的动作。

99.在联动模式下：主控芯片会在检测到实际应用场合中物品发出的光电信号时标记相应的内部寄存器，通过主机可以让通过485总线连接的各级电动滚筒进行联动工作。图9所示的光电输入模块在主控配置为联动模式下用于检测光电输入用，在光电输入模块检测到光电信号后发信息给主控芯片，写入相应的寄存器的值，并通过总线的方式通知下一级电动滚筒联动。

100.被动模式、联动模式通过图12所示的拨码开关选择或者通过控制主机进行配置后被主控芯片检测设置的模式，同时设置的模式通过主控芯片控制图11中的两个不同颜色的指示灯指示当前的设置模式。当拨码开关、控制主机两个模式设置不同时，以最后一次设置为主。

101.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

102.在本实用新型的描述中，除非另有说明，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

103.最后应说明的是，上述技术方案只是本实用新型的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本实用新型公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本实用新型上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。技术特征：

1.一种控制永磁电动滚筒的电路，其特征在于：所述控制永磁电动滚筒的电路包括：主控芯片以及与其连接的通讯模块、光电输入模块、adc采集模块、电源模块、模式指示模块、模式选择模块、总线检测模块、电机驱动模块和刹车控制模块。2.根据权利要求1所述的控制永磁电动滚筒的电路，其特征在于：所述主控芯片通过通讯模块接收控制主机发送来的串口数据，同时，主控芯片通过电机驱动模块驱动永磁电动滚筒。3.根据权利要求2所述的控制永磁电动滚筒的电路，其特征在于：所述主控芯片采用stm32f303re芯片。4.根据权利要求3所述的控制永磁电动滚筒的电路，其特征在于：所述通讯模块采用max485芯片，并在max485芯片的第7引脚连接有下拉电阻，在max485芯片的第6引脚连接有上拉电阻。5.根据权利要求4所述的控制永磁电动滚筒的电路，其特征在于：所述电机驱动模块包括三个ir2101s芯片，且每个ir2101s芯片的第5引脚通过第一驱动电阻和第一驱动二极管连接到第三三极管，在第三三极管上并联有第二驱动电阻和第二驱动电容；每个ir2001s芯片的第6引脚连接有第三驱动电阻；每个ir2001s芯片的第7引脚通过第四驱动电阻和第二驱动二极管连接到第一三极管，在第一三极管上并联有第五驱动电阻和第三驱动电容。6.根据权利要求5所述的控制永磁电动滚筒的电路，其特征在于：所述刹车控制模块采用ao4421芯片，且在ao4421芯片的第十一三极管上依次串联有第一刹车二极管、第一刹车电阻；第二刹车电阻与第一刹车电阻并联，并且第二刹车电阻与主控芯片连接；第三刹车电阻、第四刹车电阻与第十四三极管串联后，再通过第五刹车电阻和第六刹车电阻与主控芯片连接。7.根据权利要求6所述的控制永磁电动滚筒的电路，其特征在于：所述电源模块包括电源转换电路；所述电源转换电路采用eup3458vir1芯片，且eup3458vir1芯片的第4引脚通过第十八三极管与通信模块的第4引脚连接；eup3458vir1芯片的第4引脚还通过第十九三极管与主控芯片连接。8.根据权利要求7所述的控制永磁电动滚筒的电路，其特征在于：所述电源模块包括电源电路；所述电源电路采用lm7805芯片和spx1117芯片；在spx1117芯片的第2引脚并联有第一电源用电容和第二电源用电容。

技术总结

本实用新型提供了一种控制永磁电动滚筒的电路，属于自动化领域。所述控制永磁电动滚筒的电路包括：主控芯片以及与其连接的通讯模块、光电输入模块、ADC采集模块、电源模块、模式指示模块、模式选择模块、总线检测模块、电机驱动模块和刹车控制模块。利用本实用新型可以精确地控制磁场的大小与方向，从而降低了电动滚筒的噪音，增大了扭矩，且运行更平稳，发热更少。少。少。

技术研发人员：黄荣顺 牛轶杰 陈曦 殷淼 张航挺

受保护的技术使用者：中国民航科学技术研究院

技术研发日：2021.10.25

技术公布日：2022/5/16