一種用于激光掃平儀的電機控制電路的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種用于激光掃平儀的電機控制電路，連接于一電機的兩端，所述電機控制電路包括電機調速模塊，所述電機控制電路還包括一電機穩速模塊，所述電機穩速模塊包括一單片機及電機穩速芯片，所述單片機控制所述電機穩速芯片的工作狀態，所述電機穩速芯片連接于所述電機的兩端；所述電機調速模塊包括一阻值可調器件，所述阻值可調器件與所述電機穩速芯片連接以作為所述電機穩速芯片的負載，改變所述阻值可調器件的阻值可調整所述電機的轉動速度。采用上述技術方案后，對電機轉速的調整及穩定時間更短，大大降低了對單片機資源的占用，提高了單片機的使用效率。
【專利說明】—種用于激光掃平儀的電機控制電路
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及光電設備控制電路領域，尤其涉及一種用于激光掃平儀的電機控制電路。
【背景技術】
[0002]激光掃平儀是將一束可視半導體激光束，通過水平旋轉的方式形成一個激光面，作為大范圍施工的水平基準面的設備。根據施工現場的不同，需要激光掃平儀要有多檔位的旋轉調速，且轉速需要穩定。現在業界所普遍采用的調速技術，主要是通過PWM脈寬調制和軟件PID參數調節的方式來實現調速和穩速。通過上述方式進行調速和穩速的過程，具有以下缺陷:
[0003]1.在對電機進行低轉速控制時，由于速度檢測的反饋時間周期變長，導致超調量增大，速度穩定時間較長。
[0004]2.PWM調制時，在電源上產生的紋波較大，對高精度的水平電子傳感器的采樣精度產生影響；
[0005]3.當PWM調制時，若占空比較小，其帶載能力差，當負載過大時調整速度較為困難，同時調整的時延遲滯過大；
[0006]4.PID運算和PWM調速，占用MCU軟、硬件的資源，對單片機的系統要求較高。
[0007]因此，亟需一種新型的用于激光掃平儀的電機控制電路，替代PWM調制的方式，以解決上述缺陷。
【發明內容】
[0008]為了克服上述技術缺陷，本發明的目的在于提供一種用于激光掃平儀的電機控制電路。
[0009]本發明公開了一種用于激光掃平儀的電機控制電路，連接于一電機的兩端，所述電機控制電路包括電機調速模塊，所述電機控制電路還包括一電機穩速模塊，所述電機穩速模塊包括一單片機及電機穩速芯片，所述單片機控制所述電機穩速芯片的工作狀態，所述電機穩速芯片連接于所述電機的兩端；所述電機調速模塊包括一阻值可調器件，所述阻值可調器件與所述電機穩速芯片連接以作為所述電機穩速芯片的負載，改變所述阻值可調器件的阻值可調整所述電機的轉動速度。
[0010]優選地，所述電機控制電路還包括一基準電壓電路，提供一基準電壓；所述電機兩端連接有負載電阻；所述電機穩速芯片包括:電壓跟隨器，與所述基準電壓電路連接，輸出一與所述基準電壓的電壓和相位一致的輸出電壓；晶體管，與所述電機連接，控制流過所述電機的電流；比較器，與所述晶體管和負載電阻連接，比較所述負載電阻兩端電壓與所述基準電壓，并控制所述晶體管的導通角。
[0011]優選地，所述電機穩速芯片的引腳包括:電壓輸入端、接地端、負載電壓輸入端、電機控制輸入端及電機負極連接端；所述電壓輸入端與接地端分別連接于所述基準電壓電路的兩端；所述負載電壓輸入端、電機控制輸入端由所述比較器的兩路輸入引出，連接于所述負載電阻的兩端；所述電機負極連接端由所述晶體管的集電極引出，連接于所述電機的負極。
[0012]優選地,所述電機控制電路還包括一 MOS管,控制所述電機的啟動或停止；所述MOS管的柵極與所述單片機連接；所述MOS管的源極接地；所述MOS管的漏極與所述電機穩速芯片的接地端連接。
[0013]優選地，所述電機控制電路還包括第一濾波穩壓電容及第二濾波穩壓電容；所述第一濾波穩壓電容連接于所述負載電阻兩端；所述第二濾波穩壓電容的一端連接于所述電機的負極，另一端接地。
[0014]優選地，所述阻值可調器件為數字電位器。
[0015]優選地，所述數字電位器與所述單片機連接，由所述單片機控制所述數字電位器的阻值。
[0016]優選地，所述數字電位器阻值為18ΚΩ時，所述電機的轉速為600rpm ;所述數字電位器阻值為4.7ΚΩ時，所述電機的轉速為300rpm。
[0017]優選地，所述電機控制電路還包括電機測速單元；所述電機測速單元與所述單片機及電機連接，檢測所述電機的轉速并將所述轉速反饋至所述單片機。
[0018]采用了上述技術方案后，與現有技術相比，具有以下有益效果:
[0019]1.由于電機穩速芯片內部設有電壓和電流閉環調速功能，其調節時穩速時間短，超調量低；
[0020]2.電機調速階段時連續閉環調節，對電源產生的紋波干擾較小，降低對模擬電路部分的干擾；
[0021]3.電機調速簡單，通過數字電位器作為調整穩速芯片外接的可調電阻，改變數字電位器的阻值可以很方便的進行調速；
[0022]4.對單片機資源占用少，只需要利用單片機的普通1 口即可實現調速，不需要占用PWM 口及相應的寄存器。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明一優選實施例中電機控制電路的電路示意圖；
[0024]圖2為本發明一優選實施例中電機穩速芯片的塊狀圖；
[0025]圖3為本發明一優選實施例中電機穩速等效示意圖；
[0026]圖4為本發明一實施例中電機穩速芯片的引腳示意圖。
【具體實施方式】
[0027]以下結合附圖與具體實施例進一步闡述本發明的優點。
[0028]參閱圖1，為本發明一優選實施例中電機控制電路的電路示意圖。本發明中，電機控制電路連接在激光掃平儀的電機兩端，用于控制電機的轉速。其中電機控制電路包括有電機穩速模塊及電機調速模塊，電機穩速模塊采用的是單片機與電機穩速芯片的配置，電機穩速芯片連接在電機的兩端，利用其本身的性質和功能，對電機轉速進行穩定和恒速調整。單片機與電機穩速芯片相連接，并控制電機穩速芯片工作與否的工作狀態。而對于電機調速模塊，其包含有一阻值可調器件，該阻值可調器件與電機穩速芯片連接，以作為電機穩速芯片的負載，由此，當阻值可調器件的阻值發生變化時，流過電機穩速芯片的電流也發生相應的變化，進一步地，便改變了流過電機的電流大小，從而達到調速的功能，待電機的轉速變化時，電機穩速芯片便將電機的速度逐漸穩定(恒速)，即達到了對電機轉速調整并恒定的調速穩速過程。
[0029]上述實施例中，電機穩速芯片的型號可以是NJM2606、TDA7274、LA5521D、KA2402、D5521D等常見的用于光盤軟驅、磁帶等的電機穩速芯片，可以理解的是，本身具有穩定電機轉速的芯片均可適用于本發明中的電機穩速芯片。由于現有技術中光盤軟驅、磁帶在工作時電機處于恒定轉動的狀態，因此常用于光盤軟驅、磁帶的電機穩速芯片僅需要具有穩定電機轉速的功能，使用時不需要對電機的轉速進行改變，因此，現有技術中并未有阻值可調器件與電機穩速芯片的配合使用的方式。
[0030]優選地，阻值可調器件可配置為數字電位器，其本身具有較多的抽頭數，從而根據不同的調速需求，選擇具有合適抽頭數的數字電位器。數字電位器作為阻值可調整的設備，其與電機穩速芯片的連接方式可采用I2C、SPI等接口方式。同時，可選地，將數字電位器與單片機連接，對數字電位器的阻值調節可轉化為在單片機上進行操作，由此，對電機穩速芯片和數字電位器的控制均可在單片機上完成，方便使用者同時完成調速穩速的操作。當然，作為可選，使用者也可直接在數字電位器上調整其阻值，視實際工作環境而定。
[0031]上述實施例中，阻值可調器件不局限于數字電位器的配置，使用者可理解的是，具有阻值可調性質的其他器件如:電阻箱、熱敏電阻等均可適用于本發明中，數字電位器在于其體積較小，調節方便，作為優選實施例說明。
[0032]具體地，在對數字電位器的阻值調整時，若數字電位器的阻值為18ΚΩ，電機的轉速可為600rpm;若數字電位器的阻值為4.7ΚΩ時，電機的轉速為300rpm。可以理解的是，上述實施例中數字電位器的阻值與電機轉速的關系僅為參考，不同的使用者可根據實際工作情況調整阻值與電機轉速間的關系。就本實施例而言，阻值與電機轉速間的關系將在后文說明穩速工作原理時一并說明。
[0033]參閱圖2，為本發明一優選實施例中電機穩速芯片的塊狀圖。電機控制電路中還包括有一基準電壓電路，與電機穩速芯片連接，向其提供一基準電壓，該實施例中，基準電壓電路可以是通過直接與電源相連得到。在電機兩端連接有分壓電阻Rl及負載電阻R2，同時，分壓電阻RU負載電阻R2與阻值可調器件R3 (本實施例中為數字電位器R3)串聯，并并聯于電機的兩端。具體地，電機穩速芯片包括一電壓跟隨器，其一輸入端與基準電壓電路連接，并輸入一與基準電壓的電壓和相位一致的輸出電壓；一晶體管，它的集電極與電機連接，則流過晶體管的電流將同時流至電機，即晶體管電流大小直接決定了電機的電流大小；一比較器，其輸出端與晶體管的源極連接，兩輸入端分別連接在負載電阻R2的兩端，使得比較器的輸入電壓為負載電阻R2兩端的電壓，比較器將比較負載電阻R2兩端的電壓，并將該電壓與基準電壓進行比較，由比較的結果來確定是否改變晶體管的導通角，晶體管的導通角改變后，即改變了流過晶體管的電流值。
[0034]參閱圖3及圖4，分別為本發明一優選實施例中電機穩速等效示意圖及電機穩速芯片的引腳示意圖。電機穩速芯片的引腳包括有電壓輸入端(3腳)、接地端(5腳)、負載電壓輸入端出腳)、電機控制輸入端(8腳)、電機負極連接端(4腳)。其中，電壓輸入端(3腳)和接地端(5腳)連接在基準電壓電路的兩端，圖示中基準電壓電路為電源電壓。而負載電壓輸入端出腳)、電機控制輸入端(8腳)是由比較器的兩路輸入端引出的，連接在負載電阻R2的兩端。電機負極連接端(4腳)由晶體管的集電極引出，連接在電機的負極。
[0035]上述實施例中，電機穩速芯片還包括有一 MOS管Q1，用于控制電機的啟動和停止。具體地，如圖1所示，MOS管Ql的柵極與單片機連接，由單片機控制MOS管Ql的導通狀態，其源極接地，漏極與電機穩速芯片的接地端連接。控制時，通過單片機發送高電平到MOS管Ql的柵極，則MOS管Ql導通，電機穩速芯片開始正常工作，驅動電機旋轉；而單片機發送低電平到MOS管Ql的柵極時，MOS管Ql關斷，電機穩速芯片停止工作，驅動電機停轉。
[0036]同時，優選或可選地，電機控制電路還包括第一濾波穩壓電容Cl及第二濾波穩壓電容C2，其中第一濾波穩壓電容Cl連接在分壓電阻Rl或負載電阻R2的兩端(圖示中為分壓電阻Rl兩端)，第二濾波穩壓電容C2的一端連接在電機的負極，另一端接地。兩個濾波穩壓電容的設置，進一步地對電機兩端的電壓進行濾波并穩定，減少電機穩速芯片對電機電壓的穩定所需要的時間。
[0037]優選地或可選地，本發明中，電機控制電路還包括有一電機測速單元，與單片機及電機連接，可檢測電機的轉速并將檢測的結果發送到單片機處。使用者可直觀地從單片機處觀察到電機轉速的變化，若未達到需要的轉速，則可繼續對阻值可調器件進行操作，調節其阻值，以最終完成調整電機轉速的目的。
[0038]具有上述優選實施例的配置后，當使用者需要對電機轉速進行調節時，首先通過單片機對數字電位器R3的阻值進行改變，由于數字電位器R3并聯在電機穩速芯片的兩端，且負載電阻R2兩端的電壓保持恒定，則數字電位器R3的阻值改變后，數字電位器R3兩端的電壓也將隨之變化，從而使得電機兩端的電壓發生改變。具體地，將負載電阻R2兩端的電壓定義為參考電壓VMf，流過負載電阻R2的電流為參考電流IMf，則比較器一輸入端輸入的便是該參考電壓VMf，同時，比較器另一端輸入的為基準電壓電路輸入的基準電壓，比較器將比較參考電壓與基準電壓的大小，若兩者大小相同，則不會改變晶體管的導通角，保持現有的電機轉速；若由于數字電位器R3的阻值變化導致參考電流IMf發生改變，此處以數字電位器R3的阻值變大為例)，參考電流Iref變小，參考電壓Vref也隨之變小，則使得參考電壓與基準電壓不同。比較器檢測到參考電壓與基準電壓不同時，對連接在比較器輸出端的晶體管進行控制，改變其導通角，以增大參考電流IMf，直至參考電壓與基準電壓相等。此時由于數字電位器R3的阻值已變大，則R3兩端的電壓隨之變大，從而控制電機兩端的電壓變大，便完成調速、穩速的效果。由于整個穩速過程是連續的閉環調速，從而大大較少了調速過程對電源的紋波干擾，提高系統的穩定性。上述過程中，參考電壓的設定值可為0.2V，亦或是在0.18V-0.22V之間，具體設定值可參照芯片規格而定。
[0039]由于電機穩速芯片本身的性質，電機轉速與電機穩速芯片的參考電壓呈比例關系，具體地，為:
[0040]Vm = (R1+R2+R3) <1
K
[0041](其中K為電機穩速芯片內設定的電機轉速與電壓的比值)
[0042]而又因為:
[0043]Iref = Vref/R2,
[0044]則可推得:
[0045]Vm =^~(Κι+^^+R2 + RP+f ￥ 1M."ο
[0046]可知電機兩端的電壓在R1、R2、R3的電阻值固定后，僅與常數K有關。本領域技術人員僅需先行查閱資料了解K的取值或是經過試驗得到，便可調節數字電位器R3的阻值來得到需要的電機轉速。通過上述過程可理解的是，電機穩速芯片穩定轉速的過程是一個閉環控制的過程，其調節時穩速時間短，超調量低，且對電源產生的紋波干擾較小。
[0047]在上述配置下，單片機僅作為控制電機穩速芯片是否工作、數字電位器的阻值大小，無須再調制PWM信號進行調節，則該部分的資源被解放出用于其他控制領域。
[0048]應當注意的是，本發明的實施例有較佳的實施性，且并非對本發明作任何形式的限制，任何熟悉該領域的技術人員可能利用上述揭示的技術內容變更或修飾為等同的有效實施例，但凡未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何修改或等同變化及修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。
【權利要求】
1.一種用于激光掃平儀的電機控制電路，連接于一電機的兩端，所述電機控制電路包括電機調速模塊，其特征在于: 所述電機控制電路還包括一電機穩速模塊，所述電機穩速模塊包括一單片機及電機穩速芯片，所述單片機控制所述電機穩速芯片的工作狀態，所述電機穩速芯片連接于所述電機的兩端； 所述電機調速模塊包括一阻值可調器件，所述阻值可調器件與所述電機穩速芯片連接以作為所述電機穩速芯片的負載，改變所述阻值可調器件的阻值可調整所述電機的轉動速度。
2.如權利要求1所述的電機控制電路，其特征在于: 所述電機控制電路還包括一基準電壓電路，提供一基準電壓； 所述電機兩端連接有負載電阻； 所述電機穩速芯片包括: 電壓跟隨器，與所述基準電壓電路連接，輸出一與所述基準電壓的電壓和相位一致的輸出電壓； 晶體管，與所述電機連接，控制流過所述電機的電流； 比較器，與所述晶體管和負載電阻連接，比較所述負載電阻兩端電壓與所述基準電壓，并控制所述晶體管的導通角。
3.如權利要求2所述的電機控制電路，其特征在于: 所述電機穩速芯片的引腳包括:電壓輸入端、接地端、負載電壓輸入端、電機控制輸入端及電機負極連接端； 所述電壓輸入端與接地端分別連接于所述基準電壓電路的兩端； 所述負載電壓輸入端、電機控制輸入端由所述比較器的兩路輸入引出，連接于所述負載電阻的兩端； 所述電機負極連接端由所述晶體管的集電極引出，連接于所述電機的負極。
4.如權利要求3所述的電機控制電路，其特征在于: 所述電機控制電路還包括一 MOS管,控制所述電機的啟動或停止； 所述MOS管的柵極與所述單片機連接； 所述MOS管的源極接地； 所述MOS管的漏極與所述電機穩速芯片的接地端連接。
5.如權利要求2所述的電機控制電路，其特征在于: 所述電機控制電路還包括第一濾波穩壓電容及第二濾波穩壓電容； 所述第一濾波穩壓電容連接于所述負載電阻兩端； 所述第二濾波穩壓電容的一端連接于所述電機的負極，另一端接地。
6.如權利要求1所述的電機控制電路，其特征在于: 所述阻值可調器件為數字電位器。
7.如權利要求6所述的電機控制電路，其特征在于: 所述數字電位器與所述單片機連接，由所述單片機控制所述數字電位器的阻值。
8.如權利要求6或7所述的電機控制電路，其特征在于: 所述數字電位器阻值為18ΚΩ時，所述電機的轉速為600rpm ； 所述數字電位器阻值為4.7ΚΩ時，所述電機的轉速為300rpm。
9.如權利要求1所述的電機控制電路，其特征在于: 所述電機控制電路還包括電機測速單元； 所述電機測速單元與所述單片機及電機連接，檢測所述電機的轉速并將所述轉速反饋至所述單片機。
【文檔編號】H02P7/28GK104242751SQ201410415702
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月21日 優先權日:2014年8月21日
【發明者】張甌, 牛青, 王建勇 申請人:常州華達科捷光電儀器有限公司