CN101132162A - 马达控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种马达控制装置，包括：用于完成对绞盘供电电池电压的检测，绞盘电机的电流检测，和绞盘电机温度的检测，与遥控器进行通讯的控制，对绞盘的速度的调节、关闭或打开金属氧化物场效应管MOSFET；MCU用于控制驱动电路、电池电压的检测、绞盘电流的检测、绞盘电机温度的检、绞盘力矩的检测、与有线遥控器的通讯、与无线遥控器的通讯等功能；检测供电的电池电压、与12V电池相连的电池电压检测电路；用于检测驱动器温度的温度检测电路；以及用于检测绞盘上的电流的电流检测电路；所述驱动电路、遥控器通信模组、电池电压检测电路、温度检测电路和电流检测电路分别与所述MCU相连。本发明还提供一种马达控制装置的控制方法。本发明可大大提升马达控制装置的智能化、自动化水平。

Description

马达控制装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种马达控制装置及其控制方法。

背景技术

电动绞盘主要用于越野汽车、农用汽车、ATV运动车、游艇、以及其它特别车辆。是车辆、船只的自我保护及牵引装置，可在雪地、沼泽、沙漠、海滩、泥泞山路等恶劣环境中进行车辆自救，并可能在其它条件下，进行清障、拖拉物品、安装设施等作业，是石油、水文、环保、林业、交通、公安、边防、及其它野外运动不可缺少的安全装置。

电动绞盘内部的工作原理机制是：汽车蓄电池的电力首先带动电动马达。鼓轮转动带动主动轴，主动轴再带动行星齿轮，产生强大的减速比。于是增加的扭力被传回到鼓轮，鼓轮便带动钢缆。马达和齿轮之间有一个离合器，能够通过一个手柄开关。制动单元在鼓轮内部，当钢缆绷紧时，鼓轮就会自动锁住。

对于其中马达的控制，现有的控制器多为通过机械部件结合简单的继电器来实现，智能化程度不高，对于一些异常状况的发生也没有报警机制。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，克服上述现有技术存在的不足，提供一种智能化、自动化的马达控制装置及其控制方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种马达控制装置，包括：

用于完成对绞盘供电电池电压的检测，绞盘的电流检测，和绞盘电机温度的检测，与摇控器进行通讯的控制，对绞盘的速度的调节、关闭或打开金属氧化物场效应管MOSFET的主控制器MCU；

用于驱动驱动器的驱动电路；

用于与遥控器进行通信的遥控器通信模组；

用于检测供电的电池电压、与12V电池相连的电池电压检测电路；

用于检测驱动器温度的温度检测电路；以及

用于检测绞盘上的电流的电流检测电路；

所述驱动电路、遥控器通信模组、电池电压检测电路、温度检测电路和电流检测电路分别与所述MCU相连。

进一步地，所述MCU包括芯片U3，其具有2KByte的闪存Flash，256Byte的随机存储器RAM，10Bit模拟数字转换AD，及256Byte的电可擦除只读存储器EEPROM。

进一步地，所述驱动电路包括：

用于将从所述MCU输出的控制信号进行电压与电流的转换，以控制二级驱动电路的一级驱动电路，其包括芯片U5与连接在其上的电容C8；以及

用于控制MOSFET的二级驱动电路，其包括芯片U4、U5、U6、U7，J4、J5、J7、J8，电阻R28、R41、R33、R40、R38、R42、R39、R43，二级管D1、D2、D3、D4、D5、电容C9、C7、C21。

进一步地，所述遥控器通信模组包括：

用于与无线遥控器进行通信的无线通信模组，其包括芯片J1及与之相连的电阻R1、R5、R2、R6、R9、R7、R4、R8、R3，电容C1；以及

用于与有线遥控器进行通信的有线通信模组，其包括芯片J3。

进一步地，所述电池电压检测电路包括电阻R20、R21，电容C2，其中电阻R21与电容C2并联，然后与电阻R20相串联。

进一步地，所述电流检测电路包括运算放大器U1A、U1B、U1C、U1D，与U1A相连的电阻R14、R16、R24、R20，电容C11，与U1B相连的电阻R12、R22、R17、R26、R36，电容C13、C3、C15，与U1C相连的电阻R15、R18、R21、R25，电容C12，与U1D相连的电阻R13、R23、R19、R37、R27，电容C16、C14、C4。

进一步地，还包括：

与12V电池相连、用于将12V电压转换为5V的5V电源稳压器，其包括芯片U10，二极管D7，电容C22、C23、C10、C24，电感L1，电容C22、C23相并联，与二极管D7相连，电容C10、C24相并联，与电感L1相连；以及

与所述5V电源稳压器相连、用于将5V电压转换为3.3V电压的3.3V电源稳压器，其包括芯片U2，及与之相连的电容C17、C18。

进一步地，还包括：

用于当温度、电压、电流超过设定值后自动关闭H桥驱动器的保护电路，其包括芯片U8及与之相连的电阻R29、R30、R31，电容C19。

本发明还提供一种马达控制装置的控制方法，包括以下步骤：

a.马达控制装置进行初始化，配置将模拟信号转换为数字信号的AD通道；

b.检查马达控制装置是否处于正常状态；以及

c.接收键盘值并根据不同的键盘值进行控制处理。

进一步地，所述步骤b进一步包括以下步骤：

b1.供电电压是否过低：如果是则关闭IN、OUT驱动器，然后启动低电压报警；如果不是，则进入步骤b2；

b2.温度是否过高：如果是则关闭IN、OUT驱动器，然后启动高温报警；如果不是，则进入步骤b3；以及

b3.如绞盘上的电流是否过大：如果是则关闭IN、OUT驱动器，然后启动低电压报警，如果不是，则进入步骤c。

进一步地，所述步骤c进一步包括以下步骤：

c1.如果是“IN”，则马达控制装置发送命令给遥控器，控制遥控器IN灯点亮，关闭OUT指示器，给用户以指示当前的状态是“IN”，然后关闭OUT驱动器，打开IN驱动器，控制绞盘正转；

c2.如果是“OUT”，则马达控制装置发送命令给遥控器，控制遥控器OUT灯点亮，关闭IN指示器，给用户以指示当前的状态是“OUT”，然后关闭IN驱动器，打开OUT驱动器，控制绞盘反转；以及

c3.如果既不是“IN”也不是“OUT”，则判断是否是地址修改键，如果是关闭驱动器，进入马达控制装置地址修改功能；如果不是则直接关闭驱动器及指示器，然后回到步骤b。

本发明具有以下有益的效果：通过引入MCU和其他功能电路模块，不仅可以实现通过有线或者无线摇控器对绞盘进行正转与反转的控制，还提供了供电低电压报警、接触器高温报警以及异常状态处理机制，大大提升了马达控制装置的智能化、自动化水平。

附图说明

图1是本发明马达控制装置的外部连接示意图。

图2是本发明马达控制装置的电路原理方框图。

图3是本发明马达控制装置的电路连接图。

图4是本发明马达控制装置的控制方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细描述。

请参照图1所示，本发明马达控制装置通过两条线缆与绞盘的马达相连，并能与有线/无线遥控器进行通信，其由12V电池供电。

再请参照图2所示，本发明马达控制装置包括主控制器MCU、分别与MCU相连的驱动电路、电压检测电路、电流检测电路、温度检测电路、以及遥控器通信模组。

请同时结合图3所示，主控制器MCU是芯片U3，其具有2KByte的闪存Flash，256Byte随机存储器RAM，10Bit模拟数字转换AD，及256Byte的电可擦除只读存储器EEPROM。MCU主要用于完成对绞盘供电电池电压的检测，绞盘的电流检测，和绞盘电机温度的检测，与摇控器进行通讯的控制，对绞盘的速度的调节、关闭或打开金属氧化物场效应管MOSFET。

驱动电路包括一级驱动电路和二级驱动电路。一级驱动电路是将从MCU出来的控制信号进行电压与电流的转换，控制第二级驱动电路，其包括芯片U5与连接在其上的电容C8。二级驱动电路是控制MOSFET的驱动电路，用以增强驱动能力，其包括芯片U4、U5、U6、U7，J4、J5、J7、J8，电阻R28、R41、R33、R40、R38、R42、R39、R43，二级管D1、D2、D3、D4、D5、电容C9、C7、C21。

H桥驱动器是将驱动电路传来的控制信号作更大信号的放大，以便驱动大电流的控制器-MOSFET，H桥电路可以保障控制电机的正转也反转。

保护电路是当温度、电压、电流超过设定值后自动关闭H桥驱动器，从而保护H桥驱动器和保护绞盘及电机。包括芯片U8及与之相连的电阻R29、R30、R31，电容C19。

本发明中的遥控器通信模组包括无线通信模组和有线通信模组，无线通信模组是用来接收无线摇控器发送的控制信号，包括IN信号、OUT信号，及速度信号，同时将绞盘供电电池电压信号，温度信号发送到无线摇控器。其包括芯片J1及与之相连的电阻R1、R5、R2、R6、R9、R7、R4、R8、R3，电容C1。

本发明中的有线通信模组是一有线通信接口电路，用于与有线摇控器进行通信，包括芯片J3。

本发明马达控制装置还包括有电池电压检测电路，与12V电池相连，用于检测供电的电池电压，当供电电压低于9.1V时进入低电压报警。其包括电阻R10、R11，电容C2，其中电阻R11与电容C2并联，然后与电阻R10相串联。

本发明马达控制装置还包括有温度检测电路，功能是当温度高于120℃时(初始化设定)时关闭所H桥驱动器，从而保护绞盘。包括：插头J7，电阻R39，电容C13。

本发明马达控制装置还包括有电流检测电路，用于检测绞盘上的电流，其包括运算放大器U1A、U1B、U1C、U1D，与U1A相连的电阻R14、R16、R24、R20，电容C11，与U1B相连的电阻R12、R22、R17、R26、R36，电容C13、C3、C15，与U1C相连的电阻R15、R18、R21、R25，电容C12，与U1D相连的电阻R13、R23、R19、R37、R27，电容C16、C14、C4。

本发明马达控制装置还具有5V电源稳压器和3.3V电源稳压器，其中5V电源稳压器与12V电池相连，将12V电压转换为5V，其包括芯片U10，二极管D7，电容C22、C23、C10、C24，电感L1，电容C22、C23相并联，与二极管D7相连，电容C10、C24相并联，与电感L1相连；3.3V电源稳压器则与5V电源稳压器相连，将5V电压转换为3.3V电压，给2.4GHz无线模组供电，其包括芯片U2，及与之相连的电容C17、C18。

本发明还提供一种马达控制装置的控制方法，请参照图4所示，具体的流程如下：

步骤1，马达控制装置进行初始化，时钟是8MHz，配置将模拟信号转换为数字信号的AD通道。在以后的模拟信号采集中即可不再重复进行通道配置。

步骤2，检查马达控制装置是否处于正常状态，包括：

(1)供电电压是否过低：如果是则关闭IN、OUT驱动器，然后启动低电压报警；如果不是，则进入(2)；

(2)温度是否过高：如果是则关闭IN、OUT驱动器，然后启动高温报警；如果不是，则进入(3)；

(3)绞盘上的电流是否过大：如果是则关闭IN、OUT驱动器，然后启动低电压报警；如果不是，则进入步骤3。

步骤3，开始接收键盘值，即有线或无线遥控器传输“IN”(表示绞盘正转)或“OUT”(表示绞盘反转)。首先判断是“IN”还是“OUT”：

如果是“IN”，则马达控制装置发送命令给遥控器，控制遥控器IN灯点亮，关闭OUT指示灯(为一发光二极管LED)，给用户以指示当前的状态是“IN”，同时关闭OUT驱动器，打开IN驱动器(控制绞盘正转)。OUT驱动器、IN驱动器各为前述H桥驱动器的一边。

如果是“OUT”，则马达控制装置发送命令给遥控器，控制遥控器OUT灯点亮，关闭IN指示器，给用户以指示当前的状态是“OUT”同时关闭IN驱动器，打开OUT驱动器(控制绞盘反转)。

如果既不是“IN”也不是“OUT”，则判断是否是地址修改键，如果是关闭驱动器，进入马达控制装置地址修改功能；如果不是则直接关闭驱动器及指示器，然后回到步骤2。

本发明马达控制装置及其控制方法通过引入MCU和其他功能电路模块，不仅可以实现通过有线或者无线摇控器对绞盘进行正转与反转的控制，还提供了供电低电压报警、接触器高温报警以及异常状态处理机制，大大提升了马达控制装置的智能化、自动化水平。

Claims (11)

1.一种马达控制装置，其特征在于：包括：

用于完成对绞盘供电电池电压的检测，绞盘的电流检测，和绞盘电机温度的检测，与摇控器进行通讯的控制，对绞盘的速度的调节、关闭或打开金属氧化物场效应管MOSFET的主控制器MCU；

用于驱动驱动器的驱动电路；

用于与遥控器进行通信的遥控器通信模组；

用于检测供电的电池电压、与12V电池相连的电池电压检测电路；

用于检测驱动器温度的温度检测电路；以及

用于检测绞盘上的电流的电流检测电路；

所述驱动电路、遥控器通信模组、电池电压检测电路、温度检测电路和电流检测电路分别与所述MCU相连。

2.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于：所述MCU包括芯片U3，其具有2KByte的闪存Flash，256Byte的随机存储器RAM，10Bit模拟数字转换AD，及256Byte的电可擦除只读存储器EEPROM。

3.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于：所述驱动电路包括：

用于将从所述MCU输出的控制信号进行电压与电流的转换，以控制二级驱动电路的一级驱动电路，其包括芯片U5与连接在其上的电容C8；以及

用于控制MOSFET的二级驱动电路，其包括芯片U4、U5、U6、U7，J4、J5、J7、J8，电阻R28、R41、R33、R40、R38、R42、R39、R43，二级管D1、D2、D3、D4、D5、电容C9、C7、C21。

4.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于：所述遥控器通信模组包括：

用于与无线遥控器进行通信的无线通信模组，其包括芯片J1及与之相连的电阻R1、R5、R2、R6、R9、R7、R4、R8、R3，电容C1；以及

用于与有线遥控器进行通信的有线通信模组，其包括芯片J3。

5.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于：所述电池电压检测电路包括电阻R20、R21，电容C2，其中电阻R21与电容C2并联，然后与电阻R20相串联。

6.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于：所述电流检测电路包括运算放大器U1A、U1B、U1C、U1D，与U1A相连的电阻R14、R16、R24、R20，电容C11，与U1B相连的电阻R12、R22、R17、R26、R36，电容C13、C3、C15，与U1C相连的电阻R15、R18、R21、R25，电容C12，与U1D相连的电阻R13、R23、R19、R37、R27，电容C16、C14、C4。

7.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于：还包括：

与12V电池相连、用于将12V电压转换为5V的5V电源稳压器，其包括芯片U10，二极管D7，电容C22、C23、C10、C24，电感L1，电容C22、C23相并联，与二极管D7相连，电容C10、C24相并联，与电感L1相连；以及

与所述5V电源稳压器相连、用于将5V电压转换为3.3V电压的3.3V电源稳压器，其包括芯片U2，及与之相连的电容C17、C18。

8.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于：还包括：

用于当温度、电压、电流超过设定值后自动关闭H桥驱动器的保护电路，其包括芯片U8及与之相连的电阻R29、R30、R31，电容C19。

9.一种马达控制装置的控制方法，包括以下步骤：

a.马达控制装置进行初始化，配置将模拟信号转换为数字信号的AD通道；

b.检查马达控制装置是否处于正常状态；以及

c.接收键盘值并根据不同的键盘值进行控制处理。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于：所述步骤b进一步包括以下步骤：

b1.供电电压是否过低：如果是则关闭IN、OUT驱动器，然后启动低电压报警；如果不是，则进入步骤b2；

b2.温度是否过高：如果是则关闭IN、OUT驱动器，然后启动高温报警；如果不是，则进入步骤b3；以及

b3.如绞盘上的电流是否过大：如果是则关闭IN、OUT驱动器，然后启动低电压报警，如果不是，则进入步骤c。

11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于：所述步骤c进一步包括以下步骤：

c1.如果是“IN”，则马达控制装置发送命令给遥控器，控制遥控器IN灯点亮，关闭OUT指示器，给用户以指示当前的状态是“IN”，然后关闭OUT驱动器，打开IN驱动器，控制绞盘正转；

c2.如果是“OUT”，则马达控制装置发送命令给遥控器，控制遥控器OUT灯点亮，关闭IN指示器，给用户以指示当前的状态是“OUT”，然后关闭IN驱动器，打开OUT驱动器，控制绞盘反转；以及

c3.如果既不是“IN”也不是“OUT”，则判断是否是地址修改键，如果是关闭驱动器，进入马达控制装置地址修改功能；如果不是则直接关闭驱动器及指示器，然后回到步骤b。

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