一种实用微型直流电机驱动器的制作方法

1.本实用新型属于直流电机驱动领域，具体涉及一种基于c8051f单片机、mos管与继电器控制的4路微型直流电机驱动器。


背景技术：

2.随着人工智能技术的快速发展，各高校、科研机构对轮式自主移动机器人的研究也愈加重视。在轮式自主移动机器人控制系统中，对直流电机的控制应用较为广泛。
3.目前比较常见的直流电机驱动电路是采用4个功率元件组成h桥驱动，h桥驱动电路需要的开关器件数目多，成本和重量相对会增加，需要对死区时间进行控制，否则容易烧坏管子。另外，驱动器也可以使用一些专用的集成驱动ic，但是在大功率的直流电机驱动上仍存在不足。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种基于c8051f310单片机、mos管与继电器控制的微型直流电机驱动器，驱动器采用双刀双掷继电器来控制电流的方向从而改变电机的转向，使用一个特大电流场效应管来实现pwm调速。通过充分使用继电器电流大、工作稳定的特点，可用大大简化驱动电路，可实现大电流驱动。以解决上述技术问题。
5.本实用新型的目的在于提供一种实用微型直流电机驱动器，为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
6.一种实用微型直流电机驱动器，述驱动器上设置有电源电路，所述电源电路的电源通过rs422总线从上位机处获取，获取的电源经过电压转换芯片降压后为驱动器提供工作电压，所述驱动器包括单片机和分别与单片机电连接的扩展电路，包括：仿真复位电路、rs422串行接口电路、电机驱动电路，电机限位传感器接口电路、驱动器工作指示灯电路。所述的电源电路通过rs422串行总线从上位机处获取电源，所述的扩展电路通过电源电路获取电源。
7.进一步地，所述电源电路包括电平转换芯片、电机电源输入接口、地线共地短接接口，所述电平转换芯片型号为ht7533，所述电平转换芯片的第一引脚接地，所述电压转换芯片的第二引脚与rs422总线接口上的5v电源电连接，第二引脚同时电连接并联的电容c1、c2、c5后接地，所述电平转换芯片的第三引脚为提供电源的输出端，为单片机提供工作电压，第三引脚同时点连接并联的电容c4、c6后接地，电源电路设有电源工作指示灯，所述电源工作指示灯与电平转换芯片的第三引脚电连接后接地，所述电机电源输入接口p1，p1第一引脚电连接一保险管f1与电容c3串联后接地，p1第二引脚接地，所述共地短接接口使用阻值为0欧的电阻r5、r6连接。
8.进一步地，所述单片机设有外部时钟晶振电路，时钟晶振电路与单片机的第三十一引脚和第三十二引脚电连接，单片机型号为c8051f310。
9.进一步地，所述rs422串行接口电路包括max491电平转换芯片和14针的rs422串行总线接口，所述max491电平转换芯片的第一引脚、第八引脚和第十三引脚浮空，第二引脚与单片机的第二十九引脚电连接，第三引脚、第六引脚、第七引脚均接地，第四引脚与单片机的第七引脚电连接，第五引脚与单片机的第三十引脚电连接，第十四引脚与电容c22电连接后接地，第十四引脚同时与rs422总线接口上的5v电源电连接。
10.进一步地，所述仿真复位电路包括仿真电路与复位电路，所述复位电路电阻r35的一连接头与单片机的第五引脚电连接，另一连接头与并联的电容c15、c16、复位开关s1电连接后接地，复位电路电阻r33与电源电路的输出端电连接，所述仿真电路包括十针的jtag接口，所述jtag的第一引脚与电源电路的输出端电连接，第二引脚、第三引脚、第九引脚均接地，第四引脚电连接电阻r37后与第六引脚电连接，第五引脚接到复位电路电阻r35与电容c16之间，第七引脚与单片机的第五引脚电连接。
11.进一步地，所述直流电机驱动电路包括第一电机驱动电路，所述第一电机驱动电路包括单片机的第二十六引脚与串联的电阻r13、r23电连接后接地，电阻r13与r23之间电连接电阻r1，r1另一端电连接三极管q2的第一引脚，q2的第二引脚接地，q2的第三引脚电连接电阻r3后连接到rs422总线接口上的12v电源，同时q2的第三引脚电连接mos管q3的第一引脚，q3的第三引脚接地，q3的第二引脚反接一个二极管d2连接到电机电源输入接口上的24v电源，同时q3的第二引脚与继电器k1的第一引脚和第五引脚电连接，k1的第二引脚和第四引脚与电机电源输入接口上的24v电源电连接，k1的第八引脚连接到rs422总线接口上的12v电源，同时与二极管d4的第二引脚电连接，k1的第七引脚与d4的第一引脚、三极管q6的第三引脚电连接，q6的第二引脚接地，q6的第一引脚与电阻r8连接后与单片机的第二十二引脚电连接，k1的第三引脚同时与电机接口m1的第一引脚、发光二极管d6的第一引脚电连接，k1的第六引脚与m1的第二引脚电连接后通过一电阻r11连接至d6的第二引脚；
12.进一步地，所述直流电机驱动电路还包括第二电机驱动电路，所述第二电机驱动电路包括单片机的第二十五引脚与串联的电阻r14、r24电连接后接地，电阻r14与r24之间电连接电阻r2，r2另一端电连接三极管q1的第一引脚，q1的第二引脚接地，q1的第三引脚电连接电阻r4后连接到rs422总线接口上的12v电源，同时q1的第三引脚电连接mos管q4的第一引脚，q4的第三引脚接地，q4的第二引脚反接一个二极管d1连接到电机电源输入接口上的24v电源，同时q4的第二引脚与继电器k2的第一引脚和第五引脚电连接，k2的第二引脚和第四引脚与电机电源输入接口上的24v电源电连接，k2的第八引脚连接到rs422总线接口上的12v电源，同时与二极管d3的第二引脚电连接，k2的第七引脚与d3的第一引脚、三极管q5的第三引脚电连接，q5的第二引脚接地，q5的第一引脚与电阻r7连接后与单片机的第二十一引脚电连接，k2的第三引脚同时与电机接口m2的第一引脚、发光二极管d7的第一引脚电连接，k2的第六引脚与m2的第二引脚电连接后通过一电阻r12连接至d7的第二引脚；
13.进一步地，所述直流电机驱动电路还包括第三电机驱动电路，所述第三电机驱动电路包括单片机的第二十四引脚与串联的电阻r25、r28电连接后接地，电阻r25与r28之间电连接电阻r29，r29另一端电连接三极管q7的第一引脚，q7的第二引脚接地，q7的第三引脚电连接电阻r31后连接到rs422总线接口上的12v电源，同时q7的第三引脚电连接mos管q9的第一引脚，q9的第三引脚接地，q9的第二引脚反接一个二极管d9连接到电机电源输入接口上的24v电源，同时q9的第二引脚与继电器k3的第一引脚和第五引脚电连接，k3的第二引脚
和第四引脚与电机电源输入接口上的24v电源电连接，k3的第八引脚连接到rs422总线接口上的12v电源，同时与二极管d11的第二引脚电连接，k3的第七引脚与d11的第一引脚、三极管q12的第三引脚电连接，q12的第二引脚接地，q12的第一引脚与电阻r36连接后与单片机的第二十引脚电连接，k3的第三引脚同时与电机接口m3的第一引脚、发光二极管d12的第一引脚电连接，k3的第六引脚与m3的第二引脚电连接后通过一电阻r38连接至d12的第二引脚；
14.进一步地，所述直流电机驱动电路还包括第四电机驱动电路，所述第四电机驱动电路包括单片机的第二十三引脚与串联的电阻r26、r27电连接后接地，电阻r26与r27之间电连接电阻r30，r30另一端电连接三极管q8的第一引脚，q8的第二引脚接地，q8的第三引脚电连接电阻r32后连接到rs422总线接口上的12v电源，同时q8的第三引脚电连接mos管q10的第一引脚，q10的第三引脚接地，q10的第二引脚反接一个二极管d8连接到电机电源输入接口上的24v电源，同时q10的第二引脚与继电器k4的第一引脚和第五引脚电连接，k4的第二引脚和第四引脚与电机电源输入接口上的24v电源电连接，k4的第八引脚连接到rs422总线接口上的12v电源，同时与二极管d10的第二引脚电连接，k4的第七引脚与d10的第一引脚、三极管q11的第三引脚电连接，q11的第二引脚接地，q11的第一引脚与电阻r34连接后与单片机的第十九引脚电连接，k4的第三引脚同时与电机接口m4的第一引脚、发光二极管d13的第一引脚电连接，k4的第六引脚与m4的第二引脚电连接后通过一电阻r39连接至d13的第二引脚。
15.进一步地，所述直流电机驱动能同时驱动电机的数量为4组，所述mos管q3、q4、q9、q10的型号均为irf3205，所述继电器k1、k2、k3、k4型号均为relay-dpdt tq2-12v，所述发光二极管d6、d7、d12、d13均为电机正向转动指示灯，电机正向转动时灯亮。
16.进一步地，所述扩展电路包括电机限位传感器接口电路，所述电机限位传感器接口电路包含8个传感器接入接口，各接口的第一引脚依次与单片机的第十八引脚、第十七引脚、第十六引脚、第十五引脚、第十四引脚、第十三引脚、第十二引脚、第十一引脚电连接，各接口的第一引脚同时电连接电阻后与rs422总线接口上的5v电源电连接，各接口的第二引脚直接与rs422总线接口上的5v电源电连接，各接口的第三引脚接地。
17.进一步地，所述扩展电路包括驱动器工作指示灯电路，所述指示灯是指led灯d5，指示灯一端电连接电阻r9后与电源电路输出端连接，另一端与单片机的第八引脚电连接。
18.进一步地，所述直流电机驱动器通过rs422总线，结合通信协议从上位机处获取命令，从而远程控制电机的转速与转向。
19.采用上述技术方案后，本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果。
20.本微型直流电机驱动器的实用新型，采用c8051f310单片机作为驱动器主控芯片，max491芯片作为电平转换芯片驱动rs422总线，以及使用双刀双掷继电器配合特大电流场效应管实现电机的转向与调速，既能有效降低直流电机驱动器开发难度，也能节约开发时间与开发成本。驱动器通过充分使用继电器电流大、工作稳定的特点，可用大大简化驱动电路，实现大电流驱动。驱动器结合rs422串行总线接口及自定义的通信协议，能使驱动器作为一个独立的模块集成到轮式自主移动机器人控制系统中使用。每一个驱动器模块设计可以同时驱动4路微型直流电机，解决单一驱动器可控制电机数量少的问题。驱动器通过rs422串行总线接收上位机命令，可实现对微型直流电机转速和转向的远程控制。驱动器结
构简单，开发维护成本低，具有很好的扩展性和使用价值。
21.本实用新型的微型直流电机驱动器为每路接入的电机设计有正向转动指示灯，更加有利于用户判断电机的工作状态。
附图说明
22.附图作为本技术的一部分，用来提供对本实用新型的进一步的理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但不构成对本实用新型的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：
23.图1是本实用新型驱动器系统结构示意图；
24.图2是本实用新型驱动器单片机电路示意图；
25.图3是本实用新型驱动器电源电路示意图；
26.图4是本实用新型驱动器rs422串行总线接口电路示意图；
27.图5是本实用新型单片机的jtag与复位电路示意图；
28.图6是本实用新型驱动器第一电机驱动电路示意图；
29.图7是本实用新型驱动器第二电机驱动电路示意图；
30.图8是本实用新型驱动器第三电机驱动电路示意图；
31.图9是本实用新型驱动器第四电机驱动电路示意图；
32.图10是本实用新型驱动器电机限位传感器接口电路示意图。
33.图11是本实用新型程序工作流程示意图。
34.需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本实用新型的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本实用新型的概念。
实施方式
35.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
36.本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若出现术语“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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，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的具体含义。
37.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“连接”等指示部件之间的连接关系，该术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以是两个部件内部的连通或两个部件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
实施例
38.本实施例是对微型直流电机的驱动控制器，如图1至图11所示，本实用新型所述的一种实用微型直流电机驱动器包括单片机电路、rs422串行总线电平转换电路、电源电路、jtag与复位电路、电机驱动电路、电机限位传感器接口电路、驱动器工作指示灯电路。电源电路的电源通过rs422总线从上位机处获取，获取的电源经过电压转换后作为驱动器作为工作电源使用。驱动器上不同扩展电路的元器件工作电压不同，所需的电压源也不同，rs422串行总线电平转换电路、电机驱动电路、电机限位传感器接口电路均从上位机处获取电源，单片机电路、jtag与复位电路、驱动器工作指示灯电路均通过电源电路获取电源。
39.本实施例中，单片机的型号优选为c8051f310，具体选择32脚的lqfp封装，其具有高速的、流水线结构的8051兼容的cip-51内核，时钟频率为25mhz时速度可达25mips，芯片工作供电电压为2.7v-3.6v。c8051f310具有16kb的可在系统编程的flash存储器，1280字节的片内ram，1个增强型uart和1个增强型的spi串行接口，1个硬件实现的smbus/iic接口，4个通用的16位定时器，具有5个捕捉/比较模块和看门狗定时器功能的16位可编程计数器/定时器阵列（pca），真正的10位200ksps的25通道单端/差分adc，带模拟多路器，扩展的中断系统提供14个中断源，具有29个数字i/o端口（3个8位口和一个5位口）均耐受5v电压，每个端口引脚均可被配置为数字i/o或模拟输入，配置为数字i/o的引脚还可以配置为推挽或漏极开路输出。通过配置数字交叉开关控制寄存器可以将内部数字系统资源映射到端口i/o引脚，方便用户根据特定应用选择通用i/o端口和所需数字资源进行组合，能很好满足系统需求。单片机电路设有外部时钟晶振，晶振频率选用11 .0592mhz，电容c8为30pf，电容c9为30pf，电阻r10为10mω，晶振的两端分别与单片机的第三十一引脚和第三十二引脚电连接。
40.驱动器设置有rs422串行总线接口，可以与上位机主控制器进行通信，方便用户灵活组网、实现多路电机集中控制，同时使用差分的rs422总线进行有线通信，能更好的提高系统的抗干扰性，能有效保证通信的稳定性与安全性。rs422串行接口电路包括max491电平转换芯片和14针的rs422串行总线接口，max491电平转换芯片的第一引脚、第八引脚和第十三引脚浮空，第二引脚与单片机的第二十九引脚电连接，第三引脚、第六引脚、第七引脚均接地，第四引脚与单片机的第七引脚电连接，第五引脚与单片机的第三十引脚电连接，第十四引脚与电容c22电连接后接地，第十四引脚同时与rs422总线接口上的5v电源电连接。14针rs422串行接口的第三引脚、第五引脚、第六引脚均接到上位机5v电源，第四引脚接到上位机12v电源，同时电连接一个电容c17后接地，第十一引脚与max491电平转换芯片的第十二引脚电连接，第十二引脚与max491电平转换芯片的第十一引脚电连接，第十三引脚与max491电平转换芯片的第九引脚电连接，第十四引脚与max491电平转换芯片的第十引脚电连接。
41.电源电路包括电平转换芯片、电机电源输入接口、地线共地短接接口，电平转换芯片型号为ht7533，电平转换芯片的第一引脚接地，电压转换芯片的第二引脚与rs422总线接口上的5v电源电连接，第二引脚同时电连接并联的电容c1、c2、c5后接地，电平转换芯片的第三引脚为提供电源的输出端，为单片机提供工作电压，第三引脚同时点连接并联的电容c4、c6后接地，电源电路设有电源工作指示灯，电源工作指示灯与电平转换芯片的第三引脚电连接后接地，电机电源输入接口p1，p1第一引脚电连接一保险管f1与电容c3串联后接地，p1第二引脚接地，所述共地短接接口使用阻值为0欧的电阻r5、r6进行短接。电机电源输入
接口需要连接一个24v电源，也可以直接连接锂离子电池。
42.仿真复位电路包括仿真电路与复位电路，用于驱动器单片机上电自动复位、程序下载和在线仿真调试，也可通过复位按键使驱动器手动进行复位，一个至少持续10us的低电平即可使系统进行复位，s1为单片机的复位按键。复位电路电阻r35的一连接头与单片机的第五引脚电连接，另一连接头与并联的电容c15、c16、复位按键s1电连接后接地，复位电路电阻r33与电源电路的输出端电连接，仿真电路包括十针的jtag接口，jtag的第一引脚与电源电路的输出端电连接，第二引脚、第三引脚、第九引脚均接地，第四引脚电连接电阻r37后与第六引脚电连接，第五引脚接到复位电路电阻r35与电容c16之间，第七引脚与单片机的第五引脚电连接。
43.请参照图2和图6，直流电机驱动电路包括第一电机驱动电路，第一电机驱动电路包括单片机的第二十六引脚与串联的电阻r13、r23电连接后接地，电阻r13与r23之间电连接电阻r1，r1另一端电连接三极管q2的第一引脚，q2的第二引脚接地，q2的第三引脚电连接电阻r3后连接到rs422总线接口上的12v电源，同时q2的第三引脚电连接mos管q3的第一引脚，q3的第三引脚接地，q3的第二引脚反接一个二极管d2连接到电机电源输入接口上的24v电源，同时q3的第二引脚与继电器k1的第一引脚和第五引脚电连接，k1的第二引脚和第四引脚与电机电源输入接口上的24v电源电连接，k1的第八引脚连接到rs422总线接口上的12v电源，同时与二极管d4的第二引脚电连接，k1的第七引脚与d4的第一引脚、三极管q6的第三引脚电连接，q6的第二引脚接地，q6的第一引脚与电阻r8连接后与单片机的第二十二引脚电连接，k1的第三引脚同时与电机接口m1的第一引脚、发光二极管d6的第一引脚电连接，k1的第六引脚与m1的第二引脚电连接后通过一电阻r11连接至d6的第二引脚。
44.请参照图2和图7，直流电机驱动电路还包括第二电机驱动电路，第二电机驱动电路包括单片机的第二十五引脚与串联的电阻r14、r24电连接后接地，电阻r14与r24之间电连接电阻r2，r2另一端电连接三极管q1的第一引脚，q1的第二引脚接地，q1的第三引脚电连接电阻r4后连接到rs422总线接口上的12v电源，同时q1的第三引脚电连接mos管q4的第一引脚，q4的第三引脚接地，q4的第二引脚反接一个二极管d1连接到电机电源输入接口上的24v电源，同时q4的第二引脚与继电器k2的第一引脚和第五引脚电连接，k2的第二引脚和第四引脚与电机电源输入接口上的24v电源电连接，k2的第八引脚连接到rs422总线接口上的12v电源，同时与二极管d3的第二引脚电连接，k2的第七引脚与d3的第一引脚、三极管q5的第三引脚电连接，q5的第二引脚接地，q5的第一引脚与电阻r7连接后与单片机的第二十一引脚电连接，k2的第三引脚同时与电机接口m2的第一引脚、发光二极管d7的第一引脚电连接，k2的第六引脚与m2的第二引脚电连接后通过一电阻r12连接至d7的第二引脚。
45.请参照图2和图8，直流电机驱动电路还包括第三电机驱动电路，第三电机驱动电路包括单片机的第二十四引脚与串联的电阻r25、r28电连接后接地，电阻r25与r28之间电连接电阻r29，r29另一端电连接三极管q7的第一引脚，q7的第二引脚接地，q7的第三引脚电连接电阻r31后连接到rs422总线接口上的12v电源，同时q7的第三引脚电连接mos管q9的第一引脚，q9的第三引脚接地，q9的第二引脚反接一个二极管d9连接到电机电源输入接口上的24v电源，同时q9的第二引脚与继电器k3的第一引脚和第五引脚电连接，k3的第二引脚和第四引脚与电机电源输入接口上的24v电源电连接，k3的第八引脚连接到rs422总线接口上的12v电源，同时与二极管d11的第二引脚电连接，k3的第七引脚与d11的第一引脚、三极管
q12的第三引脚电连接，q12的第二引脚接地，q12的第一引脚与电阻r36连接后与单片机的第二十引脚电连接，k3的第三引脚同时与电机接口m3的第一引脚、发光二极管d12的第一引脚电连接，k3的第六引脚与m3的第二引脚电连接后通过一电阻r38连接至d12的第二引脚。
46.请参照图2和图9，直流电机驱动电路还包括第四电机驱动电路，第四电机驱动电路包括单片机的第二十三引脚与串联的电阻r26、r27电连接后接地，电阻r26与r27之间电连接电阻r30，r30另一端电连接三极管q8的第一引脚，q8的第二引脚接地，q8的第三引脚电连接电阻r32后连接到rs422总线接口上的12v电源，同时q8的第三引脚电连接mos管q10的第一引脚，q10的第三引脚接地，q10的第二引脚反接一个二极管d8连接到电机电源输入接口上的24v电源，同时q10的第二引脚与继电器k4的第一引脚和第五引脚电连接，k4的第二引脚和第四引脚与电机电源输入接口上的24v电源电连接，k4的第八引脚连接到rs422总线接口上的12v电源，同时与二极管d10的第二引脚电连接，k4的第七引脚与d10的第一引脚、三极管q11的第三引脚电连接，q11的第二引脚接地，q11的第一引脚与电阻r34连接后与单片机的第十九引脚电连接，k4的第三引脚同时与电机接口m4的第一引脚、发光二极管d13的第一引脚电连接，k4的第六引脚与m4的第二引脚电连接后通过一电阻r39连接至d13的第二引脚。
47.本实施例中，驱动器设置有电机限位传感器接口电路，电机限位传感器接口电路包含8个传感器接入接口（如图10，p2至p9所示），各接口的第一引脚依次与单片机的第十八引脚、第十七引脚、第十六引脚、第十五引脚、第十四引脚、第十三引脚、第十二引脚、第十一引脚电连接，各接口的第一引脚同时电连接上拉电阻后与rs422总线接口上的5v电源电连接，各接口的第二引脚直接与rs422总线接口上的5v电源电连接，各接口的第三引脚接地，上拉电阻（如图10，r15至r22所示）的阻值均为10kω。
48.驱动器工作指示灯电路，指示灯是指led（图2，d2所示），指示灯一端电连接电阻r9后与电源电路输出端连接，另一端与单片机的第八引脚电连接，由单片机程序控制第八引脚的高低电平，从而控制工作指示灯的亮灭。
49.以下对直流电机驱动电路的作用功能进行简要阐述：
50.以其中第一电机驱动电路进行介绍，请参照图2和图6。当m1_pwm、m1_dir为低电平信号时，三极管q2、q6处于截止状态，mos管q3的栅极通过一个上拉电阻连接到12v电平，mos管q3导通，电流通过继电器的第2引脚与第3引脚，经电机m1的r1_a接口到r1_b接口，后经继电器的第6引脚与第5引脚到达mos管q3的漏极接地形成通路，此时电机正向转动；反之，当m1_pwm为高电平信号时，三极管q2处于导通状态，mos管q3的栅极通过三极管q2接地为低电平，mos管q3截止电流不能形成通路，此时电机停止转动。当m1_dir为高电平时，三极管q6导通，继电器线圈通电吸合，电流通过继电器的第4引脚与第6引脚，经电机的r1_b到r1_a接口，后经继电器的第3引脚与第1引脚到达mos管q3的漏极接地形成通路，此时电机反向转动。即通过m1_pwm的pwm信号可用对电机进行调速，通过m1_dir的信号可用改变电机的转向。二极管d2作为电机m1线圈的续流二极管，二极管d4作为继电器线圈的续流二极管对电流进行保护，发光二极管d6为电机正向转动时的指示灯，r11为其限流电阻。图2中的电阻r13、r23与图6中的电阻r1组成本路电机驱动电路的分压限流电阻保护单片机的引脚。其余三路电机驱动电路的作用功能与第一路原理相同。
51.为更好的保证直流电机驱动器与上位机通信的稳定性与扩展性，确保整个控制系
统无差错顺畅运行，驱动器与上位机主控制器之间设有通信协议，如表1所示。
52.表1接收和发送的帧格式
[0053][0054]
如图11所示，图11为本实用新型的程序工作流程示意图，其中涉及到的串口通信协议已经在表1中进行了定义。驱动器单片机通过rs422串行通信协议对所连的微型直流电机进行驱动控制，本实施例驱动器的具体控制步骤如下：
[0055]
步骤s1，驱动器硬件系统上电后，首先进行系统初始化工作，系统初始化包括：可编程计数器/定时器pca初始化、定时器初始化、串口初始化、i/o端口初始化、时钟配置初始化、系统中断优先级配置初始化。初始化工作结束后，进行下一步；
[0056]
步骤s2，上位机可以发送相应的数据帧。程序进入主函数，循环检测串口接收中断函数中接收到完整数据帧的标志位，若检测到标志位置位，即，有完整的协议帧到达，进行下一步，否则回到步骤s2进行循环；
[0057]
步骤s3，解析控制命令，判断命令是否是0x10-0x12，若是继续判断1号电机的限位开关是否闭合，若闭合，则赋值单片机寄存器pca0cph0=0，使电机停止转动。若没闭合，提取数据，将数据赋pca0cph0寄存器的值，控制转速，（0x10:电机停止转动；0x11:电机正向转动；0x12:电机反向转动），然后返回到步骤s2进行循环，若不是则进行下一步；
[0058]
步骤s4，解析控制命令，判断命令是否是0x20-0x22，若是继续判断2号电机的限位开关是否闭合，若闭合，则赋值单片机寄存器pca0cph1=0，使电机停止转动。若没闭合，提取数据，将数据赋pca0cph1寄存器的值，控制转速，（0x20:电机停止转动；0x21:电机正向转动；0x22:电机反向转动），然后返回到步骤s2进行循环，若不是则进行下一步；
[0059]
步骤s5，解析控制命令，判断命令是否是0x30-0x32，若是继续判断3号电机的限位开关是否闭合，若闭合，则赋值单片机寄存器pca0cph2=0，使电机停止转动。若没闭合，提取数据，将数据赋pca0cph2寄存器的值，控制转速，（0x30:电机停止转动；0x31:电机正向转动；0x32:电机反向转动），然后返回到步骤s2进行循环，若不是则进行下一步；
[0060]
步骤s6，解析控制命令，判断命令是否是0x40-0x42，若是继续判断4号电机的限位开关是否闭合，若闭合，则赋值单片机寄存器pca0cph3=0，使电机停止转动。若没闭合，提取数据，将数据赋pca0cph3寄存器的值，控制转速，（0x40:电机停止转动；0x41:电机正向转
动；0x42:电机反向转动），然后返回到步骤s2进行循环，若不是则进行下一步；
[0061]
步骤s7，解析控制命令，判断命令是否是0x44，若是，则赋值pca0cph0 = 0;pca0cph1 = 0; pca0cph2 = 0; pca0cph3 = 0;全部电机停止转动，若不是则返回到步骤s2进行循环。
[0062]
从整个流程图说明，上机位通过对应的数据命令控制对微型直流电机转动。
[0063]
需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员应该明白，还可以对本实用新型做各种修改、等同替换、变化等等。但是，这些变换只要未背离本实用新型的精神，都应在本实用新型的保护范围之内。另外，本技术说明书和权利要求书所使用的一些术语并不是限制，仅仅是为了便于描述。

技术特征：
1.一种实用微型直流电机驱动器，其特征在于，驱动器上设置有电源电路，所述电源电路的电源通过rs422总线从上位机处获取，获取的电源经过电压转换芯片降压后为驱动器提供工作电压，所述驱动器包括单片机和分别与单片机电连接的扩展电路，包括：仿真复位电路、rs422串行接口电路、直流电机驱动电路，电机限位传感器接口电路、驱动器工作指示灯电路；所述的电源电路通过rs422串行总线从上位机处获取电源，所述的扩展电路通过电源电路获取电源。2.根据权利要求1所述的一种实用微型直流电机驱动器，其特征在于：所述电源电路包括电平转换芯片、电机电源输入接口、地线共地短接接口，所述电平转换芯片型号为ht7533，电平转换芯片的第一引脚接地，电压转换芯片的第二引脚与rs422总线接口上的5v电源电连接，第二引脚同时电连接并联的电容c1、c2、c5后接地，电平转换芯片的第三引脚为提供电源的输出端，为单片机提供工作电压，第三引脚同时点连接并联的电容c4、c6后接地，电源电路设有电源工作指示灯，所述电源工作指示灯与电平转换芯片的第三引脚电连接后接地，所述电机电源输入接口p1，p1第一引脚电连接一保险管f1与电容c3串联后接地，p1第二引脚接地，所述共地短接接口使用阻值为0欧的电阻r5、r6连接。3.根据权利要求1所述的一种实用微型直流电机驱动器，其特征在于：所述单片机设有外部时钟晶振电路，时钟晶振电路与单片机的第三十一引脚和第三十二引脚电连接，单片机型号为c8051f310。4.根据权利要求1所述的一种实用微型直流电机驱动器，其特征在于：所述rs422串行接口电路包括max491电平转换芯片和14针的rs422串行总线接口，max491电平转换芯片的第一引脚、第八引脚和第十三引脚浮空，第二引脚与单片机的第二十九引脚电连接，第三引脚、第六引脚、第七引脚均接地，第四引脚与单片机的第七引脚电连接，第五引脚与单片机的第三十引脚电连接，第十四引脚与电容c22电连接后接地，第十四引脚同时与rs422总线接口上的5v电源电连接。5.根据权利要求1所述的一种实用微型直流电机驱动器，其特征在于：所述仿真复位电路包括仿真电路与复位电路，复位电路电阻r35的一连接头与单片机的第五引脚电连接，另一连接头与并联的电容c15、c16、复位开关s1电连接后接地，复位电路电阻r33与电源电路的输出端电连接，仿真电路包括十针的jtag接口，jtag的第一引脚与电源电路的输出端电连接，第二引脚、第三引脚、第九引脚均接地，第四引脚电连接电阻r37后与第六引脚电连接，第五引脚接到复位电路电阻r35与电容c16之间，第七引脚与单片机的第五引脚电连接。6.根据权利要求1所述的一种实用微型直流电机驱动器，其特征在于：所述直流电机驱动电路包括第一电机驱动电路，所述第一电机驱动电路包括单片机的第二十六引脚与串联的电阻r13、r23电连接后接地，电阻r13与r23之间电连接电阻r1，r1另一端电连接三极管q2的第一引脚，q2的第二引脚接地，q2的第三引脚电连接电阻r3后连接到rs422总线接口上的12v电源，同时q2的第三引脚电连接mos管q3的第一引脚，q3的第三引脚接地，q3的第二引脚反接一个二极管d2连接到电机电源输入接口上的24v电源，同时q3的第二引脚与继电器k1的第一引脚和第五引脚电连接，k1的第二引脚和第四引脚与电机电源输入接口上的24v电源电连接，k1的第八引脚连接到rs422总线接口上的12v电源，同时与二极管d4的第二引脚电连接，k1的第七引脚与d4的第一引脚、三极管q6的第三引脚电连接，q6的第二引脚接地，q6的第一引脚与电阻r8连接后与单片机的第二十二引脚电连接，k1的第三引脚同时与电机
接口m1的第一引脚、发光二极管d6的第一引脚电连接，k1的第六引脚与m1的第二引脚电连接后通过一电阻r11连接至d6的第二引脚；所述直流电机驱动电路还包括第二电机驱动电路，第二电机驱动电路包括单片机的第二十五引脚与串联的电阻r14、r24电连接后接地，电阻r14与r24之间电连接电阻r2，r2另一端电连接三极管q1的第一引脚，q1的第二引脚接地，q1的第三引脚电连接电阻r4后连接到rs422总线接口上的12v电源，同时q1的第三引脚电连接mos管q4的第一引脚，q4的第三引脚接地，q4的第二引脚反接一个二极管d1连接到电机电源输入接口上的24v电源，同时q4的第二引脚与继电器k2的第一引脚和第五引脚电连接，k2的第二引脚和第四引脚与电机电源输入接口上的24v电源电连接，k2的第八引脚连接到rs422总线接口上的12v电源，同时与二极管d3的第二引脚电连接，k2的第七引脚与d3的第一引脚、三极管q5的第三引脚电连接，q5的第二引脚接地，q5的第一引脚与电阻r7连接后与单片机的第二十一引脚电连接，k2的第三引脚同时与电机接口m2的第一引脚、发光二极管d7的第一引脚电连接，k2的第六引脚与m2的第二引脚电连接后通过一电阻r12连接至d7的第二引脚；所述直流电机驱动电路还包括第三电机驱动电路，第三电机驱动电路包括单片机的第二十四引脚与串联的电阻r25、r28电连接后接地，电阻r25与r28之间电连接电阻r29，r29另一端电连接三极管q7的第一引脚，q7的第二引脚接地，q7的第三引脚电连接电阻r31后连接到rs422总线接口上的12v电源，同时q7的第三引脚电连接mos管q9的第一引脚，q9的第三引脚接地，q9的第二引脚反接一个二极管d9连接到电机电源输入接口上的24v电源，同时q9的第二引脚与继电器k3的第一引脚和第五引脚电连接，k3的第二引脚和第四引脚与电机电源输入接口上的24v电源电连接，k3的第八引脚连接到rs422总线接口上的12v电源，同时与二极管d11的第二引脚电连接，k3的第七引脚与d11的第一引脚、三极管q12的第三引脚电连接，q12的第二引脚接地，q12的第一引脚与电阻r36连接后与单片机的第二十引脚电连接，k3的第三引脚同时与电机接口m3的第一引脚、发光二极管d12的第一引脚电连接，k3的第六引脚与m3的第二引脚电连接后通过一电阻r38连接至d12的第二引脚；所述直流电机驱动电路还包括第四电机驱动电路，第四电机驱动电路包括单片机的第二十三引脚与串联的电阻r26、r27电连接后接地，电阻r26与r27之间电连接电阻r30，r30另一端电连接三极管q8的第一引脚，q8的第二引脚接地，q8的第三引脚电连接电阻r32后连接到rs422总线接口上的12v电源，同时q8的第三引脚电连接mos管q10的第一引脚，q10的第三引脚接地，q10的第二引脚反接一个二极管d8连接到电机电源输入接口上的24v电源，同时q10的第二引脚与继电器k4的第一引脚和第五引脚电连接，k4的第二引脚和第四引脚与电机电源输入接口上的24v电源电连接，k4的第八引脚连接到rs422总线接口上的12v电源，同时与二极管d10的第二引脚电连接，k4的第七引脚与d10的第一引脚、三极管q11的第三引脚电连接，q11的第二引脚接地，q11的第一引脚与电阻r34连接后与单片机的第十九引脚电连接，k4的第三引脚同时与电机接口m4的第一引脚、发光二极管d13的第一引脚电连接，k4的第六引脚与m4的第二引脚电连接后通过一电阻r39连接至d13的第二引脚。7.如权利要求6所述的一种实用微型直流电机驱动器，其特征在于：所述直流电机驱动能同时驱动电机的数量为4组，所述mos管q3、q4、q9、q10的型号均为irf3205，所述继电器k1、k2、k3、k4型号均为relay-dpdt tq2-12v，所述发光二极管d6、d7、d12、d13均为电机正向转动指示灯，电机正向转动时灯亮。
8.根据权利要求1所述的一种实用微型直流电机驱动器，其特征在于：所述扩展电路包括电机限位传感器接口电路，所述电机限位传感器接口电路包含8个传感器接入接口，各接口的第一引脚依次与单片机的第十八引脚、第十七引脚、第十六引脚、第十五引脚、第十四引脚、第十三引脚、第十二引脚、第十一引脚电连接，各接口的第一引脚同时电连接电阻后与rs422总线接口上的5v电源电连接，各接口的第二引脚直接与rs422总线接口上的5v电源电连接，各接口的第三引脚接地。9.根据权利要求1所述的一种实用微型直流电机驱动器，其特征在于：所述扩展电路包括驱动器工作指示灯电路，所述指示灯是指led灯d5，指示灯一端电连接电阻r9后与电源电路输出端连接，另一端与单片机的第八引脚电连接。10.根据权利要求1所述的一种实用微型直流电机驱动器，其特征在于：所述直流电机驱动器通过rs422总线，结合通信协议从上位机处获取命令，从而远程控制电机的转速与转向。

技术总结
本实用新型公开了一种基于C8051F单片机、MOS管与继电器控制的4路微型直流电机驱动器，驱动器设置有4路直流电机接口，驱动器通过所述的直流电机接口与电机电连接，驱动器通过电源接口与锂电池电连接作为电机的动力电源使用，驱动器包括C8051F301单片机、RS422串行总线电平转换电路、电源电路、JTAG与复位电路、电机驱动电路、电机限位传感器接口电路、驱动器工作指示灯电路。结合自定义通信协议，驱动器通过RS422串行总线接收上位机命令，实现对微型直流电机转速和转向的远程控制。驱动器结构简单，开发维护成本低，能够同时驱动4路微型直流电机，具有很好的扩展性和使用价值。具有很好的扩展性和使用价值。具有很好的扩展性和使用价值。


技术研发人员：钟志贤 邱鹏瑞 何猛 赵丽琦 滕瑜
受保护的技术使用者：昆明冶金高等专科学校
技术研发日：2023.02.23
技术公布日：2023/8/5