一種小型直流電動機電流檢測系統的制作方法

本發明屬于電機控制技術領域，具體涉及一種小型直流電動機電流檢測系統。

背景技術：

電流閉環控制作為電機控制領域中一大分支，一直以來都備受關注。在電流閉環控制過程中，對繞組電流的直接或間接控制決定了電機能否平穩運行，而要控制電機繞組電流，控制系統必須能夠實時獲取精確的電流值。

當前直流電動機控制系統多為控制部分與驅動部分集成式設計結構，對于具有電流檢測功能的控制系統，其電流檢測電路需配合霍爾傳感器或電流互感器等外部傳感器使用，這不僅增加了結構復雜度和系統空間，也增加了設計成本。

對于不具備電流檢測功能的集成式控制系統，因直流電動機多采用h橋驅動，通過改變電動機的電流方向使直流電動機轉向發生變化，傳統的電流檢測方法因成本、結構等原因，不能完全滿足電流檢測（尤其是小型直流電動機電流檢測）要求，因此亟需一種結構簡單、安全可靠的電流檢測裝置。此為現有技術的不足之處。

技術實現要素：

本發明的目的在于，針對上述現有技術存在的缺陷，提供設計一種小型直流電動機電流檢測系統，以解決上述技術問題。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是：

一種小型直流電動機電流檢測系統，包括控制單元，所述控制單元連接有dc/dc變換單元、電流檢測單元、保護控制單元和數據通信單元，dc/dc變換單元連接有整流單元，電流檢測單元和保護控制單元連接，整流單元和電流檢測單元均連接到h橋驅動電路輸出端。

進一步的，電流檢測單元包括電流幅值檢測電路部分和電流方向檢測電路部分。

進一步的，電流幅值檢測電路部分包括第三電阻和繼電器，第三電阻的第一端連接到h橋驅動電路輸出端m1，第二端連接有電容的一端，電容的另一端連接繼電器的第三管腳，繼電器的第一管腳通過第四電阻連接到h橋驅動電路輸出端m2；

第三電阻的第二端連接有第四二極管的陰極，第四二極管的陽極連接有第五二極管的陽極，第五二極管的陰極連接到繼電器第一管腳，第四二極管和第五二極管連接處通過第五電阻連接到整流單元正電壓輸出端；

電容兩端并聯電動機。

進一步的，電流方向檢測電路部分包括第二電阻，第二電阻的一端連接到h橋驅動電路輸出端m1，另一端連接有第三二極管的陽極，第三二極管的陰極連接到h橋驅動電路輸出端m2，第三二極管的兩端并聯有第二二極管，并且第二二極管和第三二極管同向并聯，第二二極管與第二電阻的連接處連接有第一電阻，所述第一電阻連接有第一二極管的陰極，第一二極管的陽極接地。

進一步的，電流檢測單元通過繼電器與保護控制單元連接，保護控制單元包括三極管，三極管的集電極與繼電器的第四管腳連接，三極管的集電極還連接有第六二極管的陽極，第六二極管的陰極連接到繼電器第五管腳，并且第六二極管的陰極還通過第六電阻連接到整流單元正電壓輸出端，第六電阻兩端并聯有第七電阻，三極管的基極通過第八電阻連接控制單元輸出信號端，三極管的發射極接地。

進一步的，第一二極管和第二二極管均為穩壓二極管。

控制單元的核心為單片機，所述單片機型號為stc15w408as。

所述整流單元采用全橋整流的方式將h橋輸出端的雙向電壓轉換為單向直流電壓。

數據通信單元包括rs485通信電路，所述rs485通信電路核心為接口芯片，所述接口芯片的型號為max487。

進一步的，該系統還包括上位計算機，控制單元通過數據通信大院以rs485串行通信的方式將直流電動機電流幅值、方向、電壓幅值信息實時上傳至上位計算機并接收來自上位計算機的控制信號。

整流單元采用全橋整流方式，將h橋驅動電路的輸出端（m1、m2）的雙向電壓轉換為單向直流電壓24v，經dc/dc變換單元，獲取穩定的5v電源，為控制單元、電流檢測單元、保護控制單元、數據通信單元等提供穩定的供電電源和參考地平面。

控制單元的核心為單片機，單片機的型號為stc15w408as，通過ad口和io口實時采樣電流檢測單元獲得的電流幅值和方向電壓信號，進行計算并得到實際電流幅值和電流方向；通過簡單地電阻分壓電路實時采樣全橋整流單元整流輸出電壓值，一旦驅動電路出現過流、過壓、欠壓等問題，控制保護單元切斷直流電動機供電回路，保護電機；同時，控制單元還通過數據通信單元，以rs485串行通信方式，將直流電動機電流幅值、方向、電壓幅值等信息實時上傳至上位計算機并接收來自上位計算機的控制信號。

保護控制單元包括電動機供電回路繼電器及外圍器件，根據電流檢測單元獲取的電流值和控制單元獲取的供電電壓值，當回路電流過流、電壓過壓/欠壓時，控制單元控制自動斷開繼電器，切斷電動機供電回路以實現電動機保護。

所述數據通信單元為以接口芯片max487為核心構成的rs485通信電路，用于將單片機stc15w408as輸出的rs232電平轉換成rs485電平，實現電動機電流遠距離實時上傳，同時，可接收來自上位計算機的控制指令，用于對電流過流閾值、電壓過壓/欠壓閾值設定、停機/啟動控制等。

本發明的有益效果在于，本發明提供的技術方案電流采樣無需外置電流互感器等，電路結構簡單，體積小，整體設計成本較低；可同時采樣電流幅值和方向信息，所有采樣口均具有穩壓二極管進行保護，安全可靠，采樣精度高，方向判斷準確；穩定可靠的過流、過壓、欠壓保護功能，可防止驅動線路故障等原因損壞電機；實時高效的數據通信功能，可實現電流幅值及方向的遠程檢測與檢測裝置遠程控制。

此外，本發明設計原理可靠，結構簡單，具有非常廣泛的應用前景。

由此可見，本發明與現有技術相比，具有突出的實質性特點和顯著地進步，其實施的有益效果也是顯而易見的。

附圖說明

圖1為本實施例提供的一種小型直流電動機電流檢測系統的結構框圖。

圖2為圖1中電流檢測單元和保護控制單元電路圖。

其中，1-控制單元，2-電流檢測單元，3-保護控制單元，4-dc/dc變換單元，5-數據通信單元，6-整流單元，7-上位計算機，r1-第一電阻，r2-第二電阻，r3-第三電阻，r4-第四電阻，r5-第五電阻，r6-第六電阻，r7-第七電阻，r8-第八電阻，d1-第一二極管，d2第二二極管，d3-第三二極管，d4-第四二極管，d5-第五二極管，d6-第六二極管，k1-繼電器，c1-電容，q1-三極管。

具體實施方式

下面結合附圖并通過具體實施例對本發明進行詳細闡述，以下實施例是對本發明的解釋，而本發明并不局限于以下實施方式。

如圖1所示，本實施例提供的一種小型直流電動機電流檢測系統，包括控制單元1，所述控制單元1連接有dc/dc變換單元4、電流檢測單元2、保護控制單元3和數據通信單元5，所述dc/dc變換單元4連接有整流單元6，電流檢測單元2和保護控制單元3連接，整流單元6和電流檢測單元2均連接到h橋驅動電路輸出端（m1、m2）。

電流檢測單元2包括電流幅值檢測電路部分和電流方向檢測電路部分。

如圖2所示，電流幅值檢測電路部分包括第三電阻r3和繼電器k1，第三電阻r3的第一端連接到h橋驅動電路輸出端m1，第二端連接有電容c1的一端，電容c1的另一端連接繼電器k1的第三管腳，繼電器k1的第一管腳通過第四電阻r4連接到h橋驅動電路輸出端m2；

第三電阻r3的第二端連接有第四二極管d4的陰極，第四二極管d4的陽極連接有第五二極管d5的陽極，第五二極管d5的陰極連接到繼電器k1第一管腳，第四二極管d4和第五二極管d5連接處通過第五電阻r5連接到整流單元正電壓24v輸出端；

電容c1兩端并聯電動機。

電流方向檢測電路部分包括第二電阻r2，第二電阻r2的一端連接到h橋驅動電路輸出端m1，另一端連接有第三二極管d3的陽極，第三二極管d3陰極連接到h橋驅動電路輸出端m2，第三二極管d3的兩端并聯有第二二極管d2，并且第二二極管d2和第三二極管d3同向并聯，第二二極管d2陽極與第二電阻r2的連接處連接有第一電阻r1，所述第一電阻r1連接有第一二極管d1的陰極，第一二極管d1的陽極接地。

電流檢測單元通過繼電器k1與保護控制單元3連接，保護控制單元3包括三極管q1，三極管q1的集電極連接到繼電器k1的第四管腳，三極管q1的集電極還連接有第六二極管d6的陽極，第六二極管d6陰極連接到繼電器k1第五管腳，第六二極管d6的陰極還通過第六電阻r6連接到整流單元6的正電壓24v輸出端，第六電阻r6兩端并聯有第七電阻r7，三極管q1的基極通過第八電阻r8連接控制單元1輸出信號端，三極管q1發射極接地。

第一二極管d1和第二二極管d2均為穩壓二極管。

控制單元1的核心為單片機，所述單片機型號為stc15w408as。

所述整流單元采用全橋整流的方式將h橋輸出端的雙向電壓轉換為單向直流電壓。

數據通信單元5包括rs485通信電路，所述rs485通信電路核心為接口芯片，所述接口芯片的型號為max487。

該系統還包括上位計算機7，控制單元1通過數據通信單元5以rs485串行通信的方式將直流電動機電流幅值、方向、電壓幅值信息實時上傳至上位計算機7并接收來自上位計算機7的控制信號。

整流單元采用全橋整流方式，將h橋驅動電路的輸出端（m1、m2）的雙向電壓轉換為單向直流電壓24v，經dc/dc變換單元，獲取穩定的5v電源，為控制單元、電流檢測單元、保護控制單元、數據通信單元等提供穩定的供電電源和參考地平面。

所述電流檢測單元2包括電流幅值檢測電路部分和電流方向檢測電路部分，電流幅值檢測電路中，當h橋驅動電路輸出端m1電壓高于m2端電壓時，電流流向為m1→r3→電動機→繼電器k1→r4→m2，此時，電流采樣電阻為r4，v=vm2+vr4+vd5，相比于m2點，全橋整流后的gnd電壓高一個整流二極管管壓降，即vgnd=vm2+vd為保證采樣精度，整流單元6中的整流二極管d與反向保護二極管d4、d5采用同一型號，從而vd=vd4=vd5，因此此時電流幅值ir=vr4/r4；

電流幅值檢測電路中，當h橋驅動電路輸出端m1電壓低于m2端電壓時，電流流向為m2→r4→繼電器k1→電動機→r3→m1，檢測原理與上述類似，電流幅值ir=vr3/r3；

電流方向檢測電路中，當h橋驅動電路輸出端m1電壓高于m2端電壓時，電流流向為m1→r2→d2//d3→m2，二極管d2或d3正向導通，此時方向判斷電平為低電平；

電流方向檢測電路中，當h橋驅動電路輸出端m1電壓低于m2端電壓時，二極管d3反向截止，此時5v穩壓管d1、d2和限流電阻r1形成回路，保證方向判斷電平為5v高電平。

本發明的說明書和權利要求書中的術語“第一”、“第二”、“第三”等（如果存在）是用于區別類似的對象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應該理解這樣使用的數據在適當情況下可以互換，以便這里描述的本發明的實施例能夠以除了在這里圖示或描述的那些以外的順序實施。此外，術語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含。

以上公開的僅為本發明的優選實施方式，但本發明并非局限于此，任何本領域的技術人員能思之的沒有創造性的變化，以及在不脫離本發明原理前提下所作的若干改進和潤飾，都應落在本發明的保護范圍內。