[发明专利]具有方向判断功能的步进电机实时位置检测系统及其方法

说明书

本发明公开了一种具有方向判断功能的步进电机实时位置检测系统及其方法，上位计算机通过CAN命令选择打开某一路的编码器，该路的FPGA模块通过检测该路编码器输出的A相和B相信号，得到该路步进电机所带机械臂的实际运动距离；并将该机械臂实际运动距离通过自定义协议发送给单片机，单片机通过CAN通信发送给上位计算机，得到该路步进电机所带机械臂的实际运动距离。本发明优点在于具有方向判断功能，在步进电机快速运动过程中，如果步进电机由于震动等原因往回运动了一些距离然后继续正向运动，FPGA模块会将这一反向运动消除掉，最终发给处理器的数据就是机械臂实际运动的位置，大大提高了步进电机所带机械臂实际运动位置的检测精度。

技术领域

本发明涉及步进电机实时位置检测，尤其是涉及具有方向判断功能的步进电机实时位置检测系统及其方法。

背景技术

步进电机带动机械臂运动的工作模式广泛应用于医疗行业检测仪器中。为提高检测仪器的工作效率，达到检测更多样本目的，往往采取提高步进电机运动速度来实现。但是，步进电机带动机械臂运动过程中会出现丢步的现象；丢步现象包括少走、多走、往返运动等情况。但是，对于检测仪器关心的是机械臂是否运动到指定的位置，对于中间往返运动或抖动等情况并不关心。如果使用增量型编码器进行检测，则会出现严重的误报警，即电机往返运动了，增量型编码计数也会一直累加计数，因此不能反映机械臂的实际运动位置，导致增量型编码器内部的程序软件也就无法通过测量的结果来补偿或者消减步进电机的运动。如果使用绝对值编码器，需要每个步进电机都要配备每一个绝对值编码器，大大增加了测仪器的制造成本；同时，绝对值编码器体积较大，受到安装空间的制约限制。

发明内容

本发明目的在于提供一种具有方向判断功能的步进电机实时位置检测系统，本发明另一目的是提供该检测系统的检测方法。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本发明所述具有方向判断功能的步进电机实时位置检测系统，包括上位计算机、单片机、FPGA模块；所述上位计算机通过CAN通信方式与所述单片机通信连接，单片机通过自定义方式与所述FPGA模块通信连接；FPGA模块的数据信号输入接口连接有多路电平转换模块，每路所述电平转换模块的信号输入接口分别连接有一个编码器；电平转换模块用于将所述编码器输出的A相、B相信号的5V电平转换为3.3V输入给FPGA模块，编码器输出的A相和B相信号的相位差为90度。

本发明所述检测系统的检测方法为，所述上位计算机通过CAN命令选择打开某一路的所述编码器，该路的所述FPGA模块通过检测该路编码器输出的所述A相和B相信号，得到该路步进电机所带机械臂的实际运动距离；并将该机械臂实际运动距离通过自定义协议发送给单片机，所述单片机通过CAN通信发送给上位计算机，得到该路步进电机所带机械臂的实际运动距离。

所述FPGA模块检测所述编码器输出的所述A相和B相信号的步骤如下：

步骤1、所述FPGA模块起始工作时，首先通过所述电平转换模块检测编码器的A相电平和B相电平，当检测的所述A相电平和B相电平都为低电平时，等待A相电平或者B相电平的上升沿；

步骤2、如果先检测到A相的上升沿信号，经过一段时间消抖后A相信号仍然为高电平，判定该路步进电机旋转方向为正向,然后对B相信号进行检测，如果B相也来了上升沿信号则判定该编码器输出的信号为一个有效的编码器信号，FPGA模块将产生相应的正向标志位；

如果先检测到B相的上升沿信号，经过一段时间消抖后B相信号仍然为高电平，判定该路步进电机旋转方向为反向,然后对A相信号进行检测，如果A相也来了上升沿信号则判定该编码器输出的信号为一个有效的编码器信号，FPGA模块将产生相应的反向标志位；