一种检测电路和检测设备的制作方法

1.本实用新型涉及检测技术领域，特别是涉及一种检测电路和检测设备。


背景技术：

2.扭矩是使物体发生转动的一种力矩。电机的扭矩就是指电机输出的力矩。在功率固定的条件下，电机的扭矩与其转速成反比关系，转速越快扭矩越小，反之越大。
3.电机堵转是电机在转速为0时仍然输出扭矩的一种异常情况情况。
4.在现有技术中，当电机出现堵转时，无法得知是电机输出的扭矩过小还是电机的控制信号出现了问题。


技术实现要素：

5.鉴于上述问题，提出了本实用新型以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种检测电路和一种检测设备。
6.为了解决上述问题，本实用新型公开了一种检测电路，包括：控制模块、驱动模块、电流检测模块；所述驱动模块与所述控制模块连接，所述电流检测模块与所述控制模块、所述驱动模块连接；所述驱动模块用于与待检测的电机连接；所述控制模块记录有输出特性数据；
7.所述控制模块用于向所述驱动模块输出驱动信号；
8.所述驱动模块用于按照所述驱动信号驱动所述电机；
9.所述电流检测模块用于采集所述电机的电流信息；
10.所述控制模块用于基于所述输出特性数据和所述电流信息，确定所述电机的扭矩信息。
11.可选地，所述输出特性数据包括在特征电压和特征转速下的工作电流与输出扭矩的对应关系；
12.所述控制模块用于按照预设电压、预设转速、所述电流信息以及所述对应关系，确定所述电机的扭矩信息。
13.可选地，所述驱动模块包括电机驱动组件以及与所述电机驱动组件连接的电流控制组件；所述电机驱动组件与所述电机、所述控制模块连接；
14.所述电机驱动组件用于依据所述电流控制组件控制所述电机的工作电流上限值。
15.可选地，所述电流控制组件包括多个相互并联的电流控制回路，以及第一电路开关；
16.所述第一电路开关用于控制所述电流控制回路的导通状态；
17.所述电流控制组件用于按照所述电流控制回路的导通状态，工作电流控制信号；
18.所述电机驱动组件用于按照所述电流控制信号确定所述电机的工作电流上限值。
19.可选地，所述驱动模块还包括与所述电机驱动组件连接的驱动模式控制组件；
20.所述驱动模式控制组件用于控制所述电机的步距角。
21.可选地，所述驱动模式控制组件包括多个相互并联的模式控制回路，以及第二电路开关；
22.所述第二电路开关用于控制所述模式控制回路的导通状态；
23.所述驱动模式控制组件用于按照所述模式控制回路的导通状态，输出模式控制信号；
24.所述驱动模式控制组件用于按照所述模式控制信号确定所述电机的步距角。
25.可选地，所述电流检测模块包括电流检测芯片，所述电流检测芯片具有芯片内阻以及放大系数；
26.所述电流检测芯片用于输出检测信息；
27.所述控制模块用于基于所述芯片内阻、所述放大系数和所述检测信息，确定所述电流检测芯片的电流检测范围。
28.可选地，还包括与电流检测模块、所述控制模块连接的滤波模块；
29.所述滤波模块用于对从所述电流检测模块接收到的电信息经过滤波处理后发送至所述控制模块；
30.所述控制模块用于基于经过滤波处理后的电信息生成电流信息。
31.可选地，所述电机驱动组件包括单极步进电机驱动组件以及双极步进电机驱动组件中的至少一种。
32.本实用新型实施例还公开了一种检测设备，所述设备包括如上所述的检测电路。
33.本实用新型包括以下优点：
34.本实用新型实施例中控制模块可以基于采集的电流信息，在输出特性数据中确定与电流信息对应的扭矩信息，从而实现测量电机当前的扭矩信息。在本实用新型实施例中，通过预先确定与电机匹配的输出特性数据，输出特性数据中包含有电机工作时的电流与其扭矩的对应关系，使得当采用检测电路中控制模块与驱动模块控制电机进行工作时，控制模块能够基于电流采集模块发送的电机的电流信息以及输出特性数据，确定出电机当前的扭矩信息。
附图说明
35.图1是本实用新型的一种检测电路的结构框图；
36.图2是本实用新型实施例提供的另一种检测电路结构框图；
37.图3是本实用新型实施例提供的一种电流控制组件电路结构示意图；
38.图4是本实用新型实施例提供的一种驱动模式控制组件电路结构示意图；
39.图5是本实用新型实施例提供的电流检测芯片连接示意图；
40.图6是本实用新型实施例提供的一种输出特性曲线示意图。
具体实施方式
41.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
42.参照图1，示出了本实用新型的一种检测电路的结构框图，具体可以包括：控制模块101、驱动模块102、电流检测模块103；所述驱动模块102 与所述控制模块101连接，所述
电流检测模块103与所述控制模块101、所述驱动模块102连接；所述驱动模块102用于与待检测的电机104连接；所述控制模块101记录有输出特性数据；
43.所述控制模块101用于向所述驱动模块102输出驱动信号；
44.所述驱动模块102用于按照所述驱动信号驱动所述电机104；
45.所述电流检测模块103用于采集所述电机104的电流信息；
46.所述控制模块101用于基于所述输出特性数据和所述电流信息，确定所述电机104的扭矩信息。
47.控制模块101可以包含mcu(microcontroller unit，微控制单元)，控制模块101可以用于对数据的计算、存储、传输、转换等处理。
48.可以采用外部设备，例如：测功机，确定电机104的输出特性数据，输出特性数据包含有与电机104工作时的电流与其输出扭矩(即负载扭矩)的对应关系。
49.控制模块101可以生成发送至驱动模块102的输出驱动信号，驱动模块 102以输出驱动信号对电机104进行相应控制，例如：工作、停止，以及工作时的一个或多个工作参数，例如：工作参数可以包括工作时间、转速等。
50.电流检测模块103可以采集电机104的电流信息，即工作电流。并向控制模块101发送电流信息，以使控制模块101可以获取电机104实时的电流信息。
51.本实用新型实施例中控制模块101可以基于采集的电流信息，在输出特性数据中确定与电流信息对应的扭矩信息，从而实现测量电机104当前的扭矩信息。在本实用新型实施例中，通过预先确定与电机104匹配的输出特性数据，输出特性数据中包含有电机104工作时的电流与其扭矩的对应关系，使得当采用检测电路中控制模块101与驱动模块102控制电机104进行工作时，控制模块101能够基于电流采集模块发送的电机104的电流信息以及输出特性数据，确定出电机104当前的扭矩信息。
52.在本实用新型的一种可选实施例中，所述输出特性数据包括在特征电压和特征转速下的工作电流与输出扭矩的对应关系；
53.所述控制模块101用于按照预设电压、预设转速、所述电流信息以及所述对应关系，确定所述电机104的扭矩信息。
54.具体原理如下：
55.电机104线圈电阻为r，外加电压为v，工作电流为i，产生的感生电动势为e，负载转矩为t(即输出扭矩)，电机104转速为n转/秒，则：
56.电机104电压方程为：
57.v＝ri+e《1》
58.《1》式两边同时乘以i，得：
59.vi＝ri2+ei《2》
60.《2》式左边vi为输入功率，等式右边ri2为线圈发热功率(铜损)，此处忽略电机104的磁钢铁损，电机104的输入功率＝铜损耗+输出功率，ei转换为机械能输出，即我们设备电机104所拖动的结构负载，输出的机械能为功率为：
61.p＝2πnt《6》
62.功率＝力*速度p＝fv《3》
63.转矩＝扭力*力臂t＝fr《4》
64.线速度＝2πr*转速v＝2πrn《5》
65.《4》、《5》带入《3》得到p＝2πnt；
66.那么有ei＝2πnt《7》
67.把《2》带入《7》中得到：vi-ri2＝2πnt《8》；
68.由《8》可得：t＝(vi-ri2)/2πn；
69.r为电机104已知参数，则在固定电压、固定转速下，依据测得电流信息，即可计算出电机104的扭矩信息，由此可得，在特征电压和特征转速下的工作电流与输出扭矩的对应关系，进而生成相应的输出特性数据。
70.在控制模块101获取电机104的预设电压、预设转速时，基于电流检测模块103采集的电流信息，可以确定电机104的扭矩信息。
71.在本实用新型的一种可选实施例中，所述驱动模块102包括电机驱动组件以及与所述电机驱动组件连接的电流控制组件；所述电机驱动组件与所述电机104、所述控制模块101连接；
72.所述电机驱动组件用于依据所述电流控制组件控制所述电机104的工作电流上限值。
73.在驱动模块102中设置有电机驱动组件以及电流控制组件，电机驱动组件基于控制模块101输出的驱动信号对电机104进行相应控制。
74.电流控制组件用于限制电机104工作时的最大电流值，从而针对电机 104提供多挡位工作电流的控制，实现对电机104处于不同工作电流上限值时，采集电机104的电流信息，提供数据检测的准确性。
75.在本实用新型的一种可选实施例中，所述电机驱动组件包括单极步进电机驱动组件1021以及双极步进电机驱动组件1022中的至少一种。
76.参照图2，示出了本实用新型实施例提供的另一种检测电路结构框图，电机驱动组件可以包括单极步进电机驱动组件1021以及双极步进电机驱动组件1022。
77.在本实用新型的一种可选实施例中，所述电流控制组件包括多个相互并联的电流控制回路，以及第一电路开关；
78.所述第一电路开关用于控制所述电流控制回路的导通状态；
79.所述电流控制组件用于按照所述电流控制回路的导通状态，工作电流控制信号；
80.所述电机驱动组件用于按照所述电流控制信号确定所述电机104的工作电流上限值。
81.参照图3，示出了本实用新型实施例提供的一种电流控制组件电路结构示意图。
82.以双极步进电机驱动组件1022为例，依据第一电路开关sw11中各个子开关的状态，确定各个电流控制回路的导通状态，其中，电流控制回路为各个子开关所在的电路支路，子开关包括s1(子开关s1两端分别为1、8 管脚)、s2(子开关s2两端分别为2、7管脚)、s3(子开关s3两端分别为 3、6管脚)、s4(子开关s4两端分别为4、5管脚)。
83.如表2所示，基于s1、s2、s3、s4的导通状态，可以得到相应的工作电流控制信号(ref管脚的电压)，如表2所示，双极步进电机驱动组件1022 依据电流控制信号，控制电机104的工作电流上限值，其中，当s4导通时，tq为0即低电平；当s4截止时，tq为1即高电平。
[0084][0085]
表2电流控制组件导通状态与工作电流上限值关系表
[0086]
在本实用新型的一种可选实施例中，所述驱动模块102还包括与所述电机驱动组件连接的驱动模式控制组件；
[0087]
所述驱动模式控制组件用于控制所述电机104的步距角。
[0088]
电机104转速1prm＝1/60*(360/步距角)pps，其中，prm为每分钟转动圈数(revolutions per minute)，pps为每秒脉冲数(pulses per second)，通过控制电机104的步距角，可以控制电机104的转速。
[0089]
在本实用新型的一种可选实施例中，所述驱动模式控制组件包括多个相互并联的模式控制回路，以及第二电路开关；
[0090]
所述第二电路开关用于控制所述模式控制回路的导通状态；
[0091]
所述驱动模式控制组件用于按照所述模式控制回路的导通状态，输出模式控制信号；
[0092]
所述驱动模式控制组件用于按照所述模式控制信号确定所述电机104的步距角。
[0093]
参照图4，示出了本实用新型实施例提供的一种驱动模式控制组件电路结构示意图。
[0094]
以双极步进电机驱动组件1022为例，依据第二电路开关s12中各个子开关的状态，确定各个模式控制回路的导通状态，其中，模式控制回路为各个子开关所在的电路支路，子开关包括s5(子开关s5两端分别为1、8管脚)、s6(子开关s6两端分别为2、7管脚)、s7(子开关s7两端分别为3、6管脚)、s8(子开关s8两端分别为4、5管脚)，基于各个子开关的导通状态，可以确定驱动模式控制组件中enable端(使能端)、m1端、m2端、 m3端的电平状态(其中，m1、m2、m3为控制模块中用于接收模式控制信号的不同管脚)，具体的，当且仅当s5导通时，enable端为低电平；当且仅当s6导通时，m1端为低电平；当且仅当s7导通时，m2端为低电平；当且仅当s8导通时，m3端为低电平。依据enable端、m1端、m2端、 m3端的电平状态输出模式控制信号，其中，通过enable端的电平状态控制电机是否输出，当且仅当enable端为低电平时，控制电机处于关闭状态。如表3所示，驱动模式控制组件用于按照所述模式控制信号(其中，l 为低电平、h为高电平、x为任意电平)确定驱动模式，进而确定所述电机 104的步距角。
[0095]
模式enablem1m2m3输出关闭lxxx第一整步模式hlll第二整步模式hhll第一2细分模式hlhl第二2细分模式hhhl4细分hllh8细分hhlh16细分hlhh休眠模式hhhh
[0096]
表2驱动模式控制组件电平状态与驱动模式关系表
[0097]
在本实用新型的一种可选实施例中，所述电流检测模块103包括电流检测芯片，所述电流检测芯片具有芯片内阻以及放大系数；
[0098]
所述电流检测芯片用于输出检测信息；
[0099]
所述控制模块101用于基于所述芯片内阻、所述放大系数和所述检测信息，确定所述电流检测芯片的电流检测范围。
[0100]
参照图5，示出了本实用新型实施例提供的电流检测芯片连接示意图，电流检测芯片的out(输出)端用于输出检测信息，并将该检测信息发送至控制模块，由控制模块101的adc(analogue-to-digital conversion，模数转换)端接收该检测信息，控制模块101基于adc端接收到的检测信息的电压范围、电流检测芯片的芯片内阻和放大系数，确定电流检测芯片的电流检测范围。
[0101]
进一步的，控制模块101根据电流检测芯片输出的检测信息的当前电压值，可以确定电机点前的电流信息。
[0102]
在本实用新型的一种可选实施例中，本实用新型实施例可以还包括与电流检测模块103、所述控制模块101连接的滤波模块；
[0103]
所述滤波模块用于对从所述电流检测模块103接收到的电信息经过滤波处理后发送至所述控制模块101；
[0104]
所述控制模块101用于基于经过滤波处理后的电信息生成电流信息。
[0105]
滤波模块能够将电流检测模块103输出的检测信息进行滤波处理，将瞬态电流信息得到平滑电流信息。
[0106]
控制模块101可以根据预设电压和预设转速，依据得到的经过滤波处理后的电流信息，得到电机104的扭矩信息。
[0107]
例如：如表1所示，输出特性数据可以为在电机104额定电压下，转速为459rpm(转/每分钟)时，各个电流信息对应的扭矩信息。
[0108][0109][0110]
表1，电流信息与扭矩信息对应关系表
[0111]
参照图6，示出了本实用新型实施例提供的一种输出特性曲线示意图。进一步的，如图6所示，依据得到的电流信息对应的扭矩信息，可以得到电流信息与扭矩信息的特性曲线。
[0112]
本实用新型实施例还公开了一种检测设备，所述设备包括如上实施例所述的检测电路。
[0113]
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
[0114]
以上对本实用新型所提供的一种检测电路和一种检测设备，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。