本實(shí)用新型涉及物理實(shí)驗(yàn)分析及測量控制設(shè)備，具體涉及一種步進(jìn)電機(jī)遠(yuǎn)程控制裝置。

背景技術(shù)：

在物理實(shí)驗(yàn)分析研究中，尤其在有關(guān)自動(dòng)控制測量方面的物理實(shí)驗(yàn)，往往需要在觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的過程中對實(shí)驗(yàn)儀器的操作進(jìn)行精確控制，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測量并保證其準(zhǔn)確性，為實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析提供有效支持。但是在普通的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中，歷來儀器控制并實(shí)時(shí)獲取其數(shù)據(jù)并不是一件很輕松的事情。實(shí)驗(yàn)人員一般都是在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場進(jìn)行人工調(diào)控并手動(dòng)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，部分采用自動(dòng)測量但不支持遠(yuǎn)程控制，使得學(xué)生需高度集中精力，工作量大，誤差也大，實(shí)驗(yàn)資源利用率不高、不能打破時(shí)間和空間的限制。隨著遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降陌l(fā)展，對實(shí)驗(yàn)儀器的操控測量提出了新的要求，步進(jìn)電機(jī)具有快速啟停、精確步進(jìn)、不存在累積誤差、控制方法多樣等優(yōu)點(diǎn)成為實(shí)驗(yàn)儀器操控測量的主要設(shè)備，但如何通過網(wǎng)絡(luò)有效操控遠(yuǎn)程步進(jìn)電機(jī)，并實(shí)時(shí)返回測量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，保障遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)操控安全成為遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)發(fā)展的一個(gè)難題，為解決以上問題，需要對步進(jìn)電機(jī)的遠(yuǎn)程操控測量方案進(jìn)行研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題：針對現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，提供一種能夠使實(shí)驗(yàn)手段更加科學(xué)化、自動(dòng)化，數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確、直觀，而且可以實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程操作以完成實(shí)驗(yàn)，減少實(shí)驗(yàn)人員的工作量、提高實(shí)驗(yàn)資源利用率，為物理實(shí)驗(yàn)中儀器的遠(yuǎn)程操控測量問題提供好的解決方案的步進(jìn)電機(jī)遠(yuǎn)程控制裝置。

為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為：

一種步進(jìn)電機(jī)遠(yuǎn)程控制裝置，包括帶有以太網(wǎng)接口和220V電源接口的主機(jī)箱，所述主機(jī)箱內(nèi)設(shè)有以太網(wǎng)模塊、主控芯片、I/O模塊、電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)、光電編碼器和電源模塊，所述以太網(wǎng)接口通過以太網(wǎng)模塊和主控芯片相連，所述主控芯片的輸出端依次通過I/O模塊、電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)相連，所述電機(jī)的輸出軸伸出布置于主機(jī)箱外，所述光電編碼器布置于電機(jī)上，且所述光電編碼器的輸出端通過I/O模塊和主控芯片相連，所述電源模塊的輸入端和220V電源接口相連，所述電源模塊的輸出端分別與以太網(wǎng)模塊、主控芯片、I/O模塊、電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)相連。

優(yōu)選地，所述主機(jī)箱上設(shè)有啟動(dòng)關(guān)閉開關(guān)、撥碼開關(guān)、狀態(tài)指示燈以及狀態(tài)警示燈，所述啟動(dòng)關(guān)閉開關(guān)與主控芯片相連，所述I/O模塊包括電機(jī)控制輸出電路、光電編碼信息輸入電路、按鍵控制輸入電路和電機(jī)狀態(tài)輸出電路，所述主控芯片的輸出端依次通過電機(jī)控制輸出電路、電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)相連，所述光電編碼器的輸出端通過光電編碼信息輸入電路和主控芯片相連，所述撥碼開關(guān)通過按鍵控制輸入電路和主控芯片相連，所述主控芯片的輸出端通過電機(jī)狀態(tài)輸出電路與狀態(tài)指示燈、狀態(tài)警示燈相連。

優(yōu)選地，所述主機(jī)箱上還設(shè)有電源開關(guān)，所述電源模塊的輸入端通過電源開關(guān)和220V電源接口相連。

優(yōu)選地，所述主機(jī)箱內(nèi)設(shè)有隔板，所述隔板采用金屬制成，所述隔板將主機(jī)箱的內(nèi)腔分隔為上腔和下腔，所述電機(jī)、光電編碼器布置于上腔內(nèi)，所述以太網(wǎng)模塊、主控芯片、I/O模塊、電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器和電源模塊布置于下腔內(nèi)。

優(yōu)選地，所述以太網(wǎng)模塊、主控芯片、I/O模塊集成于同一塊主控電路板上。

優(yōu)選地，所述電源模塊包括依次相連的變壓器、整流橋以及穩(wěn)壓電路，所述變壓器的輸入端和220V電源接口相連，所述穩(wěn)壓電路包括5V穩(wěn)壓單元和12V穩(wěn)壓單元，所述5V穩(wěn)壓單元的輸出端分別與以太網(wǎng)模塊、主控芯片、I/O模塊相連，所述12V穩(wěn)壓單元的輸出端分別與電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)相連。

本實(shí)用新型的步進(jìn)電機(jī)遠(yuǎn)程控制裝置具有下述優(yōu)點(diǎn)：本實(shí)用新型的步進(jìn)電機(jī)遠(yuǎn)程控制裝置的主機(jī)箱內(nèi)設(shè)有以太網(wǎng)模塊、主控芯片、I/O模塊、電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)、光電編碼器和電源模塊，以太網(wǎng)接口通過以太網(wǎng)模塊和主控芯片相連，主控芯片的輸出端依次通過I/O模塊、電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)相連，電機(jī)的輸出軸伸出布置于主機(jī)箱外，光電編碼器布置于電機(jī)上，且光電編碼器的輸出端通過I/O模塊和主控芯片相連，電源模塊的輸入端和220V電源接口相連，電源模塊的輸出端分別與以太網(wǎng)模塊、主控芯片、I/O模塊、電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)相連，從而使得主控芯片通過以太網(wǎng)模塊能夠接收對電機(jī)的遠(yuǎn)程控制指令，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的遠(yuǎn)程控制，能夠使實(shí)驗(yàn)手段更加科學(xué)化、自動(dòng)化，數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確、直觀，而且可以實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程操作以完成實(shí)驗(yàn)，減少實(shí)驗(yàn)人員的工作量、提高實(shí)驗(yàn)資源利用率，為物理實(shí)驗(yàn)中儀器的遠(yuǎn)程操控測量問題提供好的解決方案。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例主控電路板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例電源模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖例說明：1、主機(jī)箱；10、隔板；101、上腔；102、下腔；11、以太網(wǎng)接口；12、220V電源接口；13、啟動(dòng)關(guān)閉開關(guān)；14、撥碼開關(guān)；15、狀態(tài)指示燈；16、狀態(tài)警示燈；17、電源開關(guān)；2、以太網(wǎng)模塊；3、主控芯片；4、I/O模塊；41、電機(jī)控制輸出電路；42、光電編碼信息輸入電路；43、按鍵控制輸入電路；44、電機(jī)狀態(tài)輸出電路；5、電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器；6、電機(jī)；7、光電編碼器；8、電源模塊；81、變壓器；82、整流橋；83、穩(wěn)壓電路。

具體實(shí)施方式

如圖1和圖2所示，本實(shí)施例的步進(jìn)電機(jī)遠(yuǎn)程控制裝置包括帶有以太網(wǎng)接口11和220V電源接口12的主機(jī)箱1，主機(jī)箱1內(nèi)設(shè)有以太網(wǎng)模塊2、主控芯片3、I/O模塊4、電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器5、電機(jī)6、光電編碼器7和電源模塊8，以太網(wǎng)接口11通過以太網(wǎng)模塊2和主控芯片3相連，主控芯片3的輸出端依次通過I/O模塊4、電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器5和電機(jī)6相連，電機(jī)6的輸出軸伸出布置于主機(jī)箱1外，光電編碼器7布置于電機(jī)6上，且光電編碼器7的輸出端通過I/O模塊4和主控芯片3相連，電源模塊8的輸入端和220V電源接口12相連，電源模塊8的輸出端分別與以太網(wǎng)模塊2、主控芯片3、I/O模塊4、電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器5、電機(jī)6相連。本實(shí)施例的步進(jìn)電機(jī)遠(yuǎn)程控制裝置是一款物理實(shí)驗(yàn)分析及測量控制設(shè)備，可以用于在實(shí)驗(yàn)過程中對電機(jī)6（步進(jìn)電機(jī)）的動(dòng)態(tài)位移、速率和位置測量方面，具有遠(yuǎn)程控制和實(shí)時(shí)反饋的功用。本實(shí)施例裝置通過以太網(wǎng)接口11接收來自Web服務(wù)器（其他局域網(wǎng)的控制設(shè)備亦可）轉(zhuǎn)發(fā)的電機(jī)控制請求，再通過電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器5對電機(jī)6進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和方向、速率、位置的精確控制，并利用光電編碼器7實(shí)現(xiàn)電機(jī)速率、位置控制信息反饋，用于實(shí)時(shí)判斷電機(jī)6的失步和提高電機(jī)控制的準(zhǔn)確性，最后將電機(jī)6運(yùn)行信息實(shí)時(shí)回傳給遠(yuǎn)程Web客戶端，從而實(shí)現(xiàn)對電機(jī)6的遠(yuǎn)程控制和實(shí)時(shí)反饋的功能。本實(shí)施例裝置不僅可以使實(shí)驗(yàn)手段更加科學(xué)化、自動(dòng)化，數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確、直觀，而且可以實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程操作以完成實(shí)驗(yàn)，減少實(shí)驗(yàn)人員的工作量、提高實(shí)驗(yàn)資源利用率，為物理實(shí)驗(yàn)中儀器的遠(yuǎn)程操控測量問題提供好的解決方案，為遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ街袑?shí)驗(yàn)儀器的操控測量技術(shù)的發(fā)展注入了新的動(dòng)力。

如圖1、圖2和圖3所示，主機(jī)箱1上設(shè)有啟動(dòng)關(guān)閉開關(guān)13、撥碼開關(guān)14、狀態(tài)指示燈15以及狀態(tài)警示燈16，啟動(dòng)關(guān)閉開關(guān)13與主控芯片3相連，I/O模塊4包括電機(jī)控制輸出電路41、光電編碼信息輸入電路42、按鍵控制輸入電路43和電機(jī)狀態(tài)輸出電路44，主控芯片3的輸出端依次通過電機(jī)控制輸出電路41、電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器5和電機(jī)6相連，光電編碼器7的輸出端通過光電編碼信息輸入電路42和主控芯片3相連，撥碼開關(guān)14通過按鍵控制輸入電路43和主控芯片3相連，主控芯片3的輸出端通過電機(jī)狀態(tài)輸出電路44與狀態(tài)指示燈15、狀態(tài)警示燈16相連。啟動(dòng)關(guān)閉開關(guān)13用于控制主控芯片3的工作狀態(tài)，撥碼開關(guān)14的用途包括：（I）電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的多種細(xì)分方式選擇（1、1/2、1/4、1/8、1/16、1/32、1/64、1/128）；（II）三種衰減方式選擇：快衰、慢衰、混合式衰減；（III）驅(qū)動(dòng)器電流設(shè)置：連續(xù)電流、分段電流，通過撥碼開關(guān)14的這些設(shè)置使電機(jī)6適應(yīng)不同的工作環(huán)境。狀態(tài)指示燈15用于顯示主控芯片3的工作狀態(tài)，狀態(tài)警示燈16用于對電機(jī)6的工作狀態(tài)異常進(jìn)行報(bào)警。主控芯片3對電機(jī)6進(jìn)行監(jiān)控時(shí)，一旦發(fā)現(xiàn)失步和速率、位置控制失常，會(huì)立即停止，點(diǎn)亮狀態(tài)警示燈16，并將電機(jī)狀況實(shí)時(shí)會(huì)傳到遠(yuǎn)程Web客戶端。

如圖1和圖2所示，主機(jī)箱1上還設(shè)有電源開關(guān)17，電源模塊8的輸入端通過電源開關(guān)17和220V電源接口12相連。

如圖2所示，主機(jī)箱1內(nèi)設(shè)有隔板10，隔板10采用金屬制成，隔板10將主機(jī)箱1的內(nèi)腔分隔為上腔101和下腔102，電機(jī)6、光電編碼器7布置于上腔101內(nèi)，以太網(wǎng)模塊2、主控芯片3、I/O模塊4、電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器5和電源模塊8布置于下腔102內(nèi)，通過上述結(jié)構(gòu)，一方面能夠有效實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)模塊2、主控芯片3、I/O模塊4、電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器5、電機(jī)6、光電編碼器7和電源模塊8在主機(jī)箱1內(nèi)的安裝和固定，組裝和維護(hù)更加方便，另一方面，還能夠降低主機(jī)箱1內(nèi)各個(gè)部件之間的影響以及提高主機(jī)箱1的散熱效果。

如圖2所示，以太網(wǎng)模塊2、主控芯片3、I/O模塊4集成于同一塊主控電路板上。

如圖4所示，電源模塊8包括依次相連的變壓器81、整流橋82以及穩(wěn)壓電路83，變壓器81的輸入端和220V電源接口12相連，穩(wěn)壓電路83包括5V穩(wěn)壓單元和12V穩(wěn)壓單元，5V穩(wěn)壓單元的輸出端分別與以太網(wǎng)模塊2、主控芯片3、I/O模塊4相連，12V穩(wěn)壓單元的輸出端分別與電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器5、電機(jī)6相連。

本實(shí)施例步進(jìn)電機(jī)遠(yuǎn)程控制裝置的工作過程如下：（I）電機(jī)6伸出布置于主機(jī)箱1外的輸出軸部分直接或通過皮帶、鏈條和被驅(qū)動(dòng)設(shè)備相連，220V電源接口12接通220V電源，以太網(wǎng)接口11通過網(wǎng)線與網(wǎng)絡(luò)中的Web服務(wù)器連通，在設(shè)備接通并設(shè)置好相關(guān)參數(shù)后，方可啟動(dòng)本實(shí)施例步進(jìn)電機(jī)遠(yuǎn)程控制裝置。（II）以太網(wǎng)接口11接收來自Web服務(wù)器傳來的步進(jìn)電機(jī)控制請求信息，并通過以太網(wǎng)模塊2將請求轉(zhuǎn)發(fā)給為主控芯片3（單片機(jī)）；（III）主控芯片3處理請求，根據(jù)判斷請求的信息類型發(fā)出相應(yīng)控制信息，由I/O電路4傳出給電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器5，對電機(jī)6進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和方向、速率、位置的精確控制。同時(shí)，光電編碼器7實(shí)時(shí)測量電機(jī)6的運(yùn)行狀態(tài)，對測量數(shù)據(jù)通過I/O電路4傳送到主控芯片3，主控芯片3通過比較電編碼器7的反饋數(shù)據(jù)和自身控制數(shù)據(jù)，當(dāng)誤差在可控范圍內(nèi)時(shí)，主控芯片3認(rèn)為電機(jī)6運(yùn)行正常，并通過以太網(wǎng)模塊2和以太網(wǎng)接口11將電機(jī)6的運(yùn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給Web服務(wù)器，最終顯示在客戶端，如果誤差太大則認(rèn)為電機(jī)6有失步情況，主控芯片3通過I/O電路4點(diǎn)亮狀態(tài)警示燈16，并控制電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器5停止電機(jī)6運(yùn)行。

需要說明的是，通過主控芯片3（單片機(jī)）控制電機(jī)6（步進(jìn)電機(jī)）的運(yùn)動(dòng)以及判斷電機(jī)6有無失步等情況均為步進(jìn)電機(jī)的現(xiàn)有控制方法，本實(shí)施例本實(shí)施例步進(jìn)電機(jī)遠(yuǎn)程控制裝置并不涉及任何對步進(jìn)電機(jī)的控制方法的改進(jìn)。

以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本實(shí)用新型思路下的技術(shù)方案均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理前提下的若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。