CN103366829B - 步进电机断电位移恢复装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种步进电机断电位移恢复装置，其包括有电源、超级电容、ARM控制器、FRAM铁电存储器和编码器。***正常工作时，电源同时向ARM控制器、FRAM铁电存储器及编码器供电，并为超级电容充电；若电源正常供电，则ARM控制器不发送任何命令，编码器直接将步进电机位移信息传递给ARM控制器，若电源失效，则超级电容短时供电，ARM控制器立即发送存储命令，FRAM铁电存储器瞬时读取并保存编码器中的断电前步进电机位移信息；电源恢复供电后，ARM控制器由FRAM铁电存储器中读取并恢复断电前步进电机位移信息。本发明具有结构简单、性价比高、应用范围广、温度范围宽、可靠性高、寿命长的优点，尤其适用于频繁掉电的场合。
Description
技术领域
本发明涉及一种步进电机控制***，具体涉及一种用于步进电机断电后电机位移信息恢复的装置及方法，属于步进电机技术领域。
背景技术
步进电机通常与编码器配合使用，通过编码器获取步进电机的实际位移。编码器可分为增量型编码器和绝对型编码器。绝对型编码器的每个位置对应一个确定的数字码，因此具有数据可靠性高，掉电后位置信息不丢失的优点，但由于步进电机往往要运行多圈，而多圈绝对型编码器通常圈数总量受限且价格昂贵，因此目前应用仍不是十分广泛。对于增量型编码器来说，位置信息是由从零位标记开始计算的脉冲数量确定，因此，当电源断开时，若没有瞬时记录并保存电机的位移信息，则当电源再次接通时，控制器将失去电机的实际位移。
对于采用增量型编码器的步进电机，为了防止电机掉电后位移信息的缺失，通常的做法是设置参考点，通过开机后步进电机的寻零来保证初始零位的一致。但这种方法仅适用于机构形成不大的***，同时增加了由归零故障导致***故障的风险,此外***结构的复杂性和整体成本也将较大提高。
发明内容
本发明针对现有采用增量型编码器的步进电机***的不足，提供一种步进电机断电位移恢复装置及方法，通过采用FRAM铁电存储器和超级电容，实现在断电瞬间读取编码器的位移信息，从而解决增量型编码器断电后零位缺失的难题，本发明结构简单、性价比高，具有应用范围广、可靠性高、寿命长的优点，尤其适用于频繁掉电的场合。
本发明解决其技术问题的技术方案是：
一种步进电机断电位移恢复装置，其包括有电源、超级电容、ARM控制器、FRAM铁电存储器和编码器，其中，电源连接超级电容、ARM控制器、FRAM铁电存储器和编码器，同时向ARM控制器、FRAM铁电存储器和编码器供电，并且为超级电容充电，超级电容连接ARM控制器、FRAM铁电存储器和编码器，并且在电源失效时短时向它们供电，ARM控制器通过CS线连接并选通FRAM铁电存储器，并且ARM控制器通过I2C总线连接FRAM铁电存储器以发送存储命令和读取断电前的步进电机位移信息，编码器通过总线分别与ARM控制器和FRAM铁电存储器连接，并且向ARM控制器传递步进电机位移信息和向FRAM铁电存储器存储断电前的步进电机位移信息。
本发明的另一技术方案是：
一种采用上述步进电机断电位移恢复装置实施的步进电机断电位移信息恢复方法，其特征在于：所述电源同时向所述ARM控制器、FRAM铁电存储器及编码器供电，并为所述超级电容充电；所述ARM控制器检测所述电源是否正常供电，若正常，则该ARM控制器不向所述FRAM铁电存储器发送任何命令，所述编码器通过总线直接将步进电机位移信息传递给该ARM控制器，若电源失效，则所述超级电容短时向所述ARM控制器、FRAM铁电存储器和编码器供电，并且一旦检测到所述电源失效则所述ARM控制器立即通过CS线选通FRAM铁电存储器，并且通过I2C总线向该FRAM铁电存储器发送存储命令，FRAM铁电存储器瞬时读取并保存所述编码器中的断电前步进电机位移信息；所述电源恢复供电后，所述ARM控制器再次通过CS线选通FRAM铁电存储器，并通过I2C总线读取该FRAM铁电存储器里存储的编码器中的断电前步进电机位移信息。
本发明的有益效果在于：
本发明采用了FRAM铁电存储器和超级电容，步进电机断电时，超级电容上储存的电能能够继续供电，使FRAM铁电存储器在断电瞬间读取编码器的位移信息，从而避免了增量型编码器断电后的零位缺失。其中，超级电容能够满足短时同时向ARM、FRAM及编码器供电，具有电容量大（可达法拉级）、寿命长、体积小巧、电路连接简单的优点；FRAM铁电存储器与传统存储器（EEPROM、FLASH）相比较，具有读写速度更快（小于200ns）、寿命更长、高耐久性（断电后数据保存10年以上）及功耗更小的优点。
本发明结构简单、性价比高，具有应用范围广、温度范围宽（-40℃～+70℃）、可靠性高以及寿命长（数十万次数据恢复）的优点，尤其适用于频繁掉电的场合。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中，1-电源，2-超级电容，3-ARM控制器，4-FRAM铁电存储器，5-编码器。
具体实施方式
本发明所述的步进电机断电位移恢复装置通过采用FRAM铁电存储器和超级电容，在断电时使超级电容放电，短时维持ARM控制器、FRAM铁电存储器和编码器的工作，瞬间将编码器中断电前的步进电机位移信息读入FRAM铁电存储器，在电源恢复后，再通过读取FRAM铁电存储器里的编码器信息，达到恢复断电前步进电机位移信息的目的。
以下结合附图对本发明作详细说明。
请参阅图1，本发明所述的步进电机断电位移恢复装置主要包括电源1、超级电容2、ARM控制器3、FRAM铁电存储器4和编码器5。其中，电源1连接超级电容2、ARM控制器3、FRAM铁电存储器4和编码器5，该电源1同时向ARM控制器3、FRAM铁电存储器4和编码器5供电，并且能够为超级电容2充电；该超级电容1连接ARM控制器3、FRAM铁电存储器4和编码器5，并且能够在电源1失效时短时向该ARM控制器3、FRAM铁电存储器4和编码器5供电，以维持它们的工作；ARM控制器3通过CS线连接并选通FRAM铁电存储器4，并且ARM控制器3通过I2C总线连接FRAM铁电存储器4，以发送存储命令和读取断电前的步进电机位移信息；编码器5通过总线分别与ARM控制器3和FRAM铁电存储器4连接，并且向ARM控制器3传递步进电机位移信息和向FRAM铁电存储器4存储断电前的步进电机位移信息。
采用上述步进电机断电位移恢复装置实施的步进电机断电后电机位移信息恢复方法如下：
***正常工作时，电源1同时给ARM控制器3、FRAM铁电存储器4和编码器5供电，并为超级电容2充电。ARM控制器3通过IO检测电源1是否正常供电，若正常，则不向FRAM铁电存储器4发送任何命令，编码器5通过总线直接将步进电机位移信息传递给ARM控制器3。若电源1失效，则超级电容2将短时向ARM控制器3、FRAM铁电存储器4和编码器5供电。在此过程中，一旦ARM控制器3检测到电源1失效，则立即通过CS线选通FRAM铁电存储器4，并且通过I2C总线向FRAM铁电存储器4发送存储命令，FRAM铁电存储器4瞬时读取并保存编码器5中的断电前步进电机位移信息，当电源1恢复供电后，ARM控制器3再次通过CS线选通FRAM铁电存储器4，并通过I2C总线读取FRAM铁电存储器4里存储的编码器信息，从而获得断电前步进电机位移信息。
本发明克服了现有增量型编码器断电后零位缺失的难题，具有结构简单、性价比高、应用范围广、温度范围宽、可靠性高、寿命长的优点，尤其适用于频繁掉电的场合。
Claims (2)
1.一种步进电机断电位移恢复装置，其特征在于：包括有电源、超级电容、ARM控制器、FRAM铁电存储器和增量型编码器，其中，电源连接超级电容、ARM控制器、FRAM铁电存储器和增量型编码器，同时向ARM控制器、FRAM铁电存储器和增量型编码器供电，并且为超级电容充电，超级电容连接ARM控制器、FRAM铁电存储器和增量型编码器，并且在电源失效时短时向它们供电，ARM控制器通过CS线连接并选通FRAM铁电存储器，并且ARM控制器通过I2C总线连接FRAM铁电存储器以发送存储命令和读取断电前的步进电机位移信息，增量型编码器通过总线分别与ARM控制器和FRAM铁电存储器连接，并且向ARM控制器传递步进电机位移信息和向FRAM铁电存储器存储断电前的步进电机位移信息。
2.一种采用权利要求1所述的步进电机断电位移恢复装置实施的步进电机断电位移信息恢复方法，其特征在于：所述电源同时向所述ARM控制器、FRAM铁电存储器及增量型编码器供电，并为所述超级电容充电；所述ARM控制器检测所述电源是否正常供电，若正常，则该ARM控制器不向所述FRAM铁电存储器发送任何命令，所述增量型编码器通过总线直接将步进电机位移信息传递给该ARM控制器，若电源失效，则所述超级电容短时向所述ARM控制器、FRAM铁电存储器和增量型编码器供电，并且一旦检测到所述电源失效则所述ARM控制器立即通过CS线选通FRAM铁电存储器，并且通过I2C总线向该FRAM铁电存储器发送存储命令，FRAM铁电存储器瞬时读取并保存所述增量型编码器中的断电前步进电机位移信息；所述电源恢复供电后，所述ARM控制器再次通过CS线选通FRAM铁电存储器，并通过I2C总线读取该FRAM铁电存储器里存储的增量型编码器中的断电前步进电机位移信息。
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