CN109672369B - 一种适用于自动售货机货道电机的矩阵驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于自动售货机货道电机的矩阵驱动装置，包括电流检测模块、电机正极控制电路模块、电机负极控制电路模块、主控芯片、电源模块和通信模块；电源模块、通信模块、电流检测模块、电机正极控制电路模块、电机负极控制电路模块分别与主控芯片连接；电流检测模块采用电流检测芯片，电流检测芯片通过串联电阻分压实现电流检测转化为电压检测，主控芯片通过AD采样获得具体电压值，主控芯片处理电压值得到电机运行电流，进而判断电机的运行状态；主控芯片处理上位机发送的指令，根据上位机指令，控制电机，并监控电机的运行状态，向上位机上报指令完成情况。通过上述方式，本发明能够安全、稳定、低成本的实现货道电机的矩阵驱动。
Description
技术领域
本发明涉及自动售货机领域，特别是涉及一种适用于自动售货机货道电机的矩阵驱动装置。
背景技术
自动售货机是一种全新的商业零售形式，又被称为24小时营业的微型超市，它不受时间、地点的限制，能节省人力、方便交易。大量生产、大量消费以及消费模式和销售环境的变化，自动售货机可售卖的商品种类越来越多。随之，自动售货机要控制的货道越来越多，货道电机的驱动要求也越来越高。如何安全、稳定、低成本的实现货道电机的矩阵驱动是行业内要解决的技术问题。具体主要涉及驱动开关的设计、电机运行中过流防护、微处理器的选择等。
目前，货道电机主流驱动方式为矩阵驱动，如图1货道电机矩阵驱动结构图所示，包括X条横向导线、Y条纵向导线、X*Y个电机、X+Y个驱动开关、微处理器和供电电源；各电机的两极分别连接到X条横向导线和Y条纵向导线上；每条纵向导线的一端分别连接一个驱动开关后与供电电源正极连接；每条横向导线的一端分别连接一个驱动开关后与地连接；微处理器与驱动开关信号交互，实现驱动开关的闭合与打开，只有当X和Y两条线上的驱动开关同时闭合，电机才能正常工作。
为了更好的实现货道电机的矩阵驱动，现有一种驱动电路，包括单片机、采样电阻组、比较器、拨码开关组、通信芯片、光电耦合器、NMOS管、PMOS管、电机等，具体电路结构图如图2所示；H1…H10连接电机正极，L1…L10连接电机负极；单片机用于消息处理，电机驱动控制；采样电阻组，该采样电阻组包括一个以上的采样电阻，各采样电阻分别与对应的电机相连，用于向比较器发送表示该电机当前工作电压的信号；比较器，该比较器分别与单片机和采样电阻组相连，用于向单片机发送表示指定电机的工作电流过大的信号；拨码开关组，该拨码开关组包括一个以上的拨码开关，拨码开关组与单片机相连，根据各开关的开闭状态设定对应电机的驱动板的通讯地址；通信芯片，该通信芯片分别与单片机及外部设备相连，用于单片机与外部设备之间的通信。单片机通过光电耦合器和NMOS管连接各电机的负极，通过光电耦合器和PMOS管连接各电机的正极；只有当电机的正极和负极的MOS管都导通时，电机才开始工作。
以上电路用于自动售货机，一是无法完全实现自动化功能，以拨码开关组实现驱动板的选择，不利于单片机自动控制；二是以MOS管、比较器、采样电阻组、光耦的电路组合过于繁琐，不利于降低成本。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种适用于自动售货机货道电机的矩阵驱动装置，优化了电机正负极的控制电路，实现单片机对于货道电机的完全自动化控制；优化了电机防护电路，减少采样电阻的数量，去掉了比较器，以较低的成本实现电机运行中过流的防护功能；能够安全、稳定、低成本的实现货道电机的矩阵驱动。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种适用于自动售货机货道电机的矩阵驱动装置，包括：电流检测模块、电机正极控制电路模块、电机负极控制电路模块、主控芯片、电源模块和通信模块；所述电源模块、通信模块、电流检测模块、电机正极控制电路模块、电机负极控制电路模块分别与主控芯片连接；所述电流检测模块采用电流检测芯片，电流检测芯片通过串联电阻分压实现电流检测转化为电压检测，主控芯片通过AD采样获得具体电压值，主控芯片处理电压值得到电机运行电流，进而判断电机的运行状态；所述电机正极控制电路模块采用电机驱动芯片控制，每个电机驱动芯片提供四个可独立控制的1/2H桥驱动器，针对每个通道的输出驱动器通道由在一个1/2H桥配置中进行配置的N通道功率MOSFET组成；所述电机负极控制电路模块包括NPN型三极管Q3、PNP型三极管Q2和NMOS晶体管Q1，所述电机负极控制电路模块的输入端为MCU_SignalL1；所述MCU_SignalL1通过电阻R6与所述NPN型三极管Q3的基极连接，所述MCU_SignalL1和所述电阻R6之间与电阻R7一端连接，所述电阻R7另一端接地，所述NPN型三极管Q3的发射极接地，所述NPN型三极管Q3的集电极串联有电阻R5和电阻R4；所述PNP型三极管Q2的基级通过电阻R3连接到所述电阻R5与所述电阻R4之间，所述PNP型三极管Q2的发射极与24V电源正极连接，所述PNP型三极管Q2的集电极通过电阻R2与所述NMOS晶体管Q1的栅极连接，所述NMOS晶体管Q1的漏极通过二极管与所述电阻R4另一端连接，所述电机连接在所述NMOS晶体管Q1的漏极与所述二极管之间，所述NMOS晶体管Q1的源极接地，所述电阻R2和所述NMOS晶体管Q1的栅极之间与电阻R1一端连接，所述电阻R1另一端接地；所述主控芯片处理上位机发送的指令，根据上位机指令，控制电机，并监控电机的运行状态，向上位机上报指令完成情况；所述电源模块为5V转3.3V模块，电源模块为主控芯片提供电源，电源模块为电流检测芯片提供参考电压，电源模块为电机驱动芯片提供高电平。
进一步，所述电流检测芯片上连接分流器电阻R1，电流检测芯片上设有OUT输出端，所述主控芯片上设有AD采样通道，电流检测芯片通过OUT输出端经过AD采样通道将数据传输给主控芯片；所述电流检测芯片可在独立于电源电压的4V至80V宽共模电压范围内检测分流器电阻R1上的压降，且不会使输出电压产生较大的瞬变及相应的恢复纹波，检测结果通过OUT输出端，传递给主控芯片的AD采样通道，经主控芯片处理得到电机运行电流，进而判断电机的运行状态。
进一步，所述通信模块为RS485模块，RS485模块实现主控芯片与上位机的通信。
本发明的有益效果是：本发明优化了电机正负极的控制电路，实现单片机矩阵驱动的每一行每一列的独立自动控制，无需增加额外的驱动板选择电路；优化了电机防护电路，采用采样电阻和电流检测芯片的组合，由MCU进行AD采样，只需一个采样电阻即可。减少了采样电阻的数量，去掉了比较器，使电流检测结果可量化更加精确，以较低的成本实现电机运行中过流的防护功能。
附图说明
图1是货道电机矩阵驱动构架示意图；
图2是现有技术中货道电机矩阵驱动电路结构示意图；
图3是本发明一种适用于自动售货机货道电机的矩阵驱动装置的***构架图；
图4是本发明一种适用于自动售货机货道电机的矩阵驱动装置中电流检测模块的结构示意图；
图5是本发明一种适用于自动售货机货道电机的矩阵驱动装置中电机正极控制电路模块的结构示意图；
图6是本发明一种适用于自动售货机货道电机的矩阵驱动装置中电机负极控制电路模块的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1至图6，本发明实施例包括：
一种适用于自动售货机货道电机的矩阵驱动装置，包括：电流检测模块、电机正极控制电路模块、电机负极控制电路模块、主控芯片、电源模块和通信模块；所述电源模块、通信模块、电流检测模块、电机正极控制电路模块、电机负极控制电路模块分别与主控芯片连接；
所述电源模块为5V转3.3V模块，电源模块为主控芯片提供电源，电源模块为电流检测芯片提供参考电压，电源模块为电机驱动芯片提供高电平；
所述通信模块为RS485模块，实现货道电机控制板与上位机的通信；
所述电流检测模块主要用于检测电机工作时的电流，通过串联电阻分压实现电流检测转化为电压检测，主控芯片通过AD采样获得具体电压值；所述电流检测模块采用电流检测芯片，一个采样电阻和一块电流检测芯片取代了现有技术各支路中的采样电阻和比较器；见图4所示，电机运行时，检测芯片可在独立于电源电压的4V至80V宽共模电压范围内检测分流器电阻R1上的压降，且不会使输出电压产生较大的瞬变及相应的恢复纹波，检测结果通过OUT输出端，传递给主控MCU的AD采样通道，经MCU处理得到电机运行电流，进而判断电机的运行状态；
所述电机正极控制电路模块采用电机驱动芯片控制，每个电机驱动芯片可以提供四个可独立控制的1/2H桥驱动器，针对每个通道的输出驱动器通道由在一个1/2H桥配置中进行配置的N通道功率MOSFET组成，电机驱动芯片支持过流保护、短路保护、欠压锁定以及过温保护；见图5所示，电机正极控制电路模块主要由电机控制芯片组成，24V供电，MCU_EN1…MCU_EN4为电机控制芯片输入控制信号，MCU_SignalH1为电机正极控制信号，电机H1…电机H4为电机控制芯片输出信号，对应矩阵驱动的四列控制信号，当MCU_EN信号有效时，电机控制芯片受MCU_SignalH1信号的控制，改变电机1…电机4的输出电平，从而控制矩阵启动对应列电机的24V电源的闭合与断开；
所述电机负极控制电路模块采用三极管和MOS管组成，控制电机负极的连接与断开；见图6所示，电机负极控制电路模块主要由NPN型三极管Q3、PNP型三极管Q2和NMOS晶体管Q1组成，24V供电，电机负极控制电路模块的输入端为MCU_SignalL1；MCU_SignalL1通过电阻R6与NPN型三极管Q3的基极连接，MCU_SignalL1和电阻R6之间与电阻R7一端连接，电阻R7另一端接地，NPN型三极管Q3的发射极接地，NPN型三极管Q3的集电极串联有电阻R5和电阻R4；PNP型三极管Q2的基级通过电阻R3连接到电阻R5与电阻R4之间，PNP型三极管Q2的发射极与24V电源正极连接，PNP型三极管Q2的集电极通过电阻R2与NMOS晶体管Q1的栅极连接，NMOS晶体管Q1的漏极通过二极管与电阻R4另一端连接，电机L1连接在NMOS晶体管Q1的漏极与二极管之间，NMOS晶体管Q1的源极接地，电阻R2和NMOS晶体管Q1的栅极之间与电阻R1一端连接，电阻R1另一端接地；
MCU_SignalL1为电机负极控制信号，电机L1对应矩阵驱动的1行控制信号，当MCU_SignalL1信号有效时，NPN型三极管Q3导通，电阻R4、电阻R5分压使PNP型三极管Q2基极(B)电压低于发射极(E)电压，PNP型三极管Q2导通，由于电阻R2、电阻R1的分压作用，使NMOS晶体管Q1的栅极(G)电压为12V，NMOS晶体管Q1的源极(S)接地，此时NMOS晶体管Q1导通，电机L1接地，矩阵驱动对应行电机的负极接地；
所述主控芯片处理上位机发送的指令，根据上位机指令，控制电机，并监控电机的运行状态，向上位机上报指令完成情况。
本发明矩阵驱动的每一行每一列MCU均可单独控制，电机正极控制选用电机驱动芯片，每个芯片提供4个1/2H桥驱动器，即可驱动四路电机，使电路更加简洁可靠；电机负极采用二极管、三极管、MOS管组成的逻辑控制电路，控制电机的接地；电流检测功能采用采样电阻和电流检测芯片的组合，由MCU进行AD采样，使电流检测结果可量化更加精确。能够安全、稳定、低成本的实现货道电机的矩阵驱动。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (3)
1.一种适用于自动售货机货道电机的矩阵驱动装置，其特征在于，包括：电流检测模块、电机正极控制电路模块、电机负极控制电路模块、主控芯片、电源模块和通信模块；所述电源模块、通信模块、电流检测模块、电机正极控制电路模块、电机负极控制电路模块分别与主控芯片连接；所述电流检测模块采用电流检测芯片，电流检测芯片通过串联电阻分压实现电流检测转化为电压检测，主控芯片通过AD采样获得具体电压值，主控芯片处理电压值得到电机运行电流，进而判断电机的运行状态；所述电机正极控制电路模块采用电机驱动芯片控制，每个电机驱动芯片提供四个可独立控制的1/2H桥驱动器，针对每个通道的输出驱动器通道由在一个1/2H桥配置中进行配置的N通道功率MOSFET组成；所述电机负极控制电路模块包括NPN型三极管Q3、PNP型三极管Q2和NMOS晶体管Q1，所述电机负极控制电路模块的输入端为MCU_SignalL1；所述MCU_SignalL1通过电阻R6与所述NPN型三极管Q3的基极连接，所述MCU_SignalL1和所述电阻R6之间与电阻R7一端连接，所述电阻R7另一端接地，所述NPN型三极管Q3的发射极接地，所述NPN型三极管Q3的集电极串联有电阻R5和电阻R4；所述PNP型三极管Q2的基级通过电阻R3连接到所述电阻R5与所述电阻R4之间，所述PNP型三极管Q2的发射极与24V电源正极连接，所述PNP型三极管Q2的集电极通过电阻R2与所述NMOS晶体管Q1的栅极连接，所述NMOS晶体管Q1的漏极通过二极管与所述电阻R4另一端连接，所述电机连接在所述NMOS晶体管Q1的漏极与所述二极管之间，所述NMOS晶体管Q1的源极接地，所述电阻R2和所述NMOS晶体管Q1的栅极之间与电阻R1一端连接，所述电阻R1另一端接地；所述主控芯片处理上位机发送的指令，根据上位机指令，控制电机，并监控电机的运行状态，向上位机上报指令完成情况；所述电源模块为5V转3.3V模块，电源模块为主控芯片提供电源，电源模块为电流检测芯片提供参考电压，电源模块为电机驱动芯片提供高电平。
2.根据权利要求1所述的一种适用于自动售货机货道电机的矩阵驱动装置，其特征在于：所述电流检测芯片上连接分流器电阻R1，电流检测芯片上设有OUT输出端，所述主控芯片上设有AD采样通道，电流检测芯片通过OUT输出端经过AD采样通道将数据传输给主控芯片；所述电流检测芯片可在独立于电源电压的4V至80V宽共模电压范围内检测分流器电阻R1上的压降，且不会使输出电压产生较大的瞬变及相应的恢复纹波，检测结果通过OUT输出端，传递给主控芯片的AD采样通道，经主控芯片处理得到电机运行电流，进而判断电机的运行状态。
3.根据权利要求1所述的一种适用于自动售货机货道电机的矩阵驱动装置，其特征在于：所述通信模块为RS485模块，RS485模块实现主控芯片与上位机的通信。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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