一种步进电机的给水给药控制系统的制作方法

本实用新型属于控制系统技术领域，尤其涉及一种步进电机的给水给药控制系统。

背景技术：

对于目前大部分皮肤病患者来说，其患者在治疗期间需要在皮肤患处定时定量涂抹药物来促进治疗。但是由于患处涂抹不均匀以及药物在未完全吸收的状态下多次涂抹，会导致患处的吸收不充分，达不到预期治疗的效果。

技术实现要素：

本实用新型就是针对上述问题，提供一种步进电机的给水给药控制系统的硬件基础。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案，本实用新型包括电源电路、步进电机驱动电路、红外避障报警电路、单片机控制电路和键盘控制电路，其特征在于单片机控制电路的控制信号输出端口与步进电机驱动电路的控制信号输入端口相连；单片机控制电路的检测信号输入端口与红外避障报警电路的检测信号输出端口相连；单片机控制电路的控制信号输入端口与键盘电路的控制信号输出端口相连。

作为一种优选方案，本实用新型还包括电机速度设定电路，单片机控制电路的控制信号输入端口与电机速度设定电路的控制信号输出端口相连。

作为另一种优选方案，本实用新型还包括电机状态反馈电路，单片机控制电路的信号输出端口与电机状态反馈电路的信号输入端口相连。

作为另一种优选方案，本实用新型所述电源电路包括lm7808芯片u10和ams11173v3芯片u11，u10的1脚接vcc-12v，u10的3脚接vcc，u11的3脚接vcc，u11的2、4脚接3v3。

作为另一种优选方案，本实用新型所述单片机控制电路采用stm32f103rct6单片机u5，u5的5脚和6脚外接8m晶振y1，分别通过c19和c20的22pf电容连接到地；

u5的20～23、41～44分别与sleep、ms1、ms2、ms3、step、dir、enable、reset对应相连，u5的51、40、39分别与down、up、distence对应相连，u5的25、24、11、10、9、8脚分别与pc5、pc4、pc3、pc2、pc1、pc0对应相连，u5的61、62脚分别与speedl、speedh对应相连，u5的57脚接up&down，u5的26脚接disback。

作为另一种优选方案，本实用新型所述步进电机驱动电路采用a4988芯片u1，u1的21、24、1、26脚分别与b1、a1、b2、a2对应相连，u1的17脚接滑动变阻器r6，u1的12、2、19、11、10、9、16、14分别与reset、enable、dir、ms3、ms2、ms1、step、sleep对应相连。

作为另一种优选方案，本实用新型所述红外避障报警电路采用红外发射接收对管ic1和lm393芯片u2，ic1输入端阳极通过电阻r8接3v3，ic1输入端阴极接地，ic1输出端发射极接地，ic1输出端集电极接u2的3脚，u2的2脚接变阻器r9，u2的1脚分别与distence、发光二极管l_b1阴极相连，l_b1阳极通过电阻rp1接3v3。

其次，本实用新型所述电机速度设定电路采用光耦tlp521-2芯片u6，u6的1脚通过电阻r12接speed_l，u6的2脚通过发光二极管led1接earth，u6的8脚接3v3，u6的7脚分别与电阻r11一端、电阻r13一端相连，r11另一端分别与speedl、电容c14一端相连，c14另一端分别与gnd、r13另一端相连；

u6的3脚通过电阻r17接speed_h，u6的4脚通过发光二极管led2接earth，u6的6脚接3v3，u6的5脚分别与电阻r16一端、电阻r18一端相连，r16另一端分别与speedl、电容c17一端相连，c17另一端分别与gnd、r18另一端相连。

另外，本实用新型所述电机状态反馈电路采用g6k-2f-y3vdc继电器u8和u9，u8的1脚接3v3，u8的8脚接npn三极管q1的集电极，q1的发射极接地，q1的基极通过电阻r26接disback，u8的7脚接dis1，u8的6脚接earth，u8的5脚接dis0；

u9的1脚接3v3，u9的8脚接npn三极管q2的集电极，q2的发射极接地，q2的基极通过电阻r27接up&down，u9的7脚接up_o，u9的6脚接earth，u9的5脚接down_o。

本实用新型有益效果。

本实用新型设置电机速度设定电路，给药速度可调，方便患者在药物充分吸收后，再次进行给药，到达预期的治疗效果。

本实用新型采用红外模块测试给药装置与患处的距离，避免距离过近，给药面积不充分。

本实用新型设置键盘控制电路，便于使用操作。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。本实用新型保护范围不仅局限于以下内容的表述。

图1为本实用新型电源电路。

图2为本实用新型步进电机驱动电路。

图3为本实用新型红外避障报警电路。

图4为本实用新型单片机控制电路。

图5为本实用新型键盘控制电路、电机速度设定电路以及系统状态反馈电路。

图6为本实用新型结构示意图。

具体实施方式

如图所示，本实用新型包括电源电路、步进电机驱动电路、红外避障报警电路、单片机控制电路、键盘控制电路、电机速度设定电路和电机状态反馈电路，单片机控制电路的控制信号输出端口与步进电机驱动电路的控制信号输入端口相连；单片机控制电路的检测信号输入端口与红外避障报警电路的检测信号输出端口相连；单片机控制电路的控制信号输入端口与电机速度设定电路的控制信号输出端口相连；单片机控制电路的控制信号输入端口与键盘电路的控制信号输出端口相连；单片机控制电路的信号输出端口与电机状态反馈电路的信号输入端口相连。

所述电源电路包括lm7808芯片u10和ams11173v3芯片u11，u10的1脚接vcc-12v，u10的3脚接vcc，u11的3脚接vcc，u11的2、4脚接3v3。电源电路将开关电源输入的12v电源转换为系统工作需要的电压8v和3.3v。l1和r25起到电源和地的隔离作用，c21和e1起到电源滤波作用。12v转8v采用lm7808,c22、c23、c24、c25为滤波作用。8v转3.3v采用1117-3.3，电容cp1～cp4同样起到滤波作用。

所述单片机控制电路采用stm32f103rct6单片机u5，u5的5脚和6脚外接8m晶振y1，分别通过c19和c20的22pf电容连接到地；u5的20～23、41～44分别与sleep、ms1、ms2、ms3、step、dir、enable、reset对应相连，u5的51、40、39分别与down、up、distence对应相连，u5的25、24、11、10、9、8脚分别与pc5、pc4、pc3、pc2、pc1、pc0对应相连，u5的61、62脚分别与speedl、speedh对应相连，u5的57脚接up&down，u5的26脚接disback。c11～c13为单片机电源滤波电容。l_b3指示灯，用于指示单片机工作状态。

所述步进电机驱动电路采用a4988芯片u1，u1的21、24、1、26脚分别与b1、a1、b2、a2对应相连，u1的17脚接滑动变阻器r6，u1的12、2、19、11、10、9、16、14分别与reset、enable、dir、ms3、ms2、ms1、step、sleep对应相连。

a1、b1、a2、b2外接步进电机接口。驱动电流通过r6滑动变阻器调节。r3、r4为0.1欧姆电阻，调节r6改变ref脚的输入电压，电机驱动电流计算公式为

i＝vref/(8×r)

其中，r为r3或者r4精密采样电阻。

sleep为睡眠模式，接低电平系统断电，接高电平系统上电；ms1～ms3细分设置，提高步进电机分辨率；enable为使能控制，接低电平启动；reset重置，接高电平正常工作；dir为电机正转反转控制，接低电平正转，接高电平反转；step引脚输入脉冲信号，驱动电机。以上引脚均通过单片机输出控制。如表1所示。

表1.逻辑控制

所述红外避障报警电路采用红外发射接收对管ic1和lm393芯片u2，ic1输入端阳极通过电阻r8接3v3，ic1输入端阴极接地，ic1输出端发射极接地，ic1输出端集电极接u2的3脚，u2的2脚接变阻器r9，u2的1脚分别与distence、发光二极管l_b1阴极相连，l_b1阳极通过电阻rp1接3v3。

红外发射管发射光信号，返回光会被红外接收管接收到，接收到的信号输入给lm393的同相端，与反相端输入信号进行比较，若输出为高电平，表示未接收到返回光信号。若输出为低电平，表示探测到距离过近，前方有障碍物。探测距离可通过r9滑动变阻器调节，可调范围为2cm～30cm。l_b1为距离报警灯。报警信号输入给单片机，单片机控制执行其他操作。

所述键盘控制电路用于控制电机的正转和反转。

所述电机速度设定电路采用光耦tlp521-2芯片u6，u6的1脚通过电阻r12接speed_l(外部输入信号，0或12v高低电平控制，可通过按键控制)，u6的2脚通过发光二极管led1接earth，u6的8脚接3v3，u6的7脚分别与电阻r11一端、电阻r13一端相连，r11另一端分别与speedl、电容c14一端相连，c14另一端分别与gnd、r13另一端相连；

u6的3脚通过电阻r17接speed_h(外部输入信号，0或12v高低电平控制，可通过按键控制)，u6的4脚通过发光二极管led2接earth，u6的6脚接3v3，u6的5脚分别与电阻r16一端、电阻r18一端相连，r16另一端分别与speedl、电容c17一端相连，c17另一端分别与gnd、r18另一端相连。

电机速度有3种模式，高速、中速和低速。通过光耦隔离后输入给单片机对电机速度进行控制，满足用户对给药速度的多种需求。当speed_l(或speed_h)为0时，光耦不工作，此时speed_l(或speed_h)输出给单片机信号为0；当speed_l(或speed_h)为1时，光耦正常工作，此时speed_l(或speed_h)输出给单片机信号为1。采用高低两位控制电机不同转速。控制模式如表2所示。

表2

所述电机状态反馈电路采用g6k-2f-y3vdc继电器u8和u9，u8的1脚接3v3，u8的8脚接npn三极管q1的集电极，q1的发射极接地，q1的基极通过电阻r26接disback，u8的7脚接dis1，u8的6脚接earth，u8的5脚接dis0；dis1和dis0为信号反馈接口，可将红外避障电路信号输出给监控设备。

u9的1脚接3v3，u9的8脚接npn三极管q2的集电极，q2的发射极接地，q2的基极通过电阻r27接up&down，u9的7脚接up_o，u9的6脚接earth，u9的5脚接down_o。upo和down_o信号为电机正转反转发反馈信号，可将电机状态信号输出给监控设备。

继电器驱动采用npn三极管8050，基极输入信号为高电平时，三极管导通，继电器线圈有电流流过，继电器常开触点吸合，输出当前信号。当基极输入信号为低电平时，三极管不导通，继电器无动作，继电器触点处于常闭回路，输出当前信号。此动作用于输出电机当前正转反转状态以及红外避障是否遇到障碍物。

如图6所示，所述电源电路、步进电机驱动电路、红外避障报警电路、单片机控制电路、电机速度设定电路和电机状态反馈电路可设置在壳体7内，键盘设置在壳体表面，步进推杆电机1的推杆驱动壳体外侧的推板3，壳体7可沿推板3的移动路径设置条状开口，步进推杆电机1的推杆通过连板连接推板3，连板穿过条状开口。针筒5可通过卡槽与壳体7外侧连接，便于针筒5的安装和拆下。针筒5安装到壳体7外侧后，针筒5的活塞杆4后端与推板3为相互作用端，推板3推动活塞杆4完成给药动作。红外避障报警电路的红外发射接收对管可设置在壳体7前端，手持壳体7接近患处给药过程中，如果距离过近，单片机控制电路控制电机停止工作。

可以理解的是，以上关于本实用新型的具体描述，仅用于说明本实用新型而并非受限于本实用新型实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本实用新型的保护范围之内。