一种无刷电动螺丝刀及其自动限扭控制方法与流程

[0001]
本发明属于电动螺丝刀技术领域，具体涉及一种无刷电动螺丝刀及其自动限扭控制方法。


背景技术：

[0002]
传统的电动螺丝刀一般采用有刷电机，在使用一段时间后，需要打开电机来清理电机的碳刷，费事费力，并且发热较大，寿命短；另外，传统电动螺丝刀限扭方式使用机械限扭，机械限扭只用一段时间后，对扭矩的控制不精准，需要再次校准。


技术实现要素：

[0003]
本发明的目的在于提供一种无刷电动螺丝刀及其自动限扭控制方法，通过设置限扭控制单元和扭力/转速配置单元，限扭控制单元实时采集无刷电机工作时的电流信号，获得adc值，作为采集值发送给主控单元；扭力/转速配置单元预设配置相应挡位的扭矩/转速，作为标准值存储在主控单元，主控单元将收到的限扭控制单元发送的采集值信息与预设的标准值信息进行分析处理，并判断当前该挡位下的扭矩是否超过该挡位下预设的标准扭矩范围，进而发送控制无刷电机工作状态的指令，实现自动限扭的目的，很好的解决了传统机械限扭，使用一段时间后需要再次校准的问题。
[0004]
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种无刷电动螺丝刀，包括壳体、无刷电机、用于控制无刷电机工作状态的控制模块、用于给控制模块提供电能得电源模块，所述控制模块包括主控单元、充/放电及电源管理单元、开关/调挡单元、限扭控制单元、扭力/转速配置单元、指示单元、电机驱动控制单元，充/放电及电源管理单元、开关/调挡单元、限扭控制单元、扭力/转速配置单元、分别与主控单元通信连接，主控单元的输出分别与指示单元、电机驱动控制单元的信号输入端连接，电机驱动控制单元的输出连接无刷电机；所述限扭控制单元采集电机电流，以获得adc值；并将采集的信号发送给主控单元，为限扭提供采样值；扭力/转速配置单元，用于预设配置相应挡位的扭矩/转速，以使配置的扭矩/转速存储到主控单元；主控单元根据接收到的限扭控制单元发送的信号，与其事先存储的相应预设挡位的扭矩/转速进行比较分析，并向电机驱动控制单元发送相应的控制指令，进而控制无刷电机的工作状态，以实现电子限扭的目的。
[0005]
进一步的，所述限扭控制单元包括检测无刷电机工作时无刷电机电流的电流监控芯片，电流监控芯片的型号为in180a；所述电机驱动控制单元包括电机驱动控制单元包括电机驱动电路、为电机驱动提供电源的电机电源电路，电机驱动电路包括电机驱动芯片，所述电机驱动芯片的型号为drv8308。
[0006]
进一步的，所述主控单元包括主控芯片，所述主控芯片的型号为stm32f103c8t6；所述充/放电及电源管理单元包括电池、系统电源电路和充电芯片，系统电源电路包括稳压芯片，电池经稳压芯片稳压后输出3.3v电源为系统提供电能；充电芯片的型号为ip5219充
电芯片，充电芯片通过usb接口与外部电源连接。
[0007]
进一步的，所述开关/调挡单元包括开关/调挡按键、正转按键、反转按键，所述开关/调挡按键分开关/机控制模式和调挡模式，长按开关/调挡按键则进入开/关机控制模式，以实现开/关机；在开机状态下，短时间按压开关/调挡按键实现调挡换挡功能；所述指示单元包括挡位指示灯组。
[0008]
进一步的，所述调挡模式包括4个挡位，所述挡位指示灯组包括四个挡位指示灯，每个挡位指示灯对应一个挡位。
[0009]
进一步的，所述扭力/转速配置单元通过usb接口与上位机通信连接，以预设不同工作场景所需要的工作参数。
[0010]
进一步的，无刷电动螺丝刀的自动限扭控制方法，包括一些步骤s1，预设配置相应挡位的扭矩/转速，作为标准值存储在主控单元；s2，无刷电机工作时，通过限扭控制单元实时采集无刷电机工作时的电流信号，获得adc值，作为采集值发送给主控单元；s3，主控单元将收到的步骤s2发送的采集值信息与预设的标准值信息进行分析处理，并判断当前该挡位下的扭矩是否超过该挡位下预设的标准扭矩范围；s4，当前该挡位下的扭矩超过该挡位下预设的标准扭矩，主控单元向电机驱动控制单元发送控制无刷电机停止工作的指令；无刷电机停止工作；s5，当前该挡位下的扭矩在该挡位下预设的标准扭矩范围内，无刷电机正常工作。
[0011]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：1、本发明通过设置限扭控制单元和扭力/转速配置单元，主控单元将收到的限扭控制单元发送的采集值信息与预设的标准值信息进行分析处理，并判断当前该挡位下的扭矩是否超过该挡位下预设的标准扭矩范围，进而发送控制无刷电机工作状态的指令，实现自动限扭的目的，很好的解决了传统机械限扭，使用一段时间后需要再次校准的问题。另外，本发明采样无刷电机，解决了传统螺丝刀使用有刷电机驱动，需要经常清理碳刷、费事费力的问题。
[0012]
2、本发明中的开/关机、调挡皆是通过开关/调挡按键这一个按键控制，一键多用，短按调挡，长按开关机，即，长按开关/调挡按键则是执行开关机操作，主控芯片检测按键对应引脚的高低电平的时间长短来判断是在执行调挡还是开关机操作，并根据判断结构输出相应的指令信号。
[0013]
3、本发明中的指示灯组包括四个挡位指示灯，挡位指示灯采用白色led灯，每个挡位指示灯对应一个挡位，当调整到相应的挡位时，与该挡位对应的指示灯会亮，方便操作者得知目前所处挡位。
[0014]
4、本发明中的扭力/转速配置单元，使用上位机软件，通过usb接口配置不同挡位的扭矩与转速，以适应不同工作场景所需的工作参数。
附图说明
[0015]
图1为本发明的结构示意图；图2为本发明的控制原理框图；图3为本发明中的充/放电及电源管理单元的电路原理图；
图4为本发明中的主控单元、限扭控制单元的电路原理图；图5为本发明中的电机驱动控制单元的电路原理图；图6为本发明中的开关/调挡单元、指示单元的电路原理图；图7为本发明的控制流程图；图中：壳体100，正转按键200，反转按键300，开关/调挡按键400。
具体实施方式
[0016]
为使本领域的技术人员对本发明更好的理解，下面结合具体的实施方式对本发明做进一步说明：如图1-7所示，一种无刷电动螺丝刀及其自动限扭控制方法，包括壳体100、无刷电机、用于控制无刷电机工作状态的控制模块、用于给控制模块提供电能的电源模块，控制模块包括主控单元、充/放电及电源管理单元、开关/调挡单元、限扭控制单元、扭力/转速配置单元、指示单元、电机驱动控制单元；充/放电及电源管理单元、开关/调挡单元、限扭控制单元、扭力/转速配置单元分别与主控单元通信连接，主控单元的输出分别与指示单元、电机驱动控制单元的信号输入端连接，电机驱动控制单元的输出连接无刷电机。
[0017]
充/放电及电源管理单元包括电池、系统电源电路和充电芯片，系统电源电路包括稳压芯片，电池经稳压芯片稳压后输出3.3v电源为系统提供电能；充电芯片的型号为ip5219充电芯片，充电电流最大可达到2.1a，并且具有充电状态电源指示灯功能；充电芯片通过usb接口与外部电源连接，以实现充电。
[0018]
限扭控制单元包括检测无刷电机工作时无刷电机电流的电流监控芯片，电流监控芯片的型号为in180a；在无刷电机工作时，限扭控制单元实时采集电机电流信号，以获得adc值；并将采集的信号发送给主控单元，为限扭提供采样值。
[0019]
扭力/转速配置单元通过usb接口与上位机通信连接，具体的，扭力/转速配置单元使用上位机软件通过usb接口预设配置相应挡位的扭矩与转速，以预设不同工作场景所需要的工作参数，配置的扭矩与转速存储到主控单元，作为标准阈值，便于后期判断无刷电机工作时的扭矩是否在允许范围。
[0020]
具体的，主控单元包括主控芯片，主控单元根据接收到的限扭控制单元发送的采集信号，与其事先存储的相应预设挡位的扭矩/转速进行比较分析，并向电机驱动控制单元发送相应的控制指令，进而控制无刷电机的工作状态，以实现自动限扭的目的。
[0021]
主控芯片的型号为stm32f103c8t6，主控芯片具有adc实时测量电压，若电压低于设定阈值，则电源指示灯快闪，进行低电量报警功能。主控芯片上连接程序下载接口j4和调试口jp4，方便通过usb接口进行调试。如图4所示，其中主控芯片中的pa0/wakeup脚是上升沿触发。
[0022]
电机驱动控制单元包括电机驱动电路、为电机驱动提供电源的电机电源电路，电机驱动电路包括电机驱动芯片，电机驱动芯片采用t1 drv8308专用无刷电机驱动芯片，drv8308芯片通过spi接口与主控芯片进行通信，主控芯片配置相关寄存器，并配置驱动drv8308芯片相关使能引脚，进而控制无刷电机，无刷电机直连电机驱动芯片，控制效果好。
[0023]
开关/调挡单元包括开关/调挡按键400、正转按键200、反转按键300，（图3中的s1为正转开关、s2为反转开关），开关/调挡按键400分开关/机控制模式和调挡模式，长按开
关/调挡按键400则进入开/关机控制模式，以实现开/关机；在开机状态下，短时间按压开关/调挡按键400实现调挡换挡功能；开关机、调挡皆是通过开关/调挡按键400这一个按键控制，一键多用，短按调挡，长按开关机，即，长按开关/调挡按键400则是执行开关机操作，主控芯片检测按键对应引脚的高低电平的时间长短来判断是在执行调挡还是开关机操作，并根据判断结构输出相应的指令信号。
[0024]
开关/调挡按键400设置在壳体100后部，正转按键200设置在壳体100上部，反转按键300设置在壳体100底部；指示单元包括挡位指示灯组和指示驱动电路。如图6所示，调挡模式包括3个挡位，挡位指示灯组包括3个挡位指示灯，挡位指示灯采用白色led灯，当调整到相应的挡位时，与该挡位对应的指示灯会亮，方便操作者得知目前所处挡位。（开关机指示灯复用的是，开机时，当前对应的档位灯亮，1挡时，d1亮；2挡时，d1、d2亮；3挡时，d1、d2、d3 亮）。
[0025]
本实施例还提供一种无刷电动螺丝刀自动限扭控制方法：s1，预设配置相应挡位的扭矩/转速，作为标准值存储在主控单元；s2，无刷电机工作时，通过限扭控制单元实时采集无刷电机工作时的电流信号获得adc值，作为采集值发送给主控单元；s3，主控单元将收到的步骤s2发送的采集值信息与预设的标准值信息进行分析处理，并判断当前该挡位下的扭矩是否超过该挡位下预设的标准扭矩范围；s4，当前该挡位下的扭矩超过该挡位下预设的标准扭矩，主控单元向电机驱动控制单元发送控制无刷电机停止工作的指令；无刷电机停止工作；s5，当前该挡位下的扭矩在该挡位下预设的标准扭矩范围内，无刷电机正常工作。
[0026]
本发明通过设置限扭控制单元和扭力/转速配置单元，主控单元将收到的限扭控制单元发送的采集值信息与预设的标准值信息进行分析处理，并判断当前该挡位下的扭矩是否超过该挡位下预设的标准扭矩范围，进而发送控制无刷电机工作状态的指令，实现自动限扭的目的，很好的解决了传统机械限扭，使用一段时间后需要再次校准的问题。另外，本发明采样无刷电机，解决了传统螺丝刀使用有刷电机驱动，需要经常清理碳刷、费事费力的问题。
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本发明中的usb接口采用usb type-c接口，这样正反不会接反，使用方便，usb type-c接口可以实现充电以及实现外部上位机与主控单元之间通信。
[0028]
工作原理：事先以配置好相应挡位下的扭矩与转速（出厂前可以设置好），使用时，长按开关/调挡按键400，电动螺丝刀开机，根据实际情况，通过短按开关/调挡按键400调整到合适挡位，按下正转按键200或反转按键300，电动螺丝刀工作，此时，限扭控制单元实时采集无刷电机工作时的电流信号获得adc值，作为采集值发送给主控单元，主控单元将收到限扭控制单元采集值信息与预设的标准值信息进行分析处理，并判断当前该挡位下的扭矩是否超过该挡位下预设的标准扭矩范围，当前该挡位下的扭矩在该挡位下预设的标准扭矩范围内，无刷电机正常工作；当前该挡位下的扭矩超过该挡位下预设的标准扭矩，主控单元向电机驱动控制单元发送控制无刷电机停止工作的指令；无刷电机停止工作，达到自动限扭的目的。
[0029]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护
范围之内。