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        步進電機智能控制的設(shè)計與實現(xiàn)

        2016-12-26 12:46:20徐建國
        電子技術(shù)與軟件工程 2016年22期
        關(guān)鍵詞:控制

        徐建國

        摘 要

        步進電機是利用輸入數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成機械能量的電氣設(shè)備,由于步進電機旋轉(zhuǎn)角度與輸入脈沖數(shù)目成正比,只要控制輸入的脈沖數(shù)目便可控制電機轉(zhuǎn)動角度。設(shè)計一個步進電機智能控制。要求能從鍵盤上輸入步進電機轉(zhuǎn)數(shù),控制步進電機正、反轉(zhuǎn)及啟停,并顯示轉(zhuǎn)數(shù)。

        【關(guān)鍵詞】步進電機 脈沖 控制

        1 步進電機智能控制思路

        我們知道步進電機必須加上驅(qū)動電路才能轉(zhuǎn)動,驅(qū)動電路的信號輸入端必須輸入脈沖信號,若無脈沖輸入時,轉(zhuǎn)子保持yd的位置,維持靜止狀態(tài);反之,若加入適當?shù)拿}沖信號時,轉(zhuǎn)子則會以一定的角度轉(zhuǎn)動,如果加入連續(xù)脈沖時,則轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的角度與脈沖頻率成正比。

        為此,我們掌握了如何使用按鍵對步進電機進行方向和轉(zhuǎn)速控制。但是如何對步進電機進行精確定位和精確定速?

        步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號,它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度,它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的。這樣,我們就可以通過以下兩個方面對步進電機進行智能控制,達到精確定位和精確定速的目的。

        (1)通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量,從而達到準確定位的目的;

        (2)通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度,從而達到精確定速和調(diào)速的目的。

        作為一種數(shù)字伺服執(zhí)行元件,步進電機具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、控制方便、控制性能好等優(yōu)點,步進電機智能控制可以廣泛應(yīng)用在數(shù)控機床、機器人、自動化儀表等領(lǐng)域。

        2 步進電機智能控制組成

        步進電機智能控制主要包括單片機、鍵盤輸入模塊、顯示模塊以及步進電機控制模塊等部分。步進電機智能控制的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

        鍵盤輸入模塊主要完成數(shù)據(jù)輸入及控制輸入;顯示模塊主要對步進電機的設(shè)置和運行狀態(tài)進行顯示(如顯示步進電機設(shè)置要旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)以及正反轉(zhuǎn)指示等);步進電機控制模塊主要是由單片機輸出控制碼到驅(qū)動電路來控制步進電機的運轉(zhuǎn)。

        3 步進電機智能控制設(shè)計

        設(shè)計一個步進電機智能控制。要求能從鍵盤上輸入步進電機轉(zhuǎn)數(shù),控制步進電機正、反轉(zhuǎn)及啟停,并顯示轉(zhuǎn)數(shù)。

        3.1 步進電機速度控制和方向控制的關(guān)鍵技術(shù)

        3.1.1 速度控制關(guān)鍵技術(shù)

        只要改變脈沖信號之間的延時時間,即改變每步之間的延時時間,便可控制步進電機的轉(zhuǎn)速。延時時間變短,轉(zhuǎn)速提高,延時時間變長,轉(zhuǎn)速降低。每走一步,必須延時一段時間。

        3.1.2 方向控制關(guān)鍵技術(shù)

        只要改變勵磁順序,就可以改變步進電機旋轉(zhuǎn)方向。例如:

        正轉(zhuǎn)時,1相勵磁順序為:A→B→C→D→……

        反轉(zhuǎn)時,1相勵磁順序為:D→C→B→A→……

        3.2 鍵盤控制步進電機方向和速度

        鍵盤控制步進電機的方向和速度由AT89S52單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)、步進電機驅(qū)動電路、鍵盤電路等模塊構(gòu)成。反轉(zhuǎn)按鍵、加速按鍵、減速按鍵和正轉(zhuǎn)按鍵分別接到P2口的P2.0、P2.1、P2.2和P2.3引腳。驅(qū)動電路采用高電壓、大電流的ULN2003A,分別接到P3口的P3.0、P3.1、P3.2和P3.3引腳。

        3.3 鍵盤設(shè)計

        鍵盤采用矩陣式鍵盤,鍵盤設(shè)計功能分配如下:

        (1)0~9:為數(shù)字鍵。

        (2)*:正逆轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)設(shè)定完成后,按“*”啟動步進馬達。

        (3)#:清除設(shè)定為正轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)數(shù)為00.

        (4)A:設(shè)定正逆轉(zhuǎn)。按A鍵則LED亮,表示反轉(zhuǎn),再按則LED指示燈滅,表示正轉(zhuǎn),再按LED亮。

        3.4 數(shù)碼管顯示模塊設(shè)計

        數(shù)碼管顯示模塊電路采用硬件譯碼輸出字型碼控制顯示內(nèi)容,數(shù)碼管是陽極數(shù)碼管,7段字型譯碼器用的是74LS47,電路設(shè)計參考圖2。

        3.5 步進電機控制模塊設(shè)計

        步進電機控制模塊電路采用有施密特觸發(fā)器的六反方器74LS14和高低壓、大電流的達靈頓晶體管數(shù)組產(chǎn)品ULN2003A,電路設(shè)計參考圖2。

        3.6 步進電機智能控制電路實現(xiàn)

        步進電機控制模塊電路、鍵盤電路、數(shù)碼管顯示模塊電路分別接在AT89S52單片機的P0口、P1口、P2口,接在P3.0的LED是步進電機正反轉(zhuǎn)的引腳顯示的,步進電機智能控制電路設(shè)計如圖2所示。

        3.7 步進電機智能控制工作過程

        由鍵盤輸入轉(zhuǎn)數(shù),設(shè)定正反轉(zhuǎn)后,按確認鍵。單片機根據(jù)設(shè)定由P0口送出控制碼經(jīng)74LS14和ULN2003A達靈頓管驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動。同時,LED數(shù)碼管顯示設(shè)定的轉(zhuǎn)數(shù),步進電機每轉(zhuǎn)動一圈,數(shù)碼顯示的數(shù)字減1,當減至零時,步進電機停止轉(zhuǎn)動。LED指示燈亮,表示反轉(zhuǎn),LED指示燈滅,表示正轉(zhuǎn)。步進電機智能控制采用C語言程序設(shè)計(略)。

        作者單位

        炎黃職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇省淮安市 223400

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