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        一種步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行控制器的設(shè)計(jì)

        2019-07-23 01:50:52劉潤(rùn)澤王憲磊
        科技視界 2019年16期
        關(guān)鍵詞:步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行控制

        劉潤(rùn)澤 王憲磊

        【摘 要】步進(jìn)電機(jī)是一種將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移的元器件。本設(shè)計(jì)采用ST89C51單片機(jī)芯片作為步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行控制器的核心,通過(guò)單片機(jī)的I/O口輸出信號(hào),再通過(guò)ULN2003芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行,控制步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、復(fù)位、加速、減速,同時(shí)用液晶顯示屏來(lái)顯示步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)[1]。

        【關(guān)鍵詞】步進(jìn)電機(jī);運(yùn)行;控制

        中圖分類(lèi)號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 2095-2457(2019)16-0016-002

        DOI:10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.16.006

        步進(jìn)電機(jī)是一種將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移的元器件。是一種可靠性較高而且廉價(jià)的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng),在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域都得到了非常廣泛的應(yīng)用[2]。

        步進(jìn)電機(jī)控制器主要是由控制器、功率放大器以及步進(jìn)電機(jī)等元件組成。在現(xiàn)代社會(huì)的生產(chǎn)生活過(guò)程中,為了增強(qiáng)運(yùn)行控制器的可靠性、簡(jiǎn)化運(yùn)行控制器的結(jié)構(gòu)并且降低生產(chǎn)成本,步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的控制可以采用單片機(jī)來(lái)完成,然后利用仿真軟件進(jìn)行仿真[3],代替步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行控制器來(lái)達(dá)到對(duì)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的控制效果。

        1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架

        本設(shè)計(jì)采用單片機(jī),被控制對(duì)象選用四相步進(jìn)電機(jī)。通過(guò)編寫(xiě)的程序,最終實(shí)現(xiàn)通過(guò)按鈕控制電機(jī)的啟停、正反轉(zhuǎn)。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的使用場(chǎng)合不同,設(shè)計(jì)十個(gè)不同轉(zhuǎn)速的檔位,并通過(guò)程序的編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的加減速的功能[3]。為了可以使所設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行控制器具有更好的使用效果并可以運(yùn)用到生產(chǎn)生活中,電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)可以用LCD顯示屏顯示[4]。步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行控制系統(tǒng)主要涵蓋驅(qū)動(dòng)電路、狀態(tài)顯示和按鍵三大部分[5]。總框圖如圖1所示。

        2 步進(jìn)電機(jī)及其主控芯片的選擇

        設(shè)計(jì)中,選用的主控芯片不僅需要考慮控制系統(tǒng)的大小和復(fù)雜程度,還要考慮功耗和抗干擾性能[6]。本設(shè)計(jì)中的受控對(duì)象只有步進(jìn)電機(jī)和液晶顯示屏兩個(gè)部分,復(fù)雜程度較低,采用普通單片機(jī)芯片即可。同時(shí),單片機(jī)的芯片運(yùn)行速度、內(nèi)部?jī)?chǔ)存容量、輸入/輸出引腳的數(shù)量,及其所需要的工作電壓等方面也符合設(shè)計(jì)要求。所以本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)采用ST89C51單片機(jī),

        系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)電壓采用的是+5V直流電壓,因此本設(shè)計(jì)選用的是28BYJ-48型電機(jī)作為被控制對(duì)象。

        3 硬件設(shè)計(jì)及運(yùn)行原理

        本設(shè)計(jì)運(yùn)行控制器的硬件系統(tǒng)是以ST89C51單片機(jī)為運(yùn)行控制核心構(gòu)成的運(yùn)行控制器,采用集成電路ULN2003驅(qū)動(dòng)芯片作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)。五個(gè)分別控制電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的按鍵輸入;同時(shí)采用LCD1602液晶顯示屏顯示步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度的檔位以及電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。

        通過(guò)按鍵來(lái)給單片機(jī)輸入動(dòng)作信號(hào),單片機(jī)輸出信號(hào)到驅(qū)動(dòng)芯片,驅(qū)動(dòng)芯片提供脈沖信號(hào)并驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的控制[7]。當(dāng)對(duì)所選用的步進(jìn)電機(jī)施加一系列的連續(xù)并且不間斷的控制脈沖的時(shí)候,電機(jī)可以做到連續(xù)不間斷地轉(zhuǎn)動(dòng)。單片機(jī)發(fā)出的脈沖可以改變電機(jī)繞組的通電狀態(tài),轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。當(dāng)通電狀態(tài)的改變完成整個(gè)循環(huán)時(shí),轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距[8]。本設(shè)計(jì)的硬件原理圖如圖2所示。

        4 控制系統(tǒng)軟件分析與設(shè)計(jì)

        為了使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行控制器正常運(yùn)行并達(dá)到預(yù)期效果,在設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行控制器時(shí),必須使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行控制器的硬件部分與軟件部分的程序相互匹配。對(duì)于步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的控制主要包括:控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和加減速。在對(duì)運(yùn)行程序的編寫(xiě)之前,應(yīng)首先繪制本部分的設(shè)計(jì)框圖,本設(shè)計(jì)主程序的框圖如圖3所示:

        在程序編輯過(guò)程中,單片機(jī)首先要對(duì)運(yùn)行控制系統(tǒng)中的功能按鍵進(jìn)行掃描;其次單片機(jī)根據(jù)功能按鍵所發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行處理,并向ULN2003步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào);與此同時(shí),在設(shè)計(jì)的過(guò)程中還需要利用單片機(jī)所發(fā)出的信號(hào),對(duì)LCD1602液晶顯示屏進(jìn)行控制,使得液晶顯示屏可以正常顯示步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

        在本設(shè)計(jì)中,對(duì)于步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行控制系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)思路為:第一步,先在運(yùn)行控制的整體上規(guī)劃出所需要的各個(gè)功能模塊;第二步,對(duì)于各個(gè)功能模塊的硬件設(shè)計(jì)以及軟件程序的編輯同時(shí)進(jìn)行,并依次逐步完善各個(gè)功能模塊;第三步,將各個(gè)功能模塊搭建成步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行控制器。

        設(shè)計(jì)過(guò)程就是將步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行控制器的理論做成實(shí)物的過(guò)程[4],其中包括:電子電路的設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的分析與計(jì)算、電路原理圖的繪制、電路板中電子器件的焊接、軟件控制流程圖的設(shè)計(jì)與分析、運(yùn)行程序的編寫(xiě)與軟件的調(diào)試、燒錄程序到單片機(jī)、硬件與軟件系統(tǒng)的檢查與調(diào)試,直到最后步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成。

        【參考文獻(xiàn)】

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