单片机控制步进电机工作原理(设计一个单片机控制步进电机的控制系统)

中国论文网 发表于2022-11-17 21:27:21 归属于电子论文 本文已影响187 我要投稿 手机版

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 关键词 单片机;步进电机;运动控制
  中图分类号TP20 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2012)80-0204-02
  0 引言
  运动控制的应用在国内已有十几年的历史,技术也相当成熟。相对于PLC、变频器等广为人知的产品而言,单片机更具有巨大的潜力市场。新旧技术的交替也形成了市场的另外一个重要驱动力,在加工制造领域,单片机控制仍旧是运动控制市场最主要的趋势,单片机控制市场仍将继续缓慢增长。 运动控制系统通过驱动装置将预定指令变成期望的机构运动,一般功率较小,并有定位要求和频繁启制动的特点,目前在导航系统,雷达天线,精密数控机床,加工中心,机器人,打印机,复印机,磁纪录仪,磁盘驱动器,自动洗衣机,电梯等领域得到广泛的应用。
  1 运动系统组成
  控制系统分为三大模块:单片机系统,步进电机驱动模块和步进电机如图1。驱动模块采用AT89C2051通过对输入的脉冲信号进行处理,并有四种步距角可供选择,实现恒流驱动,驱动两相混合式步进电机。
  硬件设计的基本思路是可靠、实用以及小型化[1]。采用AT89C55微控制器,ATMEL公司的单片微处理器AT89C55WD,内部程序存储器20K,晶振12M,为AT89C5X系列之一,外围电路与AT89xx系列相同,含P0、P1、P2、P3四个接口。 4*4独立式键盘和液晶显示器直接与单片机相连接。键盘设定为功能键,设定运行、停止、复位、参数输入等功能。液晶显示相应的设定功能,在运动进行中显示设定坐标和动态坐标。以悬挂运动控制为设计目标,总系统设计框图如图2。
  2 软件设计
  根据运动的要求,在不同时刻输出相应脉冲数来控制电机的运动[2]。 步进电机的加/减速是通过控制脉冲的频率来实现。脉冲频率增高提速,脉冲频率减少时则减速。为精确到达指定位置,同时控制左右电机的运动,通过嵌套程序来循环控制。由左右滑轮的绕转自 第一论文网绳、放绳的多少和快慢解决上述三个问题,即控制步进电机的转速,转的圈数和方向。在此过程中要处理好两个问题:
  1)运动速度的精确性
  建立一个校验机制,以防超过或未达到所需速度,从一个速度准确达到另外一个速度。
  2)滑轮运动方向的转换
  高速运动下方向变换过程,包括减速、换向、加速的步骤,步进电机换向时要避免大的冲击而损坏电机。 换向信号在前一个方向的脉冲结束后,下一个方向的脉冲前发出。两相混合式步进电机CP脉冲的的脉冲宽度 不小于5μs 。
  假设目标点的坐标为(x0,y0),计算方法如下:
  脉冲步长:
  △L左={(15+x+c)2+[115-b/a (x+c)]2}1/2-{(15+x)2+(115-(b/a)x}1/2 ;
  △L右={[95-(x+c)]2+[115-b/a(x+c)]2}-{(95-x)2+[115-(b/a)x]2}1/2 ;
  用变化量除以步长就可以得到相应的脉冲数。
  运动过程为使运动轨迹圆滑,左右轮流控制。控制运动轨迹子程序框图[3]。
  3 系统功能测试
  运动板面的下方左右各安装一个步进电机,在电机的垂直上方安装滑轮拖动负载。运动控制器通过插接线与电机连接。根据设定平面坐标的直线运动,运动在185s内完成;设定圆心坐标和半径的圆周运动,圆周运动210s内完成。测试结果如下:
  4 结论
  单片机控制双步进运动控制过程中,以软件算法为主体控制运动轨迹,根据运动的轨迹和相应的外围要求改变单片微型控制器的选择,一般运动控制选择AT89系列就可满足,同样在大型控制系统中,一般都可与MCS-51兼容[4],即可用嵌入式系统,在线可编程系统等。如用UPSD系统作为微型控制器可与之兼容,并可实现在线编程。
  参考文献
  [1]贾智平,石冰.微机原理与接口技术[M].北京:中国水利水电出版社,1999.
  [2]白恩远,王俊元.现代数控机床伺服及监测技术[M].北京:机械工业出版社,1991.
  [3]尹勇,单片机开发环境uVsion2使用指南[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.
  [4]徐爱钧,彭秀华.单片机高级语言C51应用程序设计[M].北京:电子工业出版社,1998.

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