山東省威海職業(yè)學(xué)院 李松源
基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計
山東省威海職業(yè)學(xué)院 李松源
步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制系統(tǒng)的執(zhí)行元件,其主要功能就是將脈沖電信號變換為相應(yīng)的角位移,以此對電流進(jìn)行控制。將單片機(jī)嵌入步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)中可以提高步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng)性能,實(shí)現(xiàn)精細(xì)化控制。
步進(jìn)電機(jī);單片機(jī);控制系統(tǒng)
步進(jìn)電機(jī)被廣泛地應(yīng)用到數(shù)控機(jī)床中,通過步進(jìn)電機(jī)可以直接將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)化為角位移。單片機(jī)具有強(qiáng)大的控制功能,而且還可以設(shè)計大量的外圍電路,因此其應(yīng)用到步進(jìn)電機(jī)中能夠提高電機(jī)的控制性能,對改進(jìn)與發(fā)展數(shù)控機(jī)床加工精度具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
步進(jìn)電機(jī)屬于轉(zhuǎn)換器,其在控制系統(tǒng)中屬于常見的控制元件,按照步進(jìn)電機(jī)的類型可以分為機(jī)械式、組合式以及電磁式。反應(yīng)式電機(jī)是實(shí)踐中常用的一種類型,其工作原理就是利用磁阻轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展,步進(jìn)電機(jī)在實(shí)踐中的應(yīng)用越來越廣泛,不僅應(yīng)用在我們?nèi)粘I钍褂玫臋C(jī)械中,例如指針式鐘表、機(jī)械手、自動包裝等設(shè)備中;而且還在高端機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用,例如航天風(fēng)機(jī)、數(shù)控機(jī)床以及工業(yè)機(jī)器人等設(shè)備中。
本設(shè)計的單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)采取STC89C52單片機(jī),驅(qū)動器使用ULN2003A集成驅(qū)動芯片,設(shè)計的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)需要達(dá)到以下要求:實(shí)現(xiàn)對電力開??刂频木?,保證工作可靠運(yùn)行,設(shè)計中用矩陣鍵盤控制信號,并且通過程序可以改變步進(jìn)電機(jī)步距角,具體設(shè)計框架見圖1。
圖1 基于嵌入式單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計框圖
2.1 硬件設(shè)計
基于STC89C52的步進(jìn)電機(jī)主要是采取外界+5V直流電源供電,步進(jìn)電機(jī)的控制命令主要依靠矩陣鍵盤系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),總體來看,其主要包括5個功能模塊(圖2),其中驅(qū)動模塊是該硬件設(shè)置的重點(diǎn),步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動脈沖從單片機(jī)輸出之后送入光電耦合器進(jìn)行隔離,之后送入ULN2003進(jìn)行放大,最后就可以驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行了。光電耦合器能有效地將控制電路與負(fù)載電路隔開,避免了負(fù)載電路對控制電路的干擾,增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力。
圖2 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖
2.2 步進(jìn)電機(jī)軟件設(shè)計
軟件設(shè)計主要利用軟件控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對單片機(jī)脈沖的分配控制,實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn),具體就是通過設(shè)置延時時間常數(shù)對轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制,延時時間常數(shù)越小,轉(zhuǎn)速就越快。
2.2.1 數(shù)學(xué)模型的建立。在步進(jìn)電機(jī)控制軟件設(shè)計中,數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建非常重要,通過模型實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的控制。
2.2.2 程序調(diào)試仿真。在完善軟件編程之后需要將程序放置在單片機(jī)硬件中,因此需要系列的環(huán)節(jié)給予配合,為切實(shí)提高編程效率,我們采取仿真器對其進(jìn)行調(diào)試,首先將仿真器的仿真頭插入ICI插座上,打開仿真器電源,啟動仿真軟件WAVE6000,按照圖3的規(guī)范進(jìn)行。
圖3 仿真器設(shè)置
經(jīng)過系列的仿真調(diào)試之后,在保證系統(tǒng)達(dá)到設(shè)定的效果之后,就可以把編好的程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)儲存器中。
2.2.3 系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)計算公式
單片機(jī)定時器定時時間的計算:
方式1工作:機(jī)器周期:1.085μs=1.085×106s(11.095MHz晶振)
設(shè)T0的初值為X:
所以X=64536=0×FC18
本文所設(shè)計的基于STC89C52單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)了對機(jī)械設(shè)備的自動化操作控制,實(shí)現(xiàn)了對設(shè)備的有效監(jiān)管,大大提高了智能化操作,實(shí)現(xiàn)了低碳智能運(yùn)行。另外本文所設(shè)計的通信電路接口也為以后的步進(jìn)電機(jī)在實(shí)踐中的應(yīng)用提供了參考。
[1]張占立,康春花,郭士軍,符克理.基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)[J].電機(jī)與控制應(yīng)用,2011(03).
[2]董圣英.基于THB7128和單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)定位控制系統(tǒng)設(shè)計[J].電氣傳動,2011(06).
[3]張占立,康春花,郭士軍,符克理.基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)[J].電機(jī)與控制應(yīng)用,2011(03).