步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)檢測(cè)儀

王婷婷+宋純強(qiáng)

摘要：現(xiàn)有東風(fēng)系列內(nèi)燃機(jī)車(chē)均使用步進(jìn)電機(jī)來(lái)間接控制柴油機(jī)的升降速，步進(jìn)電機(jī)的升降速則是由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制的，不能顯示步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)，當(dāng)柴油機(jī)發(fā)生升降速的故障時(shí)，機(jī)車(chē)上沒(méi)有直觀的儀器來(lái)顯示出步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)，所以柴油機(jī)升降速電路的有些故障排除比較困難。本文提出一種便攜式的檢測(cè)步進(jìn)電機(jī)工作狀態(tài)的儀器，該儀器可以替代大型測(cè)試設(shè)備，方便在機(jī)車(chē)上使用，當(dāng)發(fā)生步進(jìn)電機(jī)故障時(shí)，技術(shù)人員可以通過(guò)該儀器顯示的數(shù)據(jù)判斷故障原因，然后采取相應(yīng)的處理措施，給故障排除提供方便。

為解決柴油機(jī)升降速電路的故障排除困難，本文提出一種便攜式的檢測(cè)步進(jìn)電機(jī)工作狀態(tài)的儀器，該儀器可以替代大型測(cè)試設(shè)備；該儀器可以顯示步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、步進(jìn)電機(jī)步數(shù)、運(yùn)行時(shí)間、三相故障等參數(shù)。該儀器由“光電隔離電路”、“采樣電路”、“51單片機(jī)”、“AVR單片機(jī)”、“薄膜鍵盤(pán)”、“液晶顯示屏”組成。步進(jìn)電機(jī)的三相繞組分別連接到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的三相驅(qū)動(dòng)MOS管的漏極上，該儀器的“光電隔離電路”的輸入信號(hào)同樣取自步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器三相MOS管的漏極，當(dāng)MOS管沒(méi)有導(dǎo)通的時(shí)候，MOS管上為高電平，當(dāng)MOS管導(dǎo)通時(shí)為低電平，“光電隔離電路”正是根據(jù)MOS的高低電平的變化來(lái)工作的。

“光電隔離電路”的輸出信號(hào)連接到“采樣電路”的輸入端，在“采樣電路”中，對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行高頻、低頻濾波，去掉干擾波，然后送入施密特觸發(fā)器，將高低電平信號(hào)改變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)方波信號(hào)，然后送到51單片機(jī)進(jìn)行軟件濾波，到此儀器對(duì)輸入信號(hào)的接收宣告完成。 “51單片機(jī)”在將收到的信號(hào)處理之后發(fā)送給“AVR單片機(jī)”，“AVR單片機(jī)”的程序在液晶顯示屏上顯示出步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、步進(jìn)電機(jī)步數(shù)、運(yùn)行時(shí)間、三相故障等參數(shù)，“薄膜鍵盤(pán)”起到人機(jī)接口的作用，讓操作人員利用鍵盤(pán)調(diào)用AVR單片機(jī)的相應(yīng)程序，讓液晶顯示屏顯示不同的畫(huà)面。

C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)部分說(shuō)明：程序上主要分為三大部分，分別為：初始化部分、開(kāi)機(jī)動(dòng)畫(huà)部分、主頁(yè)面部分。

1、初始化部分。程序上對(duì)單片機(jī)的輸入輸出口進(jìn)行置位，設(shè)計(jì)定時(shí)器函數(shù)做到精確的定時(shí)，將液晶屏的復(fù)位端口拉低為低電平并保持幾十毫秒，然后將復(fù)位端口再拉為高電平，復(fù)位完成。單片機(jī)的復(fù)位為單片機(jī)內(nèi)部電路完成，上電時(shí)的RESET引腳上的低電平使得AVR單片機(jī)內(nèi)部啟動(dòng)復(fù)位電路，單片機(jī)所有的寄存器全部設(shè)為初值0x00。

2、開(kāi)機(jī)動(dòng)畫(huà)部分。當(dāng)單片機(jī)和液晶屏初始化完成后，單片機(jī)將運(yùn)行液晶屏的圖片顯示程序，圖片為鐵路路徽樣式，其實(shí)現(xiàn)原理為：使用取模軟件將圖片轉(zhuǎn)換為8位無(wú)符號(hào)整數(shù)型數(shù)組，將數(shù)組的數(shù)據(jù)寫(xiě)入到液晶屏的繪圖地址中，啟動(dòng)液晶屏的繪圖功能，即完成圖片的顯示。在開(kāi)機(jī)圖片顯示3秒鐘之后，再顯示漢字和英文的啟動(dòng)動(dòng)畫(huà)，該啟動(dòng)動(dòng)畫(huà)的顯示原理為：將顯示地址寫(xiě)入液晶屏的顯示地址寄存器，然后寫(xiě)入兩個(gè)字節(jié)長(zhǎng)度的十六進(jìn)制編碼將相應(yīng)的漢字顯示出來(lái)，在顯示漢字的同時(shí)添加延時(shí)程序，使得漢字和英文通過(guò)延時(shí)程序間斷顯示，讓人看起來(lái)帶有動(dòng)畫(huà)的效果。

3、主頁(yè)面部分。開(kāi)機(jī)動(dòng)畫(huà)結(jié)束之后，隨即液晶屏顯示主頁(yè)面，在主頁(yè)面程序中設(shè)置頁(yè)面變量，程序通過(guò)查詢(xún)頁(yè)面變量來(lái)調(diào)用相應(yīng)的頁(yè)面程序，頁(yè)面程序使得畫(huà)面在“說(shuō)明書(shū)菜單”、“檢測(cè)功能菜單”、“系統(tǒng)版本菜單”三個(gè)畫(huà)面之間切換。

“說(shuō)明書(shū)菜單”：說(shuō)明書(shū)的文字分為三頁(yè)來(lái)顯示，每一頁(yè)分別介紹該儀器的使用方法，連接線與驅(qū)動(dòng)器的連接方法，檢測(cè)功能的顯示項(xiàng)目，同時(shí)在每一頁(yè)中都會(huì)顯示按鍵，提示按鍵所起到的功能，通過(guò)說(shuō)明書(shū)菜單，可以讓用戶(hù)簡(jiǎn)單直接的掌握儀器的用法。在按鍵中，有“下一頁(yè)”和“返回”兩種功能。在說(shuō)明書(shū)菜單的程序中，按鍵檢測(cè)程序始終在循環(huán)運(yùn)行，時(shí)刻檢測(cè)按鍵的變化，來(lái)調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)。

“檢測(cè)功能菜單”：通過(guò)按鍵選擇進(jìn)入“檢測(cè)功能菜單”后，該菜單中顯示步進(jìn)電機(jī)的時(shí)間、脈沖計(jì)數(shù)、轉(zhuǎn)動(dòng)方向、故障信息、按鍵說(shuō)明、三相故障參數(shù)。只要儀器按照說(shuō)明書(shū)中的使用方法正確連接驅(qū)動(dòng)器，那么該菜單中的參數(shù)會(huì)立即顯示出來(lái)，這些參數(shù)會(huì)根據(jù)驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)行實(shí)時(shí)更新，如果與驅(qū)動(dòng)器的連接錯(cuò)誤，或者驅(qū)動(dòng)器本身故障，那么儀器會(huì)顯示故障信息、并提示用戶(hù)進(jìn)一步排查。按鍵中設(shè)置了返回鍵和清零鍵，清零鍵的作用是將顯示的數(shù)據(jù)全部清零，不再保留之前的變量值，返回鍵的作用是讓液晶屏的畫(huà)面切換回主頁(yè)面。

“系統(tǒng)版本菜單”：通過(guò)按鍵進(jìn)入該菜單，該菜單會(huì)顯示軟件的設(shè)計(jì)版本，并帶有按鍵的提示，幫助用戶(hù)查看版本信息和幫助信息，返回鍵的作用是讓液晶屏的畫(huà)面切換回主頁(yè)面。

具體實(shí)施方式：檢測(cè)機(jī)由四節(jié)5號(hào)電池供電，工作電壓5V，外觀上分別設(shè)計(jì)了銘牌、液晶屏、薄膜鍵盤(pán)、航空插頭、開(kāi)關(guān)。檢測(cè)儀通過(guò)航空插頭的三根信號(hào)線分別連接到步進(jìn)電器驅(qū)動(dòng)器的A、B、C三相繞組驅(qū)動(dòng)MOS管的漏極上，另外檢測(cè)儀的供電電路中與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器共地。當(dāng)使用檢測(cè)儀時(shí)，需要將航空插頭的三根線與步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)器連接，將檢測(cè)儀的地線與驅(qū)動(dòng)器的地線連接，然后打開(kāi)檢測(cè)儀的開(kāi)關(guān)，通過(guò)薄膜鍵盤(pán)操作檢測(cè)儀即可。

結(jié)論：該儀器通過(guò)液晶屏配合單片機(jī)設(shè)計(jì)了一種人性化的菜單選擇界面，方便使用者快速查看設(shè)備工作狀態(tài)，體現(xiàn)了設(shè)備的便攜性，小型化快速查看的特點(diǎn)方便了從業(yè)人員。