單片機控制的步進(jìn)電機自動(dòng)定位系統

1　概述
步進(jìn)電機自動(dòng)定位系統的主要特點(diǎn)是能實(shí)現精確移位、精確定位、無(wú)積累誤差。它一般應用于難度較大、要求精度高的繪圖機或數控機床等系統中。單片機控制步進(jìn)電機自動(dòng)定位系統的主要優(yōu)點(diǎn)是:
⑴用軟件代替由硬件電路組成的步進(jìn)電機控制器,不僅簡(jiǎn)化了線(xiàn)路,降低了成本,而且提高了系統的可靠性。
⑵為改善步進(jìn)電機以低于極限啟動(dòng)頻率恒速運行時(shí),運行時(shí)間過(guò)長(cháng)的缺點(diǎn),進(jìn)行加減速控制;步進(jìn)電機從低速不失步地加速啟動(dòng),達到高速恒速運行;在將達到目標位置時(shí),步進(jìn)電機減速運行,最后準確的停在目標位置上,而不會(huì )發(fā)生過(guò)沖現象。這就要求單片機控制的步機電機有加減速控制過(guò)程。
⑶微機通過(guò)RS232串口實(shí)現對單片機的多機通訊,能實(shí)時(shí)遠距離監控由步進(jìn)電機驅動(dòng)的工作臺,并實(shí)時(shí)顯示工作臺當前運行位置和方向。
系統的工作過(guò)程是:從鍵盤(pán)和鼠標輸入定點(diǎn)坐標(X、Y)后,微機通過(guò)串口向各單片機發(fā)出指令,各單片機接受到指令后,由單片機軟件控制X電機和Y電機的轉動(dòng)方向、轉動(dòng)步數、轉動(dòng)速度,達到自動(dòng)定位的目的。系統所用電機為75BF001型反應式步進(jìn)電機(其相數為三相,步距角1.5°/3°,直流電壓為24V,相電流為3A)。

2　系統硬件設計
硬件線(xiàn)路是由單片機、接口電路、光耦電路、驅動(dòng)電路、直流電壓源電路、步進(jìn)電機及負載組成,見(jiàn)圖1。單片機采用89C51芯片,接口線(xiàn)路中采用74LS377為輸出口,1Q-3Q接電機的三相。光電隔離電路的目的是割斷驅動(dòng)電路與單片機之間的聯(lián)系,避免一旦驅動(dòng)電路發(fā)生故障造成功率放大器中的高電平信號進(jìn)入單片機而燒毀器件,為此,在驅動(dòng)器與單片機之間加一級以4N25為主要元件的光電隔離電路,從而提高系統的抗干擾能力。T1采用了高速開(kāi)關(guān)三級管3DK4B,T2選用了TIP41C大功率晶體管。RS、RC、D1構成了泄放回路。尤其需要注意的是:由于該電阻功耗較大,最好選用大瓦數線(xiàn)繞電阻;RC為限流電阻,RC=8Ω;D1為泄放二級,要求能通過(guò)大電流,可選用整流二極管IN5402。單片機與電機—相的連接見(jiàn)圖2。

圖1　單片機硬件線(xiàn)路圖

圖2　單片機與電機一相的連接圖

3　系統軟件設計
系統軟件設計的主要任務(wù)是判斷電機的轉動(dòng)方向、速度和位置,按順序發(fā)出控制脈沖、判斷電機是否運行至定位點(diǎn)。由于兩個(gè)電機的控制完全類(lèi)似,程序中僅介紹控制一個(gè)步進(jìn)電機的情況。兩電機正轉的控制脈沖是:A-AB-B-BC-C-CA,反轉控制脈沖順序與之相反。產(chǎn)生時(shí)序脈沖的方法是:用單片機的PI口通過(guò)MOV@R0,A,寫(xiě)脈沖序列給74LS377;在由74L377控制電機的A、B、C三相繞組。根據三相六拍運行方式,則X電機和Y電機的控制模型為01H、03H、02H、06H、04H、05H。以三相六拍運行方式采用定時(shí)器延時(shí)的方法來(lái)編寫(xiě)升(降)頻的控制程序。

圖3　單片機變頻控制程序圖