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步进电机调速系统的设计

  系统设计了一个以单片机为核心的步进电机调速系统,该系统可分为:控制模块、输入模块、显示模块、电源模块、驱动模块和输入模块等六大部分。采用STC89C52单片机作为控制模块的核心。该系统可以实现步进电机的起动、停止、加减速、正反转等功能的基本控制,最后通过显示部分将系统的当前情况实时显示出来。

  电机可以细分为很多种,步进电机是其中的一种,它的工作过程是“走一步停一步”的循环过程,在一些小功率的应用环境,比如打印机、复印件、银行自动柜员机、绘图仪,机器人,等等设备都以步进电机为动力核心。步进电机最突出的优点是它能够瞬间启动和急速停止,可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速,快速起停、正反转控制及制动等,其在办公自动化设备以及各种控制装置等众多领域有着极其广泛的应用。随着微电子和计算机技术的发展,步进电动机的需求量与日俱增,研究步进电机驱动器及其控制系统具有十分重要的意义。

  1 系统总体设计方案

  系统总体设计方案如图1所示,主要包括:控制模块、电源模块、显示模块、测速模块、驱动模块、输入模块等部分。整个系统采用AT89S52单片机为控制核心,主要完成控制运算,单片机输出控制信号给驱动电路,实现步进电机的启动、停止、正反转、分级加减速控制。系统中的输入电路主要用于发出电机的启动、正反转、停止以及分级正反转信号,测速电路采用霍尔传感器来检测电机的转速,并通过显示电路实时显示电机的当前状况以及实际转速,而整个系统的功能实现离不开电源电路。

  2 系统硬件设计

  2.1 驱动电路设计方案

  驱动模块主要采用芯片ULN2003A。ULN2003A有7路输出,由于系统中电机为三相六怕工作方式,则只需要采用ULN2003A的三个输出端。

  单片机接口信号功率不够大,通过ULN2003A芯片,可以对信号放大。由单片机产生的脉冲频率和方向控制信号从P3.0~P3.2口输出,送入芯片ULN200A进行功率放大,达到步进电机所需的驱动电流和电压5V,驱动步进电机工作。

  2.2 速度采集模块设计方案

  本系统采用了霍尔传感器来进行速度的采集,霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点,因此,在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种,本系统采用开关型霍尔传感器。

  2.3 显示电路设计方案

  在电机转速控制系统中,采用1602LCD液晶显示屏显示电机当前运行状态,该显示器控制方法简单,功率低、硬件电路简单、超薄轻巧、可对字符进行显示等优点。

  本设计所使用的显示元件是LCD1602液晶显示屏,能够满足设计温湿度的分行显示功能。LCD1602液晶显示屏使用的较为普遍,它的工作电压为4.8V-5.2V,分为带背光和不带背光两种,

  2.4 输入电路的设计

  本设计输入电路采用独立式键盘.独立式键盘的特点是键盘接口中的按键与I/O线是对应的,键盘中各按键的独立性较好,互不干扰,方便进行程序编码。

  3 系统软件设计

  系统主程序流程图如图2所示。

  在本系统中,以步进电机的三相六拍工作方式的控制为例,由于步进电机的转速通过控制输入脉冲的频率来控制,而电机的转向则可以通过控制通电顺序来控制正反转,如三相六拍的正向通电顺序为A→AB→B→BC→C→CA→A→ ……,而其反向通电顺序则为A→AC→C→CB→B→BA→A→……。

  4 结语

  本系统能够实现步进电机的启动、停止、正反向转动和调速,并将步进电机的当前状态通过1602液晶显示屏实时显示。