万方数据自动化与仪器仪表 ＺＩＤＯＮＧＨＵＡ ＹＵｎＱＩ ＹＩＢＩＡＯ２００３年第Ｉ期（总第１０５期）文章编号：１００１一９２２７（２００３）０１一００１５一０３步进电机控制系统 李君凯（安徽工业大学电气信息学院马鞍山，２４３００２） 摘要：步进电机是一种将脉冲信号转换为相应角位移的执行元件。它广泛应用于单片机控制系统。本文主要介绍了采用单片机９ＯＣ１９６ＫＣ根据１－－５Ｖ的控制信号来控制步进电机转角的一种方法，包括其硬件设计和软件设计。关键词： 步进电机８ＯＣ１９６ＫＣ单片机驱动器ＡＢＳＴＲＡＣＴ： Ｓｔｅｐｐｉｎｇ ｍｏｔｏｒ ｉｓ ａ ａｃｔｕａｔｏｒ ｔｈａｔ ｃａｎ ｃｏｎｖｅｒｔ ｔｈｅ ｐｕｌｓｅ ｓｉｇｎａｌ ｔｏ ｄｅｇｒｅｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ． Ｔｈｉｓｐａｐｅｒ ｉｎｔｏｒｄｕｃｅｓ ｏｎｅ ｗａｙ ｔｈａｔ ｃｏｎｔｏｒｌｓ ｔｈｅ ｓｔｅｐｐｉｎｇ ｍｏｔｏｒ师ｍｉｃｏｒｃｏｍｐｕｔｅｒ ８ＯＣ１９６ＫＣ ｄｅｐｅｎｄｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎ－ｔｏｒｌ ｓｉｇｎａｌ １一５Ｖ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｉｔｓ ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ： Ｓｔｅｐｐｉｎｇ ｍｏｔｏｒ ８ＯＣ１９６ＫＣＤｒｉｖｅｒ中图分类号：ＴＰ３６８．１文献标识码；Ｂ０引言 在流场测量中，为准确定位，除去Ｘ，Ｙ轴方向的探头外，还需要有一确定检测点空间位置的Ｚ轴方向的探头。随着检测点位置的变化，需要有一装－．一－－－－－－－卡ｋ置能带动探头灵活移动。根据现场实际情况，确定采用型号为３６ＢＦＤＯ３的步进电机来带动探头，这样图１ 步进电机控制特性就要有一控制装置根据控制信号来调整相应的步进动器驱动步进电机３６ＢＦ００３。其硬件框图如图２所电机的转角。控制信号为１一５Ｖ的电压信号，要求丈。步进电机的角位移范围为一９０。一＋９００．１步进电机简介控制信号步进电机是一种用电脉冲信号进行控制， 并将电脉冲信号转换成相应的角位移的执行器。其角位移与脉冲数成正比。即６二ｃｋ，其中０为步进电机的角位移量，ｋ为脉冲数，ｃ为常数。其控制特性如图ｓ０ｃｔ９ａｃｃ单片机系统１Ｐ一３ＢＦ０７步进４９动器ＭＵＭ步进电Ｋ飞所示。若停机后，某些相的绕组仍保持通电状态，图２步进电机控制系统硬件框图 则该步进电机具有自锁能力。２．１单片机系统１ －５Ｖ的直流控制引人８ＯＣ１９６ＫＣ的ＡＤ． ０引２硬件设计脚，由单片机将其采集进来，经过运算，最终须给出经过比较， 最终确定的硬件方案为：采用单片机系统（所采用的单片机为８ＯＣ１９６ＫＣ）根据控制信号两个输出量：一为与控制信号相对应个数的脉冲，脉的大小产生对应的脉冲序列；由ＵＰ一３ＢＦ０４步进驱冲由ＨＳ０．０引脚输出；另一为正、反转控制信号．其高电平１表示电机正转，低电平０表示电机反转，这由引脚Ｐ１．０输出。２．２ ＵＰ一３ＢＦ０４步进驱动器ＵＰ一３ＢＦ０４步进驱动器适用于三相六出头反应 式步进电机。其特点是：０１ ＰＷＭ恒流驱动，三相六拍励磁方式，电源损耗极低且具有极高的开关效率；②自动半流锁定功能，驱动电流可达４Ａ；③所有控制信号与功率驱动部分光电隔离；④散热外壳与驱动器内部完全绝缘。其各引脚如图３所示。说明如一下：图３ ＵＰ一３￥ＦＯ４步进驱动器功电机驱动部分Ａ：电机绕组Ａ相接线端；Ａ：电机绕组Ａ相接线端；Ｂ：电机绕组Ｂ相接线端；Ｂ：电机绕组Ｂ相接线端；Ｃ：电机绕组Ｃ相接线端；〔：电机绕组Ｃ相接线端；２）控制部分ＣＰ：步进脉冲输人端，上升沿有效；Ｕ／Ｄ： 方向控制器，Ｕ／Ｄ二１时电机正转，Ｕ／Ｄ ＝ ０或悬空时电机反转；ＦＲＥＥ： 脱机端，高电平有效，即ＦＲＥＥ二１时，电机处于释放状态；Ｓ ＧＮＤ：所有控制信号地线，此端须与驱动电源地线（ＧＮＤ）隔离；ＶＤＣ： 电机驱动电源，直流１８－４０Ｖ，不要求稳压，可承受一２０％一＋１５％的电压波动；ＧＮＤ：驱动电源地线，此端须与信号地线 （ＳＧＮＤ）隔离。２．３步进电机 此处所用的步进电机型号为３６ＢＦ００３，其各项技术数据为：｝相数步距角｛电压＊．Ｌ５５ ＡＩ万方数据３软件设计软件设计是建立在硬件基础之上的， 根据所确定的硬件方案，软件部分须解决两方面的问题。３．１控制信号的采集控制信号是１一５Ｖ的直流信号， 它与步进电机角位移成线性关系，即控制信号为３Ｖ时，对应的角位移为００，控制信号为１Ｖ时，对应的角位移为－９００，控制信号为５Ｖ时，对应的角位移为＋９００，其控制曲线如图４所示。电机上电时的初始位置作为其参照位置。控制信号的采集通过定时启动８ＯＣ１９６ＫＣ的ＡＤ变换器来实现。图４控制曲线 ３．２脉冲数及电机转向的确定①电机转向的确定 将实际的控制信号ＶＣＯＮ与３Ｖ进行比较，若ＶＣＯＮ＞ ３Ｖ，则电机正转；若ＶＣＯＮ ＜ ３Ｖ，则电机反转；②脉冲数的确定 因为９ ＯＣ１９６ＫＣ的ＡＤ变换器为１０位，所以其满量程即ＷＯＮ ＝ ５Ｖ时的ＡＤ值为１０２３， ＶＣＯＮ＝３Ｖ时对应的ＡＤ值为６１４０因此，正转时的脉冲数为：ＰＵ工ＳＥ＝ＡＤ一６１４（１０２４ ｘ普）／１８０‘１．５反转时的脉冲数为：ＰＵＬＳＥ ＝６１４一ＡＤ（１０２４ｘ夸）／１８０令１．５软件框图如图５所示。 ４小结 目前按上述方法设计的步进电机控制系统已装配调试完成。经过实验，运行情况良好。 参考文献Ｉ陈隆昌，陈筱艳编著＿控制电机．西安：西安电子科技大学出版社，１ ９９２．５（下转第４３页） 万方数据到试验设备中，以检验试验设备对此类干扰的电磁兼容性抗干扰能力，这个标准已成为电磁兼容的基础性标准。对于控制电路来说， 继电器、接触器线圈是一种’电感性负载，当流过电感的电流被突然切断时，会产生很高的瞬间过电压，这个高达千伏的电压可以造成控制电路的其它元件损坏或对电网造成污染。特别是对于ＴｒＬ，ＣＭＯＳ门电路、微处理器电路、总线和ｖｏ输人输出端口等数字逻辑电路，由于是一种低电平敏感系统，当这些电路受到干扰时会造成逻辑混乱、微处理器死机、程序飞出、外部设备误动作等故障。在图２的控制系统运行过程中，当接触器触点断开的瞬间，调节仪内的微处理器频频出现死机，使得控制系统无法工作，严重降低了控制系统的可靠性。分析其原因，并给出了解决方案。（１）在接触器触点断开的瞬间，由于流过接触 器线圈的电流被突然切断，在线圈的两端将产生过电压，对电网产生干扰。由于智能仪表的供电电源直接取自三相电源，在过电压干扰的作用下，造成仪表死机。工程上常用的抑制暂态过电压的方法有三种： ａ）用非线性元件过电压的幅值。主要的非线性元件有硒堆、雪崩二极管、金属氧化物压敏电阻等；ｂ）用电阻消耗过电压产生的能量；。）用储能元件吸收过电压产生的能量。如图２中所示，本文在接触器线圈两端并联阻容元件，把电磁能量转化为电容的电场能量存储起来，由于电容两端电压不能突变，所以有效地抑制了过电压，而串联的电阻能消耗部分产生过电压的能量。其中电阻Ｒ的阻值为６００４２，功率为２０Ｗ，电容是３ｐＦ的油浸电容。同时，在仪表的电源端口并联了３８０Ｖ的压敏电阻，有效地抑制了过电压。（ ２）在接触器触点断开的瞬间，在线圈两端产生过电压的同时，也向周围空间发散了高频电磁波。该电磁波在由热电偶到仪表的信号线中感应出感应电压，虽然该电压非常微弱，但由于热电偶将炉内的温度转化成的电压信号也是非常微弱的，使得电压信号严重偏离其真实值，导致仪表无法正常工作。因此，本文中采用屏蔽线作为信号线，有效地抑制了电磁波的干扰。本文采取以上种种措施， 抑制了电磁干扰，实现了系统的电磁兼容，提高了控制系统的可靠性。４结论 本文采用智能调节仪实现了钢材退火炉的程序控制，取得了较好的控制效果，图４中实线为设定的温度曲线，虚线为实际的温度曲线。随着各种电子设备的小型化、数字化和微处理器的智能化，系统的电磁兼容性日益受到重视。本文中遇到的电磁干扰问题具有一定的普遍性，给出的解决方案简单有效，具有一定通用性。同时在设计各种电子设备时，应该根据有关的标准，提高设备的抗干扰能力。认门期仆眼１卜姗随冲硼．Ｌ妒绷汗咔冷翎汗却期介胡１００： 二一二－一二一￣一一山一一一卜１２３４５６７８９１０ｔ（ｈ）图４控制效果图参考文献李泉华．热处理实用技术〔Ｍ］＿北京：机械工业出版社，２透００朱玩浦，火树鹏等．热处理手册【Ｍ］．北京：机械工业出版社，１卯１赖寿宏．微型计算机控制技术【Ｍ」北京机械工业出版社．１９９８金以慧，过程控制［Ｍ］．北京：清华大学出版社，１９９３张明勋．电力电子设备设计和应用手册仁Ｍｌ１９９０（上接第１６页）图５软件框图 ２王义祥编著．ＭＣ５一肠单片机原理与应用北京：兵器工业出版社，１ ９９４．１厂
