專利名稱：步進電機控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種步進電機，尤其涉及一種步進電機的控制裝置。
背景技術：
步進電機是種將電脈沖轉化為角位移的執行機構，是機電一體化的關鍵品之一，廣 泛應用在各種fi動化控制系統中。當步進驅動器接到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按 設定的方向轉動一個固定的角度，稱為步距角，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。 可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的，同時也可以通過控制 脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。但是實際上，如果脈沖 信號變化太快，步進電機由于慣性將跟隨不上電信號的變化，這時會產生堵轉或丟步現象。
發明內容
本實用新型所要解決的技術問題是針對上述現有技術存在的不足而提供一種使步進電 機在升降速過程中不出現堵轉或丟歩現象的步進電機控制裝置。
本實用新型為解決上述提出的問題所采用的技術方案是它包括有通過電信號連接的 上位機和下位機，上位機為PC機，裝載控制參數輸入模塊和電機狀態顯示模塊，下位機包
括電信號相連接的單片機處理器和驅動電路，單片機處理器的io端口連接驅動電路的輸入
端口，驅動電路的輸出端口連接步進電機的電感線圈端子，其中所述的單片機處理器裝載 脈沖發生模塊和升降速模塊。
按上述方案，所述的下位機還包括有一串口電平轉換電路，它將單片機處理器串口輸
出的TTL電平轉換成RS232C電平，并將單片機處理器串口輸入的RS232C電平轉換成TTL電平。
按上述方案，所述的上位機和下位機通過RS232C串口進行通信。
按上述方案，所述脈沖發生模塊通過交替置單片機10端口高低電平的方法產生具有
一定頻率的矩形脈沖信號。
按上述方案，所述的升降速模塊采用逐漸改變脈沖頻率的辦法進行升速或降速。按上述方案，所述的升降速模塊采用指數型升降速曲線進行加速或減速。 本實用新型的有益效果在于1、因為堵轉或丟步現象往往更容易發生在轉動速度快也 就是脈沖頻率較高處，所以脈沖頻率越高，加速過程就應該越平緩，脈沖頻率較低時則可 以采用較高的加速度。升降速模塊采用指數型升降速曲線，使加速度隨時間或轉速遞減， 即低速時的加速度大、高速時的加速度小。脈沖頻率低時加速度高可以縮短過渡時間，脈 沖頻率高時加速度低可以避免堵轉或丟步現象，這樣就可以兼顧縮短過渡時間和保證過渡
平穩性的要求。2、采用人機交互界面，使操作簡單、方便。
圖l是本實用新型一個實施例的結構框圖。 圖2是本實用新型實施例的電路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖進一步說明本實用新型的實施例。
本實用新型包括有上位機和下位機兩部分，上位機和下位機通過RS232C串口進行通 信，上位機采用PC機，里面裝載控制參數輸入模塊和電機狀態顯示模塊。控制參數模塊 提供人機交互界面，用戶能夠通過鍵盤輸入控制指令以及轉動方向、轉動速度和轉動角度 等轉動參數，要求步進電機按照所要求的方式轉動或停止。電機狀態顯示模塊將步進電機 的狀態可視化，顯示步進電機處于轉動或停止狀態，以及轉動速度或轉動角度。下位機包 括電信號相連接的單片機處理器、驅動電路和串口電平轉換電路，其中單片機處理器裝載 脈沖發生模塊和升降速模塊。所述的單片機處理器采用ATMEL公司生產的AT89C55單片 機芯片，該芯片具有8KB的程序存儲器，能容納下脈沖發生模塊和升降速模塊。所述的驅 動電路采用MC1413芯片，用于提高單片機IO端口的負載驅動能力。MC1413芯片具有4 個輸入端l、 2、 3禾B4腳，分別連接AT89C55單片機芯片4個IO端口 1、 2、 3禾B4腳， MC1413芯片的4個輸出端13、 14、 15和16腳，分別連接四相步進電機的4個電感線圈 端子A、 A、 B、云，控制4個電感線圈的通斷電。4個線圈如果按照正序換相通電，步進 電機正轉；如果按反序通電換相，電機就會反轉。所述的脈沖發生模塊通過交替置單片機 10端口高低電平的方法產生具有一定頻率的矩形脈沖信號。矩形脈沖信號由具有一定持續 時間的高低電平信號組成，其中高電平為有效電平，可以驅動步進電機轉動一個步距角。 控制矩形脈沖信號的發生頻率就可以起到控制步進電機轉動速度的作用，停止發生矩形脈沖信號，步進電機將處于停止狀態。所述的升降速模塊是使步進電機平穩地從低速轉動狀 態過渡到高速轉動狀態，或者由高速轉動狀態過渡到低速轉動狀態。突跳頻率是指步進電 機在靜止狀態下突然施加的脈沖啟動頻率，當步進電機以高于突跳頻率的脈沖頻率啟動或 停止時，會出現堵轉或丟步現象，因此采用逐漸改變脈沖頻率的辦法進行升速或降速，升 速或降速的方法相同。采用指數型升降速曲線進行加速或降速，其中升速過程采用指數型 升速曲線，如方程(1)所示
其中fO為突跳頻率，fs為最終脈沖頻率，7為時間常數，當t^67"時，可以認為加速過程已 經結束。對方程(1)兩邊取時間導數，可以得到加速度表達式
# /:一/。 p—" —=--6
Ar (2) 從方程(2)可以看出加速度隨時間或轉速遞減，即低速時的加速度大、高速時的加速度小。
脈沖頻率低時加速度高可以縮短過渡時間，脈沖頻率高時加速度低可以避免堵轉或丟步現
象。所述的串口電平轉換電路采用MAX232芯片，它的作用是將單片機處理器串口輸出的
TTL電平轉換成RS232C電平，并將單片機處理器串口輸入的RS232C電平轉換成TTL電
平。MAX232芯片的12腳與AT89C55單片機芯片的10腳連接，MAX232芯片的11腳與
AT89C55單片機芯片的11腳連接，MAX232芯片的13、 14腳分別與PC機DB9的2、 3
腳連接。
本實用新型的工作過程為上位機將用戶輸入的控制指令和轉動參數傳送給下位機， 如果轉動速度所對應的脈沖頻率大于突跳頻率，則自動啟動升降速模塊進行加速或減速操 作。下位機則將狀態和轉動速度、角度傳送給上位機，進行顯示，從而達到人機交互的效 果。
權利要求1、一種步進電機控制裝置，包括通過電信號連接的上位機和下位機，上位機為PC機，裝載控制參數輸入模塊和電機狀態顯示模塊，下位機包括電信號相連接的單片機處理器和驅動電路，單片機處理器的IO端口連接驅動電路的輸入端口，驅動電路的輸出端口連接步進電機的電感線圈端子，其特征在于所述的單片機處理器裝載脈沖發生模塊和升降速模塊。
2、 如權利要求1所述的步進電機控制裝置，其特征在于所述下位機還包括有一串口電平轉換電路，它將單片機處理器串口輸出的ttl電平轉換成rs232c 電平，并將單片機處理器串口輸入的rs232c電平轉換成ttl電平。
3、 如權利要求1或2所述的步進電機控制裝置，其特征在于所述上位機和 下位機通過rs232c串口進行通信。
4、 如權利要求1所述的步進電機控制裝置，其特征在于所述脈沖發生模塊 通過交替置單片機10端口高低電平的方法產生具有一定頻率的矩形脈沖信號。
5、 如權利要求1所述的步進電機控制裝置，其特征在于所述的升降速模塊 采用逐漸改變脈沖頻率的辦法進行升速或降速。
6、 如權利要求5所述的步進電機控制裝置，其特征在于所述的升降速模塊采用指數型升降速曲線進行加速或減速。
專利摘要本實用新型涉及一種步進電機控制裝置，它包括有通過電信號連接的上位機和下位機，上位機為PC機，裝載控制參數輸入模塊和電機狀態顯示模塊，下位機包括電信號相連接的單片機處理器和驅動電路，單片機處理器的IO端口連接驅動電路的輸入端口，驅動電路的輸出端口連接步進電機的電感線圈端子，其中所述的單片機處理器裝載脈沖發生模塊和升降速模塊。本實用新型的有益效果在于1、使步進電機在升降速過程中平穩運行，不出現丟步或堵轉現象。2、縮短了升降速的過渡時間。3、采用人機交互界面，使操作簡單、方便。
文檔編號H02P8/24GK201374674SQ20092008429
公開日2009年12月30日 申請日期2009年3月20日 優先權日2009年3月20日
發明者義 劉, 易學勤, 輝 譚, 芳 邢, 鄭生全 申請人:中國艦船研究設計中心