一种用于步进电机的驱动控制和转角测量系统技术方案

本发明专利技术提供一种用于步进电机的驱动控制和转角测量系统，该测量系统是基于LMD18200芯片的步进电机闭环控制，并采用绝对式编码器测量转角；该测量系统包括：上位机，单片机控制器，步进电机驱动板，步进电机，联轴器，绝对式编码器和串口协议转换器；该上位机通过USB信号线与该单片机控制器连接，该单片机控制器通过控制信号线和反馈信号线与该步进电机驱动板连接，该步进电机驱动板通过驱动电流线与该步进电机连接，该步进电机通过该联轴器与该绝对式编码器连接，该绝对式编码器通过RS485串口线与该串口协议转换器连接，该串口协议转换器通过RS232串口线与该上位机连接，形成一个闭环控制。

【技术实现步骤摘要】
一种用于步进电机的驱动控制和转角测量系统
本专利技术涉及电子测量
，特别涉及一种用于步进电机的驱动控制和转角测量系统。
技术介绍
在自动化控制系统中，步进电机是一种常用的装置，尤其是在机械制造和精密测量等领域有着广泛的应用。目前，传统的步进电机驱动控制采用集成步进电机驱动器，主要是当集成步进电机驱动器收到一个脉冲信号，该脉冲信号驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。因此，脉冲信号数量的多少决定了转角的角度的大小，脉冲信号的频率的高低决定了转角的转速的快慢，而脉冲信号的数量和频率则由上位机软件编程控制。这种步进电机的控制方式属于开环控制，即控制信息只是单方面的从上位机经过驱动器到达步进电机，而不能对步进电机实际转动状态和相关参数(如每相中的实际工作电流，转角，转速)进行采样反馈，难以保证步进电机转动角度的精度，也不能发现如跳步，失步等步进电机转动中可能出现的一些问题。目前，在步进电机的转角测量系统中，常用的元器件包括光电耦合器和光电编码器等。其中，光电耦合器包括一个发射器(一般为LED)和一个接收器(一般为光电二极管)。在电机转轴上安装一转盘，在转盘上某些特定位置开设透明窗口，发射器和接收器分别固定在转盘的两侧，发射器发出一道狭窄的光束，当电机转动时，光束会透过窗口到达接收器或被转盘非窗口处阻挡，接收器输出相应的高低电平信号，再通过专门的电路转化为位置和转角信息。但是，由于透明窗口只位于电机转盘的某些特定位置，而转角的信息是通过接收器有效信号的个数和相邻两个透明窗口之间的角度来计算，在透明串口相距较远时，转角测量的精度就会大大降低。光电编码器是光电耦合器的延伸，只是转盘的透明开口和非开口处交替覆盖整个圆盘一周。这样在电机转动时，转盘的角度位置就被转换为成比例的高低脉冲信号。目前，传统的光电编码器属于增量式编码器，转盘上某一固定位置开口被标记为清零位置，转盘转动一周输出一个清零信号。这种方式有着明显的缺点，即转角信息是相对于清零位置的转角信息，当编码器不动或停电时，只能靠计数设备的记忆来记住当前位置，一旦出现干扰导致电机跳步或失步，记忆位置就会与实际位置有所偏移，并且这种偏移是无法获得的，这样，电机转角的测试就会产生误差甚至错误，无法对电机的实际转动状态进行准确监测。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，为解决现有的步进电机驱动控制和转角测量系统存在的上述问题，本专利技术提供了一种用于步进电机的驱动控制和转角测量系统，该测量系统是基于LMD18200芯片的步进电机闭环控制，并采用绝对式编码器测量转角；该测量系统包括：上位机，单片机控制器，步进电机驱动板，步进电机，联轴器，绝对式编码器和串口协议转换器；该上位机通过USB信号线与该单片机控制器连接，该单片机控制器通过控制信号线和反馈信号线与该步进电机驱动板连接，该步进电机驱动板通过驱动电流线与该步进电机连接，该步进电机通过该联轴器与该绝对式编码器连接，该绝对式编码器通过RS485串口线与该串口协议转换器连接，该串口协议转换器通过RS232串口线与该上位机连接，形成一个闭环控制。所述上位机包括KeiluVvision4和MicrosoftVisualStudio2010，用于编译控制信息代码。所述步进电机驱动板包括：74ALS367芯片，tlv5638芯片，lm555芯片，lm393-a比较器，lm393-b比较器，lmd18200芯片和电机；该74ALS367芯片通过管脚将数字信号传入下一级该tlv5638芯片，该tlv5638芯片将数字信号转换成目标模拟信号并传入该lm393-a比较器的同向端中，来自该lmd18200芯片的反馈模拟信号通过管脚传入该lm393-a比较器的反向端中，该反馈模拟信号与该目标模拟信号通过该lm393-a比较器进行比较，将比较结果传入该lm555芯片，在由该lm555芯片构成的单稳态触发器中，该比较结果生成了占空比可调的PWM信号，并被传入该lm393-b比较器中，该lm393-b比较器与外围电阻构成反相器，在该反相器的反相作用下，该PWM信号被反相，并被传入该lmd18200芯片，并在该lmd18200芯片中产生可调节的电流驱动该电机转动。当该反馈模拟信号大于该目标模拟信号时，所述该lm393-a比较器的比较结果为低电平信号，则该低电平信号传入该lm555芯片的管脚上，在该lm555芯片中生成了高电平PWM信号，再由该lm555芯片的另一管脚输出该高电平PWM信号，该高电平PWM信号传入该lm393-b比较器中，该lm393-b比较器与外围电阻构成反相器，在该反相器的反相作用下，该高电平PWM信号被转换成低电平PWM信号，该低电平PWM信号传入该lmd18200芯片中，产生的驱动电流减小，此时，该反馈模拟信号也随之减小并最终等于该目标模拟信号，使步进电机以目标工作电流转动。当该反馈模拟信号小于该目标模拟信号时，所述该lm393-a比较器的比较结果为高电平信号，则该高电平信号传入该lm555芯片的管脚上，在该lm555芯片中生成了低电平PWM信号，再由该lm555芯片的另一管脚输出该低电平PWM信号，该低电平PWM信号传入该lm393-b比较器中，该lm393-b比较器与外围电阻构成反相器，在该反相器的反相作用下，该低电平PWM信号被转换成高电平PWM信号，该高电平PWM信号传入该lmd18200芯片中，产生的驱动电流增大，此时，该反馈信号也随之增大并最终等于该目标模拟信号，同样使步进电机以目标工作电流转动。在该lm393-a比较器中，该反向端中的反馈模拟信号与电机绕组中的电流成377nA/1A比例关系。该步进电机与该绝对式编码器的轴心与该联轴器的轴心在同一水平线上；该联轴器分别与该步进电机的转轴和该绝对式编码器的转轴之间通过螺钉锁死，无缝隙，无打滑。所述上位机通过KeiluVvision4编译控制信息代码，再通过USB信号线将该控制信息代码下载到该单片机控制器中并在其中运行，该单片机控制器产生相应的控制信号，通过控制信号线将该控制信号传入该步进电机驱动板中，将该控制信号转换成电流信号并驱动步进电机转动，并对步进电机每相中的实际电流进行采样并反馈到单片机控制器，实现对步进电机的闭环驱动控制。而步进电机的转轴通过该联轴器与该绝对式编码器同轴连接，带动该绝对式编码器转动，该绝对式编码器将转角信息通过RS485串口线传入该串口协议转换器，再通过RS232串口线传入该上位机的软件MicrosoftVisualStudio2010中，实现对步进电机的转角实时测量。本专利技术的优点在于：本专利技术中的所述步进电机驱动板是利用LMD18200芯片和外围组件搭建的印制电路板，能够同时实现对步进电机的驱动和电机每相绕组电流的采样，属于闭环控制方式，精度高，稳定性好；所述绝对式编码器中的每个编码位置是唯一的，无需记忆，也无需清零参考点，编码位置只与最终位置有关而与中间过程无关，因此，抗干扰性强，转角测量准确且精度高；所述上位机中的软件代码为自行研制，电机控制部分流程清晰，步骤合理，无冗余，运行效率高，而转角检测部分时间分辨率高，实时性强，时间精度高达5毫秒，测量准确。附图说明图1是本专利技术的一种用于步进电机的驱动控制和转角测量系统的结构示意图图2是图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于步进电机的驱动控制和转角测量系统，其特征在于，该测量系统是基于LMD18200芯片的步进电机闭环控制，并采用绝对式编码器测量转角；该测量系统包括：上位机，单片机控制器，步进电机驱动板，步进电机，联轴器，绝对式编码器和串口协议转换器；该上位机通过USB信号线与该单片机控制器连接，该单片机控制器通过控制信号线和反馈信号线与该步进电机驱动板连接，该步进电机驱动板通过驱动电流线与该步进电机连接，该步进电机通过该联轴器与该绝对式编码器连接，该绝对式编码器通过RS485串口线与该串口协议转换器连接，该串口协议转换器通过RS232串口线与该上位机连接，形成一个闭环控制。

【技术特征摘要】
1.一种用于步进电机的驱动控制和转角测量系统，其特征在于，该测量系统是基于LMD18200芯片的步进电机闭环控制，并采用绝对式编码器测量转角；该测量系统包括：上位机，单片机控制器，步进电机驱动板，步进电机，联轴器，绝对式编码器和串口协议转换器；该上位机通过USB信号线与该单片机控制器连接，该单片机控制器通过控制信号线和反馈信号线与该步进电机驱动板连接，该步进电机驱动板通过驱动电流线与该步进电机连接，该步进电机通过该联轴器与该绝对式编码器连接，该绝对式编码器通过RS485串口线与该串口协议转换器连接，该串口协议转换器通过RS232串口线与该上位机连接，形成一个闭环控制。2.根据权利要求1所述的一种用于步进电机的驱动控制和转角测量系统，其特征在于，所述上位机包括：KeiluVvision4和MicrosoftVisualStudio2010，用于编译控制信息代码。3.根据权利要求1所述的一种用于步进电机的驱动控制和转角测量系统，其特征在于，所述步进电机驱动板包括：74ALS367芯片，tlv5638芯片，lm555芯片，lm393-a比较器，lm393-b比较器，lmd18200芯片和电机；该74ALS367芯片通过该tlv5638芯片和该lm393-a比较器将数字信号转换成目标模拟信号并传入该lm393-a比较器的同向端中，来自该lmd18200芯片的反馈模拟信号通过该lm393-a比较器进行比较，将比较结果传入该lm555芯片，该比较结果生成了占空比可调的PWM信号，并被传入该lm393-b比较器中，在反相作用下，该PWM信号被反相，并被传入该lmd18200芯片，并在该lmd18200芯片中产生调节的电流驱动该电机转动。4.根据权利要求3所述的一种用于步进电机的驱动控制和转角测量系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁少林，王天放，王咏梅，
申请(专利权)人：中国科学院国家空间科学中心，
类型：发明
国别省市：北京,11