一种基于单片机的步进电机位置控制电路及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于单片机的步进电机位置控制电路及其控制方法，包括单片机，单片机的IO接口输入端连接到位信号检测电路和光耦隔离电路；单片机的IO接口输出端连接电机驱动信号电路、数码管显示及驱动电路和LED显示电路；单片机的IO接口双向连接键盘控制电路、EEPROM电路和通讯电路；其中单片机还连接电源电路，电源电路提供5V电源。通过设计硬件控制电路和控制方法，使得步进电机在复杂工况下的位置控制可靠性高，重复精度高，并且能够实时显示，通用性强。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单片机的步进电机位置控制电路及其控制方法
本专利技术属于步进电机控制
；具体涉及一种基于单片机的步进电机位置控制电路及其控制方法。
技术介绍
现有的步进电机位置控制电路一般采用限位开关加简单的软件阈值处理，在一些简单的少工位的情况下可能比较适用，但在一些复杂的、多工位、多轴联动的位置控制情况下可靠性、容错性较差，而且位置控制的重复精度一般不能直观显示，开发出来的产品要么会对实际限位开关的安装尺寸要求比较高，要么需要安装完毕之后需要相关的工程技术人员进行在线调试程序，费时费力。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于单片机的步进电机位置控制电路及其控制方法，通过设计硬件控制电路和控制方法，使得步进电机在复杂工况下的位置控制可靠性高，重复精度高，并且能够实时显示，通用性强。本专利技术的技术方案是：一种基于单片机的步进电机位置控制电路，包括单片机，单片机的IO接口输入端连接到位信号检测电路和光耦隔离电路；单片机的IO接口输出端连接电机驱动信号电路、数码管显示及驱动电路和LED显示电路；单片机的IO接口双向连接键盘控制电路、EEPROM电路和通讯电路；其中单片机还连接电源电路，电源电路提供5V电源；所述到位信号检测电路向单片机发送到位信号；光耦隔离电路向单片机发送控制信号；单片机向电机驱动信号电路发送驱动器脉冲、方向驱动信号和步进电机运动到位信号；单片机向LED显示电路发送LED驱动显示信号；EEPROM电路用于保存单片机发送的步进电机运动位置信息，并且单片机读取EEPROM电路保存的信息；键盘控制电路用于控制模式选择。更进一步的，本专利技术的特点还在于：其中键盘控制电路控制的模式包括调试模式和正常模式，调试模式包括自动位置模式和手动位置模式。其中数码管显示及驱动电路和键盘控制电路采用CH451芯片，并且通过4线串口与单片机连接。其中EEPROM电路采用24C02芯片，并且通过IIC总线接口与单片机连接。其中通讯电路采用USB总线转接芯片CH341/CH340或者采用RS*232通讯的MAX232芯片。本专利技术的另一技术方案是：一种上述步进电机位置控制电路的控制方法，包括以下步骤：步骤S1，对控制电路进行初始化；具体的包括读取EEPROM电路的信息，配置数码管显示及驱动电路的显示参数，配置光耦隔离电路；步骤S2，控制电路对步进电机进行复位；步骤S3，控制电路进行按键中断判定；若没有按键中断，进行步骤S4，若有则进行电机中断过程，然后进行步骤S5；步骤S4，控制电路进行命令接收控制过程；在非调试模式的情况下，单片机接收到工位到位命令，然后根据脉冲数设定步进电机速度参数，然后确定步进电机到达该工位，步进电机完成该工位的工序后，步进电机复位，然后单片机继续接收其他工位的到位命令；在调试模式下跳转至步骤S3；步骤S5，控制电路在按键中断的情况下，匹配按键模式并进行相应的动作，完成动作之后返回步骤S3。更进一步的，本专利技术的特点还在于：其中步骤S2中步进电机复位的具体过程是：使步进电机进行反转，同时检测到复位信号，关闭步进电机使能，并提高电机脉冲，再使步进电机进行正转，同时检测到复位信号，关闭步进电机使能，同时将电机脉冲清零，完成步进电机复位。其中步骤S3的具体过程是：首先通过步进电机的使能状态和转动方向调整电机脉冲，然后根据步进电机的加速值和减速值调整步进电机为匀速，完成步进电机的中断。其中步骤S4中，步进电机在工位上进行工序时接收到按键信号，则步进电机复位，同时进入电机中断过程，并进行步骤S5。其中步骤S5中按键模式包括自动调试模式、手动正转调试模式、手动反转调试模式、取消按键模式和确认按键模式。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：通过对其软硬件结合设计，单片机主要完成对电路系统的初始化、信号的处理及运动控制算法的实现，按键电路用来选择系统所处的模式，其中模式分为：调试模式和正常工作模式，调试模式又分为自动位置模式、手动位置模式。电机驱动信号电路输出步进电机驱动器所需的脉冲及方向信号，数码管显示及驱动电路驱动数码管实时显示步进电机距离系统原点的脉冲数量，LED显示电路驱动LED灯显示当前步进电机所处的限位开关位置。EEPROM电路保存步进电机运动的位置信息，系统的位置控制由光耦隔离电路输入其他控制系统的控制信号。也可以通过通讯电路实现。本专利技术使得步进电机在复杂工况下的位置控制可靠性高、重复精度可以实时显示、且通用性强，普通工人即可进行在线调试，方便简单。附图说明图1为本专利技术的硬件电路结构图；图2为本专利技术中复位过程及工位示意图；图3为本专利技术控制方法的流程示意图；图4为本专利技术中复位过程的流程示意图；图5为本专利技术中电机中断过程的流程示意图；图6为本专利技术中命令接收控制过程的流程示意图；图7为本专利技术中按键调试过程的流程示意图。图中：1为LED显示电路；2为EEPROM电路；3为通讯电路；4为电机驱动信号电路；5为单片机；6为光耦隔离电路；7为到位信号检测电路；8为键盘控制电路；9为数码管显示及驱动电路；10为电源电路。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案进一步说明。本专利技术提供了一种基于单片机的步进电机位置控制电路，如图1所示，包括单片机5、单片机5的IO接口输入端连接到位信号检测电路7和光耦隔离电路6；单片机5的IO接口输出端连接电机驱动信号电路4、数码管显示及驱动电路9和LED显示电路1；单片机5的IO接口双向连接键盘控制电路8、EEPROM电路2和通讯电路3。优选的，电源电路10和电机驱动信号电路4采用外部12V直流电源供电，12V直流电源通过稳压、滤波之后输出5V电源，供单片机5以及与单片机连接的到位信号检测电路7、光耦隔离电路6、电机驱动信号电路4、LED显示电路1、数码管显示及驱动电路9、键盘控制电路8、EEPROM电路2和通讯电路3取电。优选的，单片机5主要完成对控制电路的初始化、以及各种信号的处理和实现对步进电机的控制。单片机5IO接口的输入端接收到位信号检测电路7的到位信号和光耦隔离电路6的控制信号；单片机5IO接口的输出端向电机驱动信号电路4输出驱动脉冲及方向的驱动信号和步进电机运动到位信号，向LED显示电路1输出LED驱动信号。优选的数码管显示及驱动电路9和键盘控制电路8采用CH451芯片，其通过4线串行接口与单片机5的IO接口双向连接；EEPROM电路2采用24C02芯片，其通过IIC总线接口与单片机5的IO接口双向连接。其中数码管显示及驱动电路9使数码管实时显示步进电机距离系统原点的脉冲数量，按键电路用来选择系统所处的模式，其该模式包括：调试模式和正常工作模式，调试模式包括自动位置模式和手动位置模式。LED灯显示当前步进电机所处的限位开关位置。EEPROM电路2保存步进电机运动的位置信息，系统的位置控制能够通过光耦隔离电路6输入其他控制系统的控制信号，或者通过通讯电路3实现。优选的，通讯电路3采用USB总线转接芯片CH341、CH340或者采用RS-232通讯的MAX232芯片。本专利技术还提供了上述控制电路对步进电机进行控制的方法，如图2所示，在某个工作场景中，步进电机所在的直线导轨上系统原点为O，O’为步进电机回到原点的减速位移，工位1为P1点，工位2为P2点......相应的工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于单片机的步进电机位置控制电路，其特征在于，包括单片机(5)，单片机(5)的IO接口输入端连接到位信号检测电路(7)和光耦隔离电路(6)；单片机(5)的IO接口输出端连接电机驱动信号电路(4)、数码管显示及驱动电路(9)和LED显示电路(1)；单片机(5)的IO接口双向连接键盘控制电路(8)、EEPROM电路(2)和通讯电路(3)；所述单片机(5)还连接电源电路(10)，电源电路(10)提供5V电源；所述到位信号检测电路(7)向单片机(5)发送到位信号；光耦隔离电路(6)向单片机(5)发送控制信号；单片机(5)向电机驱动信号电路(4)发送驱动器脉冲、方向驱动信号和步进电机运动到位信号；单片机(5)向LED显示电路(1)发送LED驱动显示信号；EEPROM电路(2)用于保存单片机(5)发送的步进电机运动位置信息，并且单片机(5)读取EEPROM电路(2)保存的信息；键盘控制电路(8)用于控制模式选择。

【技术特征摘要】
1.一种基于单片机的步进电机位置控制电路，其特征在于，包括单片机(5)，单片机(5)的IO接口输入端连接到位信号检测电路(7)和光耦隔离电路(6)；单片机(5)的IO接口输出端连接电机驱动信号电路(4)、数码管显示及驱动电路(9)和LED显示电路(1)；单片机(5)的IO接口双向连接键盘控制电路(8)、EEPROM电路(2)和通讯电路(3)；所述单片机(5)还连接电源电路(10)，电源电路(10)提供5V电源；所述到位信号检测电路(7)向单片机(5)发送到位信号；光耦隔离电路(6)向单片机(5)发送控制信号；单片机(5)向电机驱动信号电路(4)发送驱动器脉冲、方向驱动信号和步进电机运动到位信号；单片机(5)向LED显示电路(1)发送LED驱动显示信号；EEPROM电路(2)用于保存单片机(5)发送的步进电机运动位置信息，并且单片机(5)读取EEPROM电路(2)保存的信息；键盘控制电路(8)用于控制模式选择。2.根据权利要求1所述的基于单片机的步进电机位置控制电路，其特征在于，所述键盘控制电路(8)控制的模式包括调试模式和正常模式，调试模式包括自动位置模式和手动位置模式。3.根据权利要求1所述的基于单片机的步进电机位置控制电路，其特征在于，所述数码管显示及驱动电路(9)和键盘控制电路(8)采用CH451芯片，并且通过4线串口与单片机(5)连接。4.根据权利要求1所述的基于单片机的步进电机位置控制电路，其特征在于，所述EEPROM电路(2)采用24C02芯片，并且通过IIC总线接口与单片机(5)连接。5.根据权利要求1所述的基于单片机的步进电机位置控制电路，其特征在于，所述通讯电路(3)采用USB总线转接芯片CH341/CH340或者采用RS*232通讯的MAX232芯片。6.一种如权利要求1所述的步进...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯阳博，曹超，路新科，张汉辰，吴晓龙，
申请(专利权)人：中航电测仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61