步进电机控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种步进电机控制装置，它包括有通过电信号连接的上位机和下位机，上位机为ＰＣ机，装载控制参数输入模块和电机状态显示模块，下位机包括电信号相连接的单片机处理器和驱动电路，单片机处理器的ＩＯ端口连接驱动电路的输入端口，驱动电路的输出端口连接步进电机的电感线圈端子，其中所述的单片机处理器装载脉冲发生模块和升降速模块。本实用新型专利技术的有益效果在于：１、使步进电机在升降速过程中平稳运行，不出现丢步或堵转现象。２、缩短了升降速的过渡时间。３、采用人机交互界面，使操作简单、方便。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种步进电机，尤其涉及一种步进电机的控制装置。
技术介绍
步进电机是种将电脉冲转化为角位移的执行机构，是机电一体化的关键品之一，广 泛应用在各种fi动化控制系统中。当步进驱动器接到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按 设定的方向转动一个固定的角度，称为步距角，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。 可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，同时也可以通过控制 脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。但是实际上，如果脉冲 信号变化太快，步进电机由于惯性将跟随不上电信号的变化，这时会产生堵转或丢步现象。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种使步进电 机在升降速过程中不出现堵转或丢歩现象的步进电机控制装置。本技术为解决上述提出的问题所采用的技术方案是它包括有通过电信号连接的 上位机和下位机，上位机为PC机，装载控制参数输入模块和电机状态显示模块，下位机包括电信号相连接的单片机处理器和驱动电路，单片机处理器的io端口连接驱动电路的输入端口，驱动电路的输出端口连接步进电机的电感线圈端子，其中所述的单片机处理器装载 脉冲发生模块和升降速模块。按上述方案，所述的下位机还包括有一串口电平转换电路，它将单片机处理器串口输出的TTL电平转换成RS232C电平，并将单片机处理器串口输入的RS232C电平转换成TTL电平。按上述方案，所述的上位机和下位机通过RS232C串口进行通信。按上述方案，所述脉冲发生模块通过交替置单片机10端口高低电平的方法产生具有一定频率的矩形脉冲信号。按上述方案，所述的升降速模块采用逐渐改变脉冲频率的办法进行升速或降速。按上述方案，所述的升降速模块采用指数型升降速曲线进行加速或减速。 本技术的有益效果在于1、因为堵转或丢步现象往往更容易发生在转动速度快也 就是脉冲频率较高处，所以脉冲频率越高，加速过程就应该越平缓，脉冲频率较低时则可 以采用较高的加速度。升降速模块采用指数型升降速曲线，使加速度随时间或转速递减， 即低速时的加速度大、高速时的加速度小。脉冲频率低时加速度高可以縮短过渡时间，脉 冲频率高时加速度低可以避免堵转或丢步现象，这样就可以兼顾縮短过渡时间和保证过渡平稳性的要求。2、采用人机交互界面，使操作简单、方便。附图说明图l是本技术一个实施例的结构框图。 图2是本技术实施例的电路原理图。具体实施方式以下结合附图进一步说明本技术的实施例。本技术包括有上位机和下位机两部分，上位机和下位机通过RS232C串口进行通 信，上位机采用PC机，里面装载控制参数输入模块和电机状态显示模块。控制参数模块 提供人机交互界面，用户能够通过键盘输入控制指令以及转动方向、转动速度和转动角度 等转动参数，要求步进电机按照所要求的方式转动或停止。电机状态显示模块将步进电机 的状态可视化，显示步进电机处于转动或停止状态，以及转动速度或转动角度。下位机包 括电信号相连接的单片机处理器、驱动电路和串口电平转换电路，其中单片机处理器装载 脉冲发生模块和升降速模块。所述的单片机处理器采用ATMEL公司生产的AT89C55单片 机芯片，该芯片具有8KB的程序存储器，能容纳下脉冲发生模块和升降速模块。所述的驱 动电路采用MC1413芯片，用于提高单片机IO端口的负载驱动能力。MC1413芯片具有4 个输入端l、 2、 3禾B4脚，分别连接AT89C55单片机芯片4个IO端口 1、 2、 3禾B4脚， MC1413芯片的4个输出端13、 14、 15和16脚，分别连接四相步进电机的4个电感线圈 端子A、 A、 B、云，控制4个电感线圈的通断电。4个线圈如果按照正序换相通电，步进 电机正转；如果按反序通电换相，电机就会反转。所述的脉冲发生模块通过交替置单片机 10端口高低电平的方法产生具有一定频率的矩形脉冲信号。矩形脉冲信号由具有一定持续 时间的高低电平信号组成，其中高电平为有效电平，可以驱动步进电机转动一个步距角。 控制矩形脉冲信号的发生频率就可以起到控制步进电机转动速度的作用，停止发生矩形脉冲信号，步进电机将处于停止状态。所述的升降速模块是使步进电机平稳地从低速转动状 态过渡到高速转动状态，或者由高速转动状态过渡到低速转动状态。突跳频率是指步进电 机在静止状态下突然施加的脉冲启动频率，当步进电机以高于突跳频率的脉冲频率启动或 停止时，会出现堵转或丢步现象，因此采用逐渐改变脉冲频率的办法进行升速或降速，升 速或降速的方法相同。采用指数型升降速曲线进行加速或降速，其中升速过程采用指数型 升速曲线，如方程(1)所示其中fO为突跳频率，fs为最终脉冲频率，7为时间常数，当t^67"时，可以认为加速过程已 经结束。对方程(1)两边取时间导数，可以得到加速度表达式# /:一/。 p—" —=--6Ar (2) 从方程(2)可以看出加速度随时间或转速递减，即低速时的加速度大、高速时的加速度小。脉冲频率低时加速度高可以縮短过渡时间，脉冲频率高时加速度低可以避免堵转或丢步现象。所述的串口电平转换电路采用MAX232芯片，它的作用是将单片机处理器串口输出的TTL电平转换成RS232C电平，并将单片机处理器串口输入的RS232C电平转换成TTL电平。MAX232芯片的12脚与AT89C55单片机芯片的10脚连接，MAX232芯片的11脚与AT89C55单片机芯片的11脚连接，MAX232芯片的13、 14脚分别与PC机DB9的2、 3脚连接。本技术的工作过程为上位机将用户输入的控制指令和转动参数传送给下位机， 如果转动速度所对应的脉冲频率大于突跳频率，则自动启动升降速模块进行加速或减速操 作。下位机则将状态和转动速度、角度传送给上位机，进行显示，从而达到人机交互的效 果。权利要求1、一种步进电机控制装置，包括通过电信号连接的上位机和下位机，上位机为PC机，装载控制参数输入模块和电机状态显示模块，下位机包括电信号相连接的单片机处理器和驱动电路，单片机处理器的IO端口连接驱动电路的输入端口，驱动电路的输出端口连接步进电机的电感线圈端子，其特征在于所述的单片机处理器装载脉冲发生模块和升降速模块。2、 如权利要求1所述的步进电机控制装置，其特征在于所述下位机还包括有一串口电平转换电路，它将单片机处理器串口输出的ttl电平转换成rs232c 电平，并将单片机处理器串口输入的rs232c电平转换成ttl电平。3、 如权利要求1或2所述的步进电机控制装置，其特征在于所述上位机和 下位机通过rs232c串口进行通信。4、 如权利要求1所述的步进电机控制装置，其特征在于所述脉冲发生模块 通过交替置单片机10端口高低电平的方法产生具有一定频率的矩形脉冲信号。5、 如权利要求1所述的步进电机控制装置，其特征在于所述的升降速模块 采用逐渐改变脉冲频率的办法进行升速或降速。6、 如权利要求5所述的步进电机控制装置，其特征在于所述的升降速模块采用指数型升降速曲线进行加速或减速。专利摘要本技术涉及一种步进电机控制装置，它包括有通过电信号连接的上位机和下位机，上位机为PC机，装载控制参数输入模块和电机状态显示模块，下位机包括电信号相连接的单片机处理器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种步进电机控制装置，包括通过电信号连接的上位机和下位机，上位机为ＰＣ机，装载控制参数输入模块和电机状态显示模块，下位机包括电信号相连接的单片机处理器和驱动电路，单片机处理器的ＩＯ端口连接驱动电路的输入端口，驱动电路的输出端口连接步进电机的电感线圈端子，其特征在于：所述的单片机处理器装载脉冲发生模块和升降速模块。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谭辉，刘义，易学勤，邢芳，郑生全，
申请(专利权)人：中国舰船研究设计中心，
类型：实用新型
国别省市：83[中国|武汉]