基于ARM平台的步进电机闭环控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于ARM平台的步进电机闭环控制系统，本系统是一个分散式的控制系统。主机部分由一台PC电脑构成，步进电机控制部分由ARM7微处理器为核心组成。主机部分主要负责用户界面显示和命令控制。步进电机控制部分则实现一路步进电机驱动、光栅尺输入信号解读、限位开关信号输入控制、点动控制和PC电脑实时通信。PC电脑与步进电机控制器之间通过CAN总线接口进行实时通信。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种基于ARM平台的步进电机闭环控制系统。尤其涉及一种基于CAN网络连接的实时网络嵌入式步进电机闭环控制系统
技术介绍
目前，在工作移动台进行控制时一般采用步进电机进行驱动控制。步进电机的主要优点之一是能在开环系统中保证一定的控制精度，但开环系统也具有一些缺点无法知道步进电机在点位运动的匀速阶段和起动的升速阶段是否失步，在步进结束时是否超步，以及由于负载变化而引起的速度变化，尤其当负载转矩较大且有冲击现象时，失步和丢步现象就显得十分突出，从而使步进电机的开环控制的应用受到一定程度的影响。为实现工作移动台的准确定位，采用了以光栅尺作为位置检测环节的闭环控制，其根本的方法就是光栅尺将检测到的工作平台的位置脉冲反馈给控制器，控制器根据检测到的实际位移状态，来实时调整输入的脉冲数、频率，使步进电机稳定在正常运行状态，并使实际位置和指令位置一致，从而达到精确定位的要求。
技术实现思路
为实现上述目的，本技术提出一种基于ARM平台的步进电机闭环控制系统，包括主机部分和步进电机控制部分；主机部分由一台PC电脑构成，主要负责用户界面显示和命令控制；步进电机控制部分由ARM7微处理器为核心组成，包括USB-CAN总线转换器、电机控制器、电源、电动台、输出功率可调装置和衰减方式可调装置；所述步进电机控制部分实现一路步进电机驱动、光栅尺输入信号解读、限位开关信号输入控制、点动控制和PC电脑实时通信；ARM微处理器与电机驱动芯片采用隔离电路；PC电脑与步进电机控制器之间通过CAN总线接口进行实时通信。该电机控制器内主要设置有ARM微处理器、步进电机控制电路、光电隔离电路、系统复位电路、存储器电路、CAN总线接口电路，USB接口电路、RS232接口电路、无线接口电路、反馈控制电路、限位控制电路和同步信号输出电路；该电动台与电机控制器相连接，其主要设置有步进电机、移动台、光栅尺和限位开关；所述PC电脑通过USB-CAN总线转换器与电机控制器相连接，电源电连接电机控制器；所述输出功率可调装置和衰减方式可调装置与电机控制器相连，用于线性调整输出功率及设置不同的衰减方式。进一步，所述步进电机控制电路采用ARM微处理器AT91SAM7X256，根据PC电脑上配套软件实时传输的控制命令，调用包含有地址、方向、速度、行程、循环、分辨率等参数的运行方案，精确控制步进电机运动。进一步，所述电机控制器采用THB6064H作为电机驱动芯片，可以通过PC电脑上配套软件设置步进电机的运行方向、速度、细分模式，可以进行2/8/10/16/20/32/40/64等多级细分模式，从而实现在低速振动极小和定位精度更高的精确电控移动。进一步，所述的步进ARM微处理器和电机驱动芯片的隔离电路采用TLP2530和TLP521-4，从而实现系统的弱电部分和强电部分隔离，达到抑制系统噪声，消除接地回路的干扰的目的。进一步，为了防止移动台工作时运动出界，在移动台导轨两侧的极端位置分别设置了限位开关，可以在平台超出运动范围时自动触发信号给步进电机控制器，使其实时响应并停止电机运动。进一步，所述电机控制器通过USB-CAN总线转换器同PC电脑进行实时通信，转换器电路采用STM32F103RBT6作为主控协议转换芯片，通过CAN总线接口还可以与其他电机控制器相级联形成一套多维位置精确可控的步进电机控制系统，其最大维数可为15维。进一步，所述基于ARM微处理器平台步进电机闭环控制系统还设置有用来控制电机移动方向的两个点动控制按键，并设计有去抖电路，可以在没有输入运行方案的前提下手动进行相对精度要求的定位。进一步，所述无线接口电路使用ZIGBEE方式，可以通过无线数据传输来设置电机 控制器的参数，其电路主控芯片采用CC2430，其无线接口方式还可以使用其他频率的无线接口方式。进一步，所述步进电机控制部分还设计了输出功率可调装置和衰减方式可调装置，他们分别可以对输出功率的大小及衰减方式进行设置，从而使得本系统可以在不同应用条件下得到充分的应用；所述电机控制器还具有指示系统工作正常与否的闪烁指示灯。进一步，所述同步信号输出电路可以用来和其他设备相连，用来同步其他设备的工作，使整个系统具有更加广泛的应用领域。与现有技术相比，本技术的有益效果在于本技术的控制系统增加了光栅尺作为位置检测环节的闭环控制，其根本的方法就是光栅尺将检测到的工作平台的位置脉冲反馈给控制器，控制器根据检测到的实际位移状态，来实时调整输入的脉冲数、频率，使步进电机稳定在正常运行状态，并使实际位置和指令位置一致，从而达到精确定位的要求。本技术的控制系统还增加了 CAN网络连接功能，可以与远端机进行通信，并使得通讯距离大为提升，并可以更加灵活的实现多级互联控制，从而可以使本系统的应用更加广泛。为了防止移动台工作时运动出界，在移动台导轨两侧的极端位置分别设置了限位开关，可以在平台超出运动范围时自动触发信号给步进电机控制器，使其实时响应并停止电机运动。同样，本技术也采用了可以手动控制移动台移动位置的两个点动控制按键。可以在没有输入运行方案的前提下手动进行相对精度要求的定位。并且由于使用ARM微处理器为电路控制系统的核心，ARM微处理器内的充足空间可以为本系统上的其它功能预留出一定的程序空间和外部接口，极大地增强了本技术的可扩展性。附图说明图I为本技术的电路原理方框图；图2为本技术实施例的ARM微处理器各端口部分电连接电路图；图3为本技术实施例的ARM微处理器和CAN总线接口电路图；图4为本技术实施例的ARM微处理器和USB接口电路图；图5为本技术实施例的ARM微处理器和RS232接口电路图；图6为本技术实施例的ARM微处理器和无线接口电路图；图7为本技术实施例的步进电机控制电路图；图8为本技术实施例的光电隔离电路图；图9为本技术实施例的同步信号输出电路图；图10为本技术实施例的上面示意图； 图11为本技术实施例的正面示意图；图12为本技术实施例的反面示意图。图1-11中各部件标记如下I. ARM微处理器；2. CAN总线接口电路；3. USB接口电路；4. RS232接口电路；5.无线接口电路；6.系统复位电路；7.存储器电路；8.同步信号输出电路；9.限位控制电路；10.闪烁指示灯；11.步进电机控制电路；12.光电隔离电路；13.输出功率可调装置；14.衰减方式可调装置；15点动控制按键；16.步进电机接口；17.限位开关接口；18.光栅尺接口；19.步进电机；20.移动台；21.限位开关；22.光栅尺；23电机控制器；24. PC电脑；25. USB-CAN总线转换器；26.电源。具体实施方式以下结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细描述如图I的电路原理图所示，ARM微处理器I与CAN总线接口电路2，USB接口电路3，RS232接口电路4，无线接口电路5，系统复位电路6，存储器电路7，同步信号输出电路8，限位控制电路9，闪烁指示灯10，步进电机控制电路11，点动控制按键15，限位开关接口17和光栅尺接口 18电连接；步进电机控制电路11与光电隔离电路12，输出功率可调装置13，衰减方式可调装置14和步进电机接口 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ARM平台的步进电机闭环控制系统，本系统是一个分散式的控制系统，主机部分由一台PC电脑构成，主要负责用户界面显示和命令控制，步进电机控制部分由ARM7微处理器为核心组成；其特征在于：步进电机控制部分则实现一路步进电机驱动、光栅尺输入信号解读、限位开关信号输入控制、点动控制和PC电脑实时通信；ARM微处理器与电机驱动芯片采用隔离电路；PC电脑与步进电机控制器之间通过CAN总线接口进行实时通信。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗强，富强，冯忠磊，刘兵辉，
申请(专利权)人：大恒新纪元科技股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：