基于单片机与超声波传感器的步进电机控制器毕业设计.doc
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基于单片机与超声波传感器的步进电机控制器毕业设计.doc
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摘要
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。
在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,当步进驱动器接收到一个脉冲信号,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。
因此,步进电机以其精准的控制特性,广泛应用于执行器件中。
本文设计了基于单片机的步进电机控制器,系统采用AT89S52型单片机作为主控制器电路。
采用步进电机驱动芯片ULN2003趋动28BYJ-48型四相八拍步进电动机,设计了对应的按键控制电路和LCD状态显示电路。
AT89S52的控制指令通过光耦TLP521-4控制ULN2003,根据计算控制脉冲时序,算出电机转过的步数或圈数,用LCD1602A显示步进电机运行状态和转速。
各控制按键功能用无线收发模块PT2262/2272作为辅助,共同实现步进电机的控制。
同时整个系统作为一个执行部件,嵌入到其他的微机控制系统中。
外部微机通过MAX232芯片将信号转化为RS232协议信号,与主控制器控制器进行通信。
AT89S52通过内部程序识别外部微机的控制信号,对控制系统进行控制,使得本系统的应用范围与可靠性大大提高。
关键词单片机;达林顿管;步进电动机;串口通信
Abstract
Steppingmotoriswillsignalintoelectricalimpulsesforangulardisplacementorlineopenloopcontrolthedisplacementofsteppingmotorparts.Intheoverloadofthecases,motorspeed,stopdependsonlyonthepositionofthepulsesignalfrequencyandpulsecount,anddonotsuffertheeffectofloadchanges,whensteppingdrivetoreceiveapulsesignal,itwilldrivesteppingmotorsetaccordingtoturnafixedAngle,called"stepfromthecorner",itisthepointofviewoftherotationofthefixedstepbystepofoperation.Canthroughthecontrolpulsetocontrolthenumberofangulardisplacementquantity,soastoachievethepurposeofaccuratepositioning;Atthesametimecanthroughthecontrolpulsefrequencytocontrolmotorrotationspeedandacceleration,soastoachievethepurposeofspeed.Therefore,steppingmotorwithitsprecisecontrolcharacteristics,widelyusedinexecutionofthedevice.Inthispaper,basedonSCMsteppingmotorcontroller,systemadoptssingle-chipmicrocomputerasthemaincontrollerAT89S52typecircuit.ThecontrolinstructionthroughlightAT89S52decouplingmethod-4controlULN2003,accordingtocomputationcontrolpulsetiming,calculateefficiencyormotorturnedlaps,withLCD1602Adisplaysteppingmotorrunningstateandspeed.ThecontrolkeyfunctioninawirelesstransceivermodulePT2262/2272astheassistanttoaccomplishthestepmotorcontrol.Andthewholesystemasanexecutivecomponents,embeddedinothermicrocomputercontrolsystem.ExternalmicrocomputerthroughtheMAX232chipswillsignalintoRS232agreementsignals,andthemaincontrollercontrollerforcommunication.AT89S52devicesthroughtheinternalprocessofexternalmicrocomputercontrolsignaltoidentify,forthecontrolsystemtocontrol,sothesystemapplicationrangeandreliabilityisgreatlyincreased.
Keywords:
SCM;Optocoupler;Photo-Darlingtons;Steppingmotor;SPCP-SerialPort
目录
1概述 1
1.1研究设计步进电机控制器的意义 1
1.2步进电机基础知识 1
1.2.1步进电机原理 2
1.2.2感应子式步进电机工作特点 3
1.3本文主要完成的工作 4
2系统整体方案的设计 6
2.1总体方案拟定 6
2.2步进电机控制器各功能模块介绍 7
2.2.1步进电机控制器模块设计 7
2.2.2输入控制模块设计 7
2.2.3驱动模块设计 7
2.2.4输出显示模块设计 8
2.2.5串口通讯模块设计 8
3硬件电路设计 9
3.1主控制器电路设计及芯片选型 9
3.1.1时钟电路设计 9
3.1.2复位电路 10
3.1.3主控制器最小系统设计 11
3.2输出驱动驱动电路设计 12
3.3输出状态显示电路设计 13
3.4串口通讯电路设计 16
4软件设计 19
4.1C51语言 19
4.2整体程序设计框图 20
4.3步进电机控制程序 20
4.4液晶显示1602程序设计 22
4.5微机通讯软件设计 25
5Proteus仿真分析 28
5.1步进电机趋动仿真 28
5.2LCD1602A应用仿真 28
5.3微机通讯仿真 29
结论 31
致谢 32
参考文献 33
附录Ⅰ 34
附录Ⅱ 35
主控制器源程序 36
从机源程序 46
IV
1概述
1.1研究设计步进电机控制器的意义
早在1920年,英国人开发了步进电机,1950年代后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上,对于数字化的控制变得更加容易。
经过不断改良,使得今日步进电机已经广泛应用在需要高精度定位、高分解能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。
再生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中,我们很容易发现步进电机的踪迹。
尤其以重视速冻、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。
近十几年来,数字技术和电子计算机的迅速发展为MCU的应用开辟了广阔的前景。
MCU广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。
步进电机作为一种用于精准控制领域的感应式电机,在许多实际应用中起到了不可替代的作用。
二者结合加上适当的控制及其他外围电路,便可实现步进电机的程序化控制。
通过对步进电机的研究,我们发现比如28BYJ-48型四相八拍电机转一圈的步数是4的整数倍,转一圈的步数是相数的整数倍,查得其步距角度为5.625/64。
我们可以精确到角度对它进行按照工程实际需要进行控制,这是其他电机所不能比的,也是他的设计优越性的体现。
连接上适当的机械部件,步进电机可以做为一个执行元件。
产生力矩来使其他器件动作。
加上控制器和操作系统程序,步进电机可以做为一个具有人工智能的执行部件,来协调完成一系列的工作。
我们知道,比如一些仪器仪表,工业流水线上的机械臂,都需要能产生精确的力矩和功的执行器件来完成。
这足以说明步进电机应用的灵活性。
因此,研究和发展步进电机的性能参数,拓展其在生产生活各领域中的应用范围是很有必要的。
既应用了电机学和控制电机的理论知识,也考验了微机控制及单片机原理与应用的实际应用能力。
从平凡中做出不平凡的成就来,就是我们的创造。
1.2步进电机基础知识
步进电机分三种:
永磁式(PM),反应式(VR)和混合式(HB)永磁式步进一般为两相,转矩和体积较小,步进角一般为7.5度或15度;反应式步进一般为三相,可实现大转矩输出,步进角一般为1.5度,但噪声和振动都很大。
在欧美等发达国家80年代已被淘汰;混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。
它又分为两相和五相:
两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72度。
这种步进电机的应用最为广泛。
1.2.1步进电机原理
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。
在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,当步进驱动器接收到一个脉冲信号,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。
步进电机是一种感应电机,它的工作原理是利用电子电路,将直流电变成分时供电的,多相时序控制电流,用这种电流为步进电机供电,步进电机才能正常工作,驱动器就是为步进电机分时供电的多相时序控制器。
通常电机的转子为永磁体,当电流流过定子绕组时,定子绕组产生一矢量磁场。
该磁场会带动转子旋转一角度,使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。
当定子的矢量磁场旋转一个角度。
转子也随着该磁场转一个角度。
每输入一个电脉冲,电动机转动一个角度前进一步。
它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。
改变绕组通电的顺序,电机就会反转。
所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。
。
虽然步进电机已被广泛地应用,但步进电机并不能像普通的直流电机,交流电机在常规下使用。
它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。
因此用好步进电机却非易事,它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。
步进电机作为执行元件,是机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种自动化控制系统中。
随着微电子和计算机技术的发展,步进电
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