5)程序的调试及修改
用Proteus软件进行编程和调试,并且进行系统仿真。
2 系统总体规划
系统主要由键盘控制模块、LED显示模块和驱动模块组成。
本次毕业设计主系统确定设计要求如下:
1)步进电机运行要求
步进电机的运行控制涉及位置控制和加、减速控制。其中,位置控制是最主要的控制,本设计要求在位置上实现准确控制(要求转动步数由数字键直接输入)。
2)功能要求
要求具有运行步设置,在线正、反转及启停控制。
3)步进电机运行速度
运行速度在线可调。
总体规划流程如图2.1所示,首先根据课题的要求,需要实现的功能是单片机控制步进电机。根据设计出来的电路图编写程序流程图,编写并调试好程序,再使用Proteus仿真,最后完成整个毕业设计。
图2.1 总体规划流程图
3 系统硬件设计
3.1 步进电机的控制系统设计原理
步进电机由定子和转子两部分组成,下面以一两相反应式步进电机为例,说明步进电机工作原理。
如图3.1所示,二相步机电机的定子上有两对磁极,按N、S、N、S分配,每两个相对的磁极组成一对。每对磁极都缠有同一个绕组,形成一相。转子是由软磁材料制成的,其外表面均匀分布着小齿,它们大小相同,间距相同。这些小齿与定子磁极上的小齿的齿距相同形状相似。
按表3.1的时序给步机绕组通电,步进电机将产生转动,改变相序通电,步进电机的转向将反相,停止发送脉冲,步机电机将停止运转[4]。
表3.1 通电相序
图3.1 步进电机结构
如果给步进电机发一个控制脉冲,它就转一步,再发一个脉冲,它会再转一步。两个脉冲的间隔越短,步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率,就可以对步进电机进行调速。
基于单片机的步进电机控制方案如图3.2所示。系统由键盘、微处理器和功率放大器三部分组成。键盘负责发布命令、输入数据,采用带中断的行列式键盘,微处理器负责将命令转化成控制信号。功率放大器具有信号放大的功能[4]。
图3.2 单片机控制步进电机原理图
3.2 步进电机的电路设计
3.2.1 步进电机简介
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,即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在,加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。
正常情况下,步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比;连续输入一定频率的脉冲时,电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系,不受电压波动和负载变化的影响。由于步进电动机能直接接收数字量的输入,所以特别适合于微机控制。
步进电机的基本参数有:
一)步进电机的静态指标术语[2]
1)相数:产生不同对N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表示。
2)拍数:完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示,或指电机转过一个齿距角所需脉冲数,以四相电机为例,有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB,四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.
3)步距角:对应一个脉冲信号,电机转子转过的角位移用θ表示。θ=360度(转子齿数*运行拍数),以常规二、四相,转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为θ=360度/(50*4)=1.8度(俗称整步),八拍运行时步距角为θ=360度/(50*8)=0.9度(俗称半步)。
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