CN104242753A - 步进电机摆动控制器 - Google Patents

Abstract

步进电机摆动控制器，由单片机电路、光电隔离电路、VCC3直流电源、步进电机、驱动集成电路、控制方法软件组成，所述单片机电路根据输入的高或低电平的摆动控制信号，输出四路驱动信号与所述光电隔离电路连接，所述光电隔离电路输出四路信号与所述驱动集成电路连接，所述驱动集成电路与所述步进电机连接，所述VCC3直流电源与所述驱动集成电路与所述步进电机连接，所述控制方法软件烧录入所述单片机电路的单片机中。本发明无需专门的脉冲发生器和专用脉冲分配器，简化了硬件结构，软件的形式增添了灵活性，光电隔离电路的引入扩展了应用面。

Description

步进电机摆动控制器

技术领域

本发明涉及电动摆动器领域，具体涉及一种采用步进电机的摆动器控制装置及其控制方法。

背景技术

当前，在音乐喷泉广场、酒吧间的灯光变幻等的微力矩电动摆动驱动中，在工业控制领域的一些小负载的电动摆动装置中，逐步为步进电机所驱动控制。在摆动力矩指标不高的众多场合，同时也需要低成本、高可靠性、颇具灵活性的摆动器产品，步进电机的使用毋庸置疑。

当前现有的一些基于步进电机的电动摆动器产品，要么是虽然体积小巧，但往往限于微小型，输出力矩过小，需外接脉冲信号输入，影响其使用面，并且可靠性不高，相关信息可参见邵世凡、陈祥华、孙冠群等编写的书籍《电机与拖动》(浙江大学出版社，2008年12月，236-237页)；要么是较大力矩的步进电机电动摆动装置，往往采用PLC、及限位开关等方式，成本高，精度不能严格保证，速度范围也窄。

发明内容

基于以上提出的问题，本发明就提出一种基于步进电机的摆动控制电路与控制方法，可适应微型、小型较大力矩的摆动需求。

本发明的主要技术方案为：

一种基于步进电机的摆动控制电路与控制方法，由单片机电路、光电隔离电路、VCC3直流电源、步进电机、驱动集成电路、控制方法软件组成；所述单片机电路根据输入的高或低电平的摆动控制信号，输出四路驱动信号与所述光电隔离电路连接，所述光电隔离电路输出四路信号与所述驱动集成电路连接，所述驱动集成电路与所述步进电机连接，所述VCC3直流电源与所述驱动集成电路与所述步进电机连接，所述控制方法软件烧录入所述单片机电路的单片机中。

所述单片机电路采用89C52单片机，接收来自外部的摆动控制信号，该控制信号要么是高电平要么是低电平；所述单片机电路外围还有复位电路、时钟电路，所需直流电源经滤波处理。

所述光电隔离电路由线性度较好、速度较高的TIL113为基础构成，数量为四个，分别接收所述单片机电路输出的四路驱动信号，并且所述光电隔离电路输出隔离后的四路驱动信号给所述的驱动集成电路。

所述驱动集成电路采用达林顿集成晶体电路ULN2XXX。

所述步进电机为四相步进电机。

所述VCC3直流电源值为+5-30VDC，它向所述驱动集成电路和所述步进电机供电。

本发明的控制方法采用软件实现，采用C语言编程，程序烧录到所述单片机电路的89C52单片机中。

控制方法软件用以实现对步进电机绕组驱动信号的产生及通电相序的分配，产生所述步进电机四相绕组的驱动信号脉冲数量和频率，在控制流程中，首先初始化并设置所述步进电机的旋转速度和摆动角度值，随后进行输入单片机的摆动控制信号电平的上下沿判断，若上下沿发生变化，则进入下一步并判断是上升沿还是下降沿，如果是上升沿则正转，如果是下降沿则反转，合适的摆动控制信号频率范围内时，每个方向都会运行到所设置的角度值。

本发明的主要有益效果是：输入本发明的步进电机摆动控制器高电平，它就以一定速度正转一定角度，反之给低电平，它就沿原路摆动返回，如此反复的满足一定频率要求下的高、低电平控制输入之下，它就反复的来回的摆动运动，无需脉冲发生器和专用脉冲分配器，这些由软件实现，从而简化了硬件结构，同时具有灵活性，可以以更改软件的方式改变摆动的速度和角度等参数。

光电隔离电路的引入，适应了驱动相对较大步进电机的需求，扩展了应用面。

附图说明

图1所示为本发明的电路结构图。

图2所示为本发明的控制方法流程图。

图中：1、单片机电路；2、光电隔离电路；3、VCC3直流电源；4、步进电机；5、驱动集成电路。

具体实施方式

如附图所示，一种基于步进电机的摆动控制电路与控制方法，由单片机电路(1)、光电隔离电路(2)、VCC3直流电源(3)、步进电机(4)、驱动集成电路(5)、控制方法软件组成。

如附图1所示，单片机电路(1)以U1即89C52单片机为核心构成；控制信号输入的为或高或低的电平；VCC1直流电源为+5V，并经电容C4滤波，同时鉴于设置片内软件需要，/EA/VPP引脚也接VCC1；复位电路由电阻R1、电解电容C1、以及手动复位开关S1组成，并接U1的RST引脚；时钟电路由12MHz晶振Y1、电容C1和C2组成，C1和C2均为30pF。U1的其中四个I/O口，即P2.0、P2.1、P2.2、P2.3输出四路分别控制步进电机四相绕组通断的驱动信号。

如上从单片机电路(1)输出的四路驱动信号与光电隔离电路(2)连接，四路驱动信号首先分别串联四只保护电阻R2、R3、R4、R5进入光电隔离电路(2)，光电隔离电路(2)由四个TIL113型号的光电耦合器为核心构成，分别是U2、U3、U4、U5，光电隔离电路(2)的电源VCC2为+5V直流电源，VCC2接上拉电阻R6、R7、R8、R9上拉分别向U2、U3、U4、U5供电。

VCC3直流电源(3)同时向步进电机(4)绕组和驱动集成电路(5)供电，电压值可在+5-30V范围内，如+5V、+12V或+24V等，本实施例为+12V的VCC3直流电源(3)。

当有驱动信号驱动电机摆动时，光电隔离电路(2)输出的四路经隔离后的驱动信号为高电平，进入驱动集成电路(5)的输入端，本实施例的驱动集成电路(5)采用ULN2003集成驱动电路，当驱动集成电路(5)的输入为高电平时，输出为低，从而可导通与VCC3直流电源(3)正负端串联的步进电机(4)的相绕组，进而流过电流产生力矩，步进电机(4)运行。

步进电机(4)的步进角为5.625°，自带减速机构，减速比64∶1。

如附图2所示，本发明的控制方法采用软件实现，利用C语言编程，程序烧录到单片机电路(1)的89C52单片机中。

控制方法软件用以实现对步进电机(4)绕组通电相序的分配，直接产生步进电机(4)四相绕组的驱动信号脉冲数量和频率，如附图2的控制流程中，首先初始化并设置所述步进电机的旋转速度和摆动角度值，随后进行输入单片机的控制信号电平的上下沿判断，若上下沿发生变化，则进入下一步并判断是上升沿还是下降沿，如果是上升沿则正转，如果是下降沿则反转；如果输入单片机U1的控制信号是高低电平变换的连续的脉冲波形，为了确保每次的高或低电平都使步进电机(4)摆动运行到所设置的角度值，其控制信号脉冲频率不能过大；如果是长时间的高电平或低电平控制信号输入，则步进电机(4)在摆动到所设置角度位置后维持不动。

源程序如下：

首先设定步进电机(4)每相绕组通电的时间间隔，程序中该参数为“TIME_MIN＝200”，根据单片机电路(1)的晶振频率是12M，加之单片机执行一个指令要12个机械周期，单指令时间为12/12M＝1μs，所以每相通电的时间间隔为200μs，即0.2ms，又因为电机是四相，一个周期通四次电，时间为0.2ms*4＝0.8ms，设定的参数“i”为200，意味着需要执行200次，所以摆动一次的总时间为0.8ms*200＝0.16s。再来看摆动的角度，由步进角度与摆动之间的关系：“步距角*减速比*执行次数*相数＝摆动角度”，可知，摆动角度＝5.625°*(1/64)*200*4＝70.3°，转化为弧度制为70.3π/180＝0.39π，所以角速度＝角度/时间＝0.39π/0.16＝2.44π(rad/s)。

Claims (2)

1.步进电机摆动控制器，由单片机电路、光电隔离电路、VCC3直流电源、步进电机、驱动集成电路、控制方法软件组成，所述单片机电路根据输入的高或低电平的摆动控制信号，输出四路驱动信号与所述光电隔离电路连接，所述光电隔离电路输出四路信号与所述驱动集成电路连接，所述驱动集成电路与所述步进电机连接，所述VCC3直流电源与所述驱动集成电路与所述步进电机连接，所述控制方法软件烧录入所述单片机电路的单片机中。

2.如权利要求1所述的步进电机摆动控制器，其特征是：所述控制方法软件用以实现对步进电机绕组驱动信息的产生及通电相序的分配，产生所述步进电机四相绕组的驱动信号脉冲数量和频率，在所述控制方法软件的控制流程中，首先初始化并设置所述步进电机的旋转速度和摆动角度值，随后进行输入单片机的摆动控制信号电平的上下沿判断，若上下沿发生变化，则进入下一步并判断是上升沿还是下降沿，如果是上升沿则正转，如果是下降沿则反转，在合适的摆动控制信号频率范围内时，每个方向都会运行到所设置的角度值为止。