賽恒吉雅

（內(nèi)蒙古機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070）

基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)研究

Single-chip based stepper motor control system

賽恒吉雅

（內(nèi)蒙古機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070）

隨著我國制造技術(shù)水平日益提高，制造行業(yè)的發(fā)展對步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用要求也隨之而提高，尤其是對于步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的安全性和高精度，所以在制造行業(yè)中選擇基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)將會成為我國制造行業(yè)未來的新趨勢。

單片機(jī)；步進(jìn)電機(jī)；控制系統(tǒng)

1 傳統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)運行過程中的缺點

步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在人們的日常生活和工作領(lǐng)域中，所以對于電機(jī)控制系統(tǒng)的研究工作一直都在進(jìn)行，且取得了一定的成果。但是傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)在進(jìn)行安裝和調(diào)試工作的時候較為復(fù)雜，在運行過程中也需要消耗大量的電子器件，并不利于控制系統(tǒng)運行的經(jīng)濟(jì)性。另一方面，如果步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)需要進(jìn)行升級和完善，電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計方案需要重頭開始進(jìn)行設(shè)計，對電機(jī)控制系統(tǒng)的升級造成不良的影響和困難。所以對電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行升級和開發(fā)是十分有必要的。

基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)不僅能夠有效解決傳統(tǒng)電機(jī)控制系統(tǒng)在運行過程中的缺點和問題，還可以有效提高控制系統(tǒng)的運行效率，迎合我國社會發(fā)展對控制系統(tǒng)智能化、信息化的發(fā)展需求，指引著我國電機(jī)控制系統(tǒng)的正確發(fā)展方向。

2 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的基本組成及其分類

基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制器的主要組成設(shè)備可以分為電機(jī)控制系統(tǒng)、基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)以及電機(jī)控制的單片機(jī)系統(tǒng)這三部分。

電機(jī)控制系統(tǒng)包括脈沖控制器、環(huán)形分配器、電機(jī)以及驅(qū)動電路這四個模塊，而單片機(jī)的控制系統(tǒng)則包含了單片機(jī)系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、電機(jī)以及外圍的電路三個模塊。

步進(jìn)電機(jī)是一種特殊的直流同步電機(jī)，是通過電脈沖信號控制的。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的勵磁方式種類不同，可以分為以下三種步進(jìn)電機(jī)。

2.1 永磁式步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)

這種步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部具有轉(zhuǎn)子和定子。其中，轉(zhuǎn)子由永磁體材料制造成，所以這種步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理是對定子進(jìn)行繞組的通電，從而形成電磁場，帶動轉(zhuǎn)子的運動。永磁式步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)常用于醫(yī)療設(shè)備等設(shè)備。

2.2 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)

反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的主要工作原理是由磁性轉(zhuǎn)子通過與定子形成的磁場相互作用，以“錯齒”的運動原理運行，也就是在轉(zhuǎn)子上均勻分布很多小齒。由于小齒加工的難度比較高，所以單段反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)一般會比較小，常見為三相、四相、五相。而另一種就是多段反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，其運行特點是把定子分布在一根長軸上。

2.3 混合式步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)

混合式步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)能夠綜合上述的兩種步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)點，所以能夠提供更好的機(jī)械性能。

這種步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的運行方式和反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)是相同的。而控制繞組和永磁式步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)是相同的，比如兩相步進(jìn)電機(jī)的步距角可以達(dá)到1.8 °，而隨著電機(jī)相數(shù)的增加，其步距角可以達(dá)到更小，提高了步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的控制精度，所以混合式步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的使用范圍更加廣泛。

3 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計關(guān)鍵

3.1 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

在優(yōu)質(zhì)的硬件設(shè)備基礎(chǔ)上，優(yōu)良的軟件系統(tǒng)能夠為基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)提供高效的運行保障。在設(shè)計基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)軟件系統(tǒng)的時候，必須要考慮到控制系統(tǒng)運行整體的可靠性和穩(wěn)定性，才能夠提高控制系統(tǒng)在運行過程中的安全性以及高效率。

對于單片機(jī)的每個端口都要進(jìn)行定義，定義步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動函數(shù)，以便確定步進(jìn)電機(jī)的工作節(jié)拍，其次還需要定義液晶顯示屏的固定自編碼數(shù)組、液晶發(fā)送數(shù)據(jù)指令、初始化函數(shù)對液晶顯示屏和步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行函數(shù)預(yù)設(shè)等等，這些都需要進(jìn)行詳細(xì)的計算和實驗才能夠確保步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)能夠正常運行。

其次，就是充分利用設(shè)備軟件的編程，實現(xiàn)單片機(jī)對步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的脈沖分配。提高步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的帶負(fù)載能力，可以采用四相八拍的驅(qū)動方式，具體的實現(xiàn)方式是按照規(guī)定的通電順序，令步進(jìn)電機(jī)的定子繞組按照規(guī)定的順序轉(zhuǎn)動起來，并順利轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)速，具體的方案如下：A相線圈先通電，接下來轉(zhuǎn)換到A、B線圈都通電，然后只給B相線圈通電，然后再給B、C線圈通電，依此類推就能夠有效提高步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的帶負(fù)載能力。

3.2 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備

單片機(jī)控制愛的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)中，硬件設(shè)計的關(guān)鍵設(shè)計可以分為兩部分，分別是控制電路和功率電路這兩個模塊。

在設(shè)計步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)是，我國常采用交、直、交的變換方式，通過功率板把相電流信號和轉(zhuǎn)子的位置信號，傳輸?shù)诫姍C(jī)控制電路，而功率板接口電路則可以借助光電隔離電路，把步進(jìn)電機(jī)控制電路中的信號傳送到驅(qū)動電路。

4 結(jié)語

對于步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的改造和深入研究，要根據(jù)社會對基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展要求，綜合單片機(jī)控制系統(tǒng)的特性，全面、深入分析和研究步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計要點，促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的高速發(fā)展。

[1] 郭士軍，康春花，張占立，等. 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)[J]. 電機(jī)與控制應(yīng)用，2011（03）.

[2] 劉帥，祖靜，張紅艷. 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計[J]. 電子設(shè)計工程，2010（04）.

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TM383.6

1009-797X (2015) 24-0194-02

A

10.13520/j.cnki.rpte.2015.24.079

賽恒吉雅（1981-），女，本科學(xué)歷，高校講師，研究方向為自動化。

2015-10-15