基于多平臺(tái)的步進(jìn)電機(jī)控制電路仿真

張學(xué)科

（廣西科技師范學(xué)院職業(yè)技術(shù)教育學(xué)院，廣西來賓 546199）

步進(jìn)電機(jī)控制是一個(gè)既較為成熟而又發(fā)展迅速的課題，步進(jìn)電機(jī)控制具有種種優(yōu)點(diǎn)，尤其在精確位移控制方面，近年來一直是國內(nèi)外很多企業(yè)研究開發(fā)的熱點(diǎn)［1］。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)逐步為業(yè)界所認(rèn)識(shí)，已成為新世紀(jì)測控技術(shù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵的方向。采用虛擬儀器對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制研究是一個(gè)新的方法，有非常好的發(fā)展應(yīng)用前景。LabVIEW是一種虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)軟件，可以利用其快捷地構(gòu)筑在實(shí)際工程中所需的儀器系統(tǒng)，是目前主流的軟件開發(fā)集成環(huán)境，有著非常廣泛的應(yīng)用［2-3］。Proteus是一款常用基礎(chǔ)電路仿真系統(tǒng)，可仿真各種電路，操作簡便，是非常受歡迎的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)［4］。LabVIEW結(jié)合Proteus正滿足對步進(jìn)電機(jī)的簡單仿真控制設(shè)計(jì)的要求。

1 硬件電路設(shè)計(jì)

1.1 步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制

本設(shè)計(jì)采用直流電源為四相步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行供電，對其各相繞組按一定時(shí)序進(jìn)行通電，使得步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)［5］。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器在各種狀態(tài)上要符合所控制的步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)參數(shù)要求，本設(shè)計(jì)采用ULN2003芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。ULN2003是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品，適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)［6］。

1.2 總電路圖設(shè)計(jì)

如圖1所示，總電路圖由單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、電源電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、指示電路、串行接口電路燈組成。串行接口電路由RS232串行接口、MAX232芯片構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)輸入輸出的串口信息到PC的串行接口信息的轉(zhuǎn)換。

圖1 總電路圖

2 程序設(shè)計(jì)

2.1下位機(jī)程序設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)程序流程圖如圖2所示。下位機(jī)采用AT89C52為核心控制器，采用C語言編寫控制程序；為完成預(yù)定的控制功能，主要控制功能為對步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向、圈數(shù)的設(shè)置。

圖2 程序框圖

2.2 上位機(jī)程序設(shè)計(jì)

步進(jìn)電機(jī)控制程序框如圖3所示。LabVIEW的圖形化源代碼又稱G代碼，類似于流程圖，是一種圖形化的源代碼，編程非常簡便。對于本設(shè)計(jì)較為簡單，主要利用其函數(shù)庫中已有的模塊完成相應(yīng)連接和面板顯示功能。

圖3 步進(jìn)電機(jī)控制程序框圖

3 電路測試

3.1 LabVIEW和Proteus的銜接

在正確安裝LabVIEW 2014和Proteus 7.8軟件之外，還必須安裝NI_VISA串口通訊協(xié)議驅(qū)動(dòng)和虛擬串口軟件VSPD—XP。通過該軟件模擬虛擬串口COM3和COM4分別分配給虛擬下位機(jī)和上位機(jī)，這樣才能成功實(shí)現(xiàn)虛擬平臺(tái)的通訊任務(wù)［7-8］。其VSPD軟件界面如圖4所示。

圖4 VSPD軟件界面圖

3.2 步進(jìn)電機(jī)控制電路測試

完成軟硬件設(shè)計(jì)后，借助LabVIEW和Proteus對電路進(jìn)行仿真測試。如圖5所示，上位機(jī)設(shè)定好預(yù)定圈數(shù)，按下正轉(zhuǎn)執(zhí)行，下位機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)執(zhí)行預(yù)定的圈數(shù)，上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示工作狀態(tài)。直到完成預(yù)定工作圈數(shù)，停止。

圖5 電路仿真圖

4 結(jié)語

設(shè)計(jì)借助LabVIEW和Proteus平臺(tái)，利用圖形化編程語言實(shí)現(xiàn)了虛擬通信，實(shí)現(xiàn)了控制電路的仿真調(diào)試。實(shí)驗(yàn)證明，采用LabVIEW編寫的程序?qū)Σ竭M(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制仿真，效果好，可移植性強(qiáng)。該系統(tǒng)可以進(jìn)一步擴(kuò)展成轉(zhuǎn)速控制、遠(yuǎn)程控制等會(huì)獲得更好的使用效果。