单片机控制双步进电机运动控制的方式分析

　关键词 单片机；步进电机；运动控制
　　中图分类号TP20 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）80-0204-02
　　0 引言
　　运动控制的应用在国内已有十几年的历史，技术也相当成熟。相对于PLC、变频器等广为人知的产品而言，单片机更具有巨大的潜力市场。新旧技术的交替也形成了市场的另外一个重要驱动力，在加工制造领域，单片机控制仍旧是运动控制市场最主要的趋势，单片机控制市场仍将继续缓慢增长。 运动控制系统通过驱动装置将预定指令变成期望的机构运动，一般功率较小，并有定位要求和频繁启制动的特点，目前在导航系统，雷达天线，精密数控机床，加工中心，机器人，打印机，复印机，磁纪录仪，磁盘驱动器，自动洗衣机，电梯等领域得到广泛的应用。
　　1 运动系统组成
　　控制系统分为三大模块：单片机系统，步进电机驱动模块和步进电机如图1。驱动模块采用AT89C2051通过对输入的脉冲信号进行处理，并有四种步距角可供选择，实现恒流驱动，驱动两相混合式步进电机。
　　硬件设计的基本思路是可靠、实用以及小型化[1]。采用AT89C55微控制器，ATMEL公司的单片微处理器AT89C55WD，内部程序存储器20K，晶振12M，为AT89C5X系列之一，外围电路与AT89xx系列相同，含P0、P1、P2、P3四个接口。 4*4独立式键盘和液晶显示器直接与单片机相连接。键盘设定为功能键，设定运行、停止、复位、参数输入等功能。液晶显示相应的设定功能，在运动进行中显示设定坐标和动态坐标。以悬挂运动控制为设计目标，总系统设计框图如图2。
　　2 软件设计
　　根据运动的要求，在不同时刻输出相应脉冲数来控制电机的运动[2]。 步进电机的加/减速是通过控制脉冲的频率来实现。脉冲频率增高提速，脉冲频率减少时则减速。为精确到达指定位置，同时控制左右电机的运动，通过嵌套程序来循环控制。由左右滑轮的绕转自 第一论文网绳、放绳的多少和快慢解决上述三个问题，即控制步进电机的转速，转的圈数和方向。在此过程中要处理好两个问题：
　　1）运动速度的精确性
　　建立一个校验机制，以防超过或未达到所需速度，从一个速度准确达到另外一个速度。
　　2）滑轮运动方向的转换
　　高速运动下方向变换过程，包括减速、换向、加速的步骤，步进电机换向时要避免大的冲击而损坏电机。 换向信号在前一个方向的脉冲结束后，下一个方向的脉冲前发出。两相混合式步进电机CP脉冲的的脉冲宽度 不小于5μs 。
　　假设目标点的坐标为（x0，y0），计算方法如下：
　　脉冲步长：
　　△L左={（15+x+c）2+[115-b/a （x+c）]2}1/2-{（15+x）2+（115-（b/a）x}1/2 ；
　　△L右={[95-（x+c）]2+[115-b/a（x+c）]2}-{（95-x）2+[115-（b/a）x]2}1/2 ；
　　用变化量除以步长就可以得到相应的脉冲数。
　　运动过程为使运动轨迹圆滑，左右轮流控制。控制运动轨迹子程序框图[3]。
　　3 系统功能测试
　　运动板面的下方左右各安装一个步进电机，在电机的垂直上方安装滑轮拖动负载。运动控制器通过插接线与电机连接。根据设定平面坐标的直线运动，运动在185s内完成；设定圆心坐标和半径的圆周运动，圆周运动210s内完成。测试结果如下：
　　4 结论
　　单片机控制双步进运动控制过程中，以软件算法为主体控制运动轨迹，根据运动的轨迹和相应的外围要求改变单片微型控制器的选择，一般运动控制选择AT89系列就可满足，同样在大型控制系统中，一般都可与MCS-51兼容[4]，即可用嵌入式系统，在线可编程系统等。如用UPSD系统作为微型控制器可与之兼容，并可实现在线编程。
　　参考文献
　　[1]贾智平，石冰.微机原理与接口技术[M].北京：中国水利水电出版社，1999.
　　[2]白恩远，王俊元.现代数控机床伺服及监测技术[M].北京：机械工业出版社，1991.
　　[3]尹勇，单片机开发环境uVsion2使用指南[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.
　　[4]徐爱钧，彭秀华.单片机高级语言C51应用程序设计[M].北京：电子工业出版社，1998.