步进式搅拌机调速控制系统—测速模块设计说明书(编辑修改稿)

步进式搅拌机调速控制系统—测速模块设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

控制为目的的尝试，应用于氩弧灯的电极输送机构中，这被认为最早的步进电机。 1950 年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，对于数字化的控制变得更为容易。 到 20世纪 60 年 代后期，在步进电机本体方面随着永磁材料的发展，各种实用性步进电机应运而生。 步进电机往后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。 在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。 图 步进电机的外观图 智能仪表综合训练设计 报告 3 步进电机在我国的发展应用及前景 我国步进电机的研究及制造起始于本世界 50 年代后期，从 50年代后期到 60年代 后期，主要是高等院校和科研机构为研究一些装置而使用或开发少量产品。 我国在文化大革命中开始大量生产和应用步进电机，例如江苏、浙江、北京、南京、四川等各地都有投入生产，而且都在各行业使用，其中的驱动电路所有半导体器件都是完全国产化的，当时是全分立元器件构成的逻辑运算电路，还有电容耦合输入的计数器，触发器，环形分配器。 中等耐压的大功率半导体器件也完全国产化。 70年代初期，步进电机的生产和研究都有所突破，除反映在驱动器设计方面的长足进步以外，对反应式步进电机本体的设计研究发展到一个较高的水平。 70年代中期至 80年代 中期为成品发展阶段，新品种高性能电动机不断被开发。 至 80 年代中期以来，由于步进电机精确模型做了大量研究工作，各种混合式步进电机及驱动器作为产品广泛利用。 目前 ,生产步进电机的厂家的确不少，但具有专业技术人员，能够自行开发，研制的厂家却非常少，大部分的厂家只一、二十人，连最基本的设备都没有。 仅仅处于一种盲目的仿制阶段。 这就给户在产品选型、使用中造成许多麻烦。 虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机， 交流电机 在常规下使用。 它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。 因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 步进电机驱动技术 步进电动机上个世纪就出现了，它的组成、工作原理和今天的反应式步进电动机没有什么本质区别，也是依靠气隙间的磁导变化来产生电磁转矩。 上世纪 80年代以后，由于廉价的微型计算机以多功能的姿态出现，步进电动机的控制方式变得更加灵活多样。 步进电机驱动技术指的是用步进电机驱动器的驱动级来实现对步进 电机各相绕组的通电和断电，同时也是对绕组承受的电压和电流进行控制的技术。 到目前为止，步进电机驱动技术通常分为单电压驱动、单电压串电阻驱动、高低压驱动、斩波恒流驱动、升频升压驱动和细分驱动等。 智能仪表综合训练设计 报告 4 第 2 章 总体设计方案 控制器的选择 方案一：采用 CPLD 为控制核心，适合复杂逻辑控制和高速运算系统； 方案二：使用 51单片机为核心 ,适合系统控制。 综合分析，本系统采用 AT89C51 单片机，方便了程序的调试和运行。 电子驱动电路与细分的方案选择 方案一：由分立元件制作 TA8435h 驱动电路。 优点是成本低廉、易于控制。 缺点是电路体积大 ,TA8435H 在实体店很难购买，再者网购的 TA8435H 大多数是拆机件很难保证芯片的可用性和可靠性。 方案二：使用 ULN2020 做驱动电路简单，性能稳定，调试方便，而且芯片很容易购买，可靠性强。 根据电路要求分析，本系统采用 ULN2020 做驱动电路 显示器的选择方案 方案一：选用 LED 数码管显示电机转速的各种信息， LED 显示信息量小、功耗大，同时还需要制作相应硬件驱动电路。 显示效果明显。 方案二：选用字符点阵 LCD 模块显示小车的各 种信息， LCD信息量大、功耗低，它提供标准的并行或者串行接口，驱动简单，使用方便。 转速信号采集方案 方案一： 光码盘测速方法是通过测出转速信号的频率或周期来测量转速的一种无接触测速发。 光电码盘安装在转子轴上，随着电机的转动，光电码盘也跟着一起转动， 智能仪表综合训练设计 报告 5 如果有一个光源照射在码盘上，则可利用光电模块来接收到的光的次数就是码盘的编码数 ， 使 用光 电 码盘。 优点。 测量比较精确。 方案二：采用 光电开关。 优点：调试简单，只需要 MCU 在单位时间内计算输入MCU 的脉冲数，就能通过简便的程序计算出转速。 缺点：误差较 大，码盘的缺口很难控制宽度。 综上，采用 光电码盘 开关进行 转速信号采集较为合理。 开发软件的选择 方案一：汇编语言。 比较直接、简洁，不适合复杂运算。 不易读。 方案二： C 语言。 比较灵活，适合复杂判断和运算。 根据实际，选择用 C 语言进行编程。 系统的方案简述与设计要求 本设计采用单片机 AT89C51 来作为整个步进电机控制系统的运动控制核心部件，采用了电机驱动芯片 ULN2020 及其外围电路构成了整个系统的驱动部分，再加上作为执行部件的步进电机来构成了一个基本的步进电机控制系统。 系统 的组成及其对应功能简述 整个系统的组成包括单片机最小系统，电机驱动模块，串口下载模块，数码管显示模块等模块组成。 具体框图如图 智能仪表综合训练设计 报告 6 图 系统总体框图 单片机最小系统 单片机最小系统作为整个系统的控制核心，它主要负责产生控制步进电机转动的脉冲，通过单片机的软件编程代替环形脉冲分配器输出控制步进电机的脉冲信号，步进电机转动的角度大小与单片机输出的脉冲数成正比步进电机转动的速度与输出的脉冲频率成正比，而步进电机转动的的方向与输出的脉冲顺序有关。 与此同时，单片机将会把电机转 速，电机的转动方向，通过数码管显示出来。 电机驱动模块 电机驱动模块负责将单片机发给步进电机的信号功率放大，从而驱动电机工作。 串口下载模块 串口下载模块主要是负责实行计算机和单片机之间的通信，将在计算机里面编写好的程序下载到单片机芯片当中。 数码管显示模块 数码管显示模块就主要是显示电机转速，电机转向，和通过电机的电流等系统的 智能仪表综合训练设计 报告 7 实时信息。 独立按键 独立按键作为一个外部中断源，和单片机端口连接，通过它设置了电机的正转，反转，加速，减速，。