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步进电机的测速与闭环调速.doc

发布时间：2022-06-15 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.82M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    步进电机的测速与闭环调速 姓名: 班级: 学号:
    目录 一、 系统简介…………………………………. 二、 系统模块介绍……………………………. 1、 键盘输入模块…………………………… 2、 1602 显示模块…………………………. 3、 测速模块………………………………. 4、 电机模块……………………………….. 5、 控制(cpu)模块………………………… 6、 程序设计模块…………………………. 三、 设计总结………………………………….. 四、 附件 系统程序…………………………………
    步进电机的测速与闭环调速 一、系统简介： 本设计以 AT89C52 单片机为核心，以 4*4 矩阵键盘为输入，光电对射式传感器为测 速原件达到了对步进电机的测速与调速目的，完成了本设计的基本要求。在设计中，采 用 1602 液晶显示输入输出转速，通过对光电传感器返回的脉冲数进行处理计算出当前 转速，，送 1602 显示同时还作为反馈信号与输入转速进行 PID 处理得到改变电机各相的 频率，通过改变频率对电机进行调速，最终使输出转速稳定于输入值。 设计的基本方块图如下： 输入转速 PID 步进电机 测速 显示 图 1 步进电机测速与调速系统方块图 系统总电路图图 2：
    图 2 系统电路图 二、下面分别对设计的各个模块进行介绍 1、键盘输入模块 键盘可以分为两类：编码式键盘和非编码式键盘。非编码式键盘是利用按键直 接与单片机相连接而成，这种键盘通常使用在按键数量较少的场合，使用这种键盘，系 统功能通常比较简单，需要处理的任务比较少，但是可以降低成本，简化电路设计，按 键的信息通过软件来获取。常见的非编码式键盘包括三种结构：独立式键盘、矩阵式键 盘和交互式键盘。 矩阵式键盘： 矩阵式键盘也称行列式键盘，用于按键数目较多的场合，它由行线和列线组成，一 组为行线，另一组为列线，按键位于行、列的交叉点上。键盘中无键按下时，列线处于 高电平状态；当有按键按下时，列线状态将由与此列相连的行线的电平来决定，行线的 电平如果为低，则列线的电平为低；行线的电平如果为高，则列线的电平也为高，这一 点是识别矩阵式键盘按键是否按下的关键所在。 本设计采用 4*4 的矩阵键盘作为输入，接在单片机的 P1 口，低四位作为行输入口，
    高四位作为列输入口，采用逐行扫描法，通过依次给每行赋值，检测列的状态，从而判 断出具体哪个按键被按下。键盘中使用了 13 个键，包括 0~9 十个数字键，删除键，清 空键和确认键。具体电路图如下图 2 所示： 图 3 4*4 矩阵式键盘 2、1602 液晶显示模块 液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式 仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。 本设计中使用的是 2 行 16 个字的 1602 液晶模块。1602 字符型 LCD 通常有 14 条引 脚线或 16 条引脚线的 LCD，多出来的 2 条线是背光电源线，VCC(15 脚)和地线 GND(16 脚)，其控制原理与 14 脚的 LCD 完全一样。其引脚图和各引脚说明图如下图 3 和图 4 所 示。 1602 液晶模块内部的字符发生存储器 （CGROM)已经存储了 160 个不同的点阵字符 图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每 一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是 01000001B（41H）， 显示时模块把地址 41H 中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。
    图 4 1602 液晶 图 5 1602 各引脚说明
    图 6 1602 显示 3、测速模块 设计中采用对射式光电传感器 H92B4 为电机的测速原件。 图 7 光电传感器 H92B4 红外线光电开关（光电传感器）属于光电接近开关的简称，它是利用被检测物 体对红外光束的遮光或反射，由同步回路选通而检测物体的有无，其物体不限于金属， 对所有能反射光线的物体均可检测。产品广泛用于电力仪表、电子仪器仪表、计数器、 转速测量、位置测量、传真机、碎纸机等各种工业和民用场合。 系统中检测部分的应用电路如下图所示。通过在电机的轴上连一个码盘，码盘 均匀的打有孔，电机转动的时候，传感器的接受管就会不停的处于通、断的状态，从而 在输出口输出不断变化的高低电平，将输出接到单片机的 T0 口，T0 设置为计数，每来 一个下降沿（检测到一个孔），计数值就累加一次。T1 设置为定时，定时时间一到，统 计脉冲的计数值，从而计算出当前的转速。最后计数值清零，重新计数，如此循环进行， 不停的适时的显示电机的当前转速。
    4、步进电机模块 图 8 光电传感器 H92B4 应用电路 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超 载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载 变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动 一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通 过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频 率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 1）.步进电动机的种类 目前常用的有三种步进电动机： (1)反应式步进电动机(VR)。反应式步进电动机结构简单，生产成本低，步距角小； 但动态性能差。 (2)永磁式步进电动机(PM)。永磁式步进电动机出力大，动态性能好；但步距角大。 (3)混合式步进电动机(HB)。混合式步进电动机综合了反应式、永磁式步进电动机 两者的优点，它的步距角小，出力大，动态性能好，是目前性能最高的步进电动机。它 有时也称作永磁感应子式步进电动机。 2）.步进电动机的工作原理
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