專利名稱：一種基于arm控制的兩相步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及工業(yè)自動(dòng)化自動(dòng)控制領(lǐng)域，尤其是一種基于ARM控制的兩相步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)因其轉(zhuǎn)速、步進(jìn)數(shù)易控而被廣泛應(yīng)用，步進(jìn)電機(jī)控制是由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器完成的，步進(jìn)細(xì)分驅(qū)動(dòng)原理是，將傳統(tǒng)的一個(gè)步分成N份(如下圖所示:相電流成了正弦和余弦階梯波形)，使步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)相電流按正弦波方式變化，另一個(gè)相電流按余弦波方式，根據(jù)力的矢量合成，每一小步的力距始終恒定不變，這樣步進(jìn)得到了細(xì)分而又不影響步進(jìn)電機(jī)的性能和轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定性。兩相步進(jìn)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的實(shí)現(xiàn)方式有兩種，一種是傳統(tǒng)的分立方式，另一種是利用DSP方式，傳統(tǒng)方式原理簡單，但速度慢，用器件多，干涉多，維護(hù)困難，DSP方式運(yùn)算能力強(qiáng)，但成本高，控制能力差。最新發(fā)展起來的ARM (Advanced RISC Machines)技術(shù)則有運(yùn)算能力強(qiáng)，速度快，存儲(chǔ)容量大等優(yōu)點(diǎn)，而ARM內(nèi)部集成了定時(shí)器、AD/DA等功能模塊，I/O端口資源豐富，控制靈活，因此采用基于ARM控制芯片的兩相步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)則可以達(dá)到功能更加完善、性能更加優(yōu)越、控制更加靈活，同時(shí)又降低了生產(chǎn)和維護(hù)成本。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服上述之缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種基于ARM控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)序和相電流的兩相步進(jìn)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，具備受控運(yùn)行和獨(dú)立運(yùn)行的能力。本新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種基于ARM控制的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，包括，ARM主控制器1，斬波調(diào)制器 2，場效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)器3，采樣反饋電路4 ；ARM主控制器I包括波形發(fā)生單元1.1、時(shí)鐘發(fā)生單元1.2、輸入IO信號采集單元1.3、邏輯控制單元1.4、RS232通信單元1.5 ;場效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)器3包括半橋驅(qū)動(dòng)單元3.1、場效應(yīng)管陣列單元3.2 ;采樣反饋電路4包括阻容濾波4.1和信號調(diào)理部分4.4 ；所述基于ARM控制的兩相步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的ARM主控制器I上的輸入IO信號采集單元1.3通過光耦接收外部輸入信號。所述基于ARM控制的兩相步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的ARM主控制器I上的波形發(fā)生單元1.1通過DA接口與斬波調(diào)制器2連接。所述基于ARM控制的兩相步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的ARM主控制器I上的時(shí)鐘發(fā)生單元1.2與斬波調(diào)制器2連接。所述基于ARM控制的兩相步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的ARM主控制器I上的邏輯控制單元1.4與場效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)器3的半橋驅(qū)動(dòng)單元3.1連接。所述基于ARM控制的兩相步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的采樣反饋電路4連接斬波調(diào)制器2和場效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)器3的場效應(yīng)管陣列單元3.2。所述基于ARM控制的兩相步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的ARM主控制器I的主控芯片采用STM32F103 ARM 芯片。所述基于ARM控制的兩相步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的場效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)器3半橋驅(qū)動(dòng)單元3.1采用IR2104芯片，場效應(yīng)管陣列單元3.2采用IRF540芯片。本細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的系統(tǒng)工作原理主要是在受控模式下ARM主控制器通過采集外部輸入信號，產(chǎn)生正弦、余弦波形和控制器邏輯時(shí)序，控制場效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生開關(guān)動(dòng)作，斬波調(diào)制器讀取采樣反饋電路的數(shù)值，控制開關(guān)動(dòng)作時(shí)間的長短，使步進(jìn)電機(jī)的相電流波形和幅度無限逼近正弦、余弦波形，步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)步長細(xì)被分成了波形點(diǎn)數(shù)N小步，力矩恒定不變，波形表的點(diǎn)數(shù)決定著細(xì)分?jǐn)?shù)；在獨(dú)立模式下，根據(jù)RS232通信單元的設(shè)定參數(shù)，自動(dòng)產(chǎn)生波形和邏輯控制時(shí)序，對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行細(xì)分驅(qū)動(dòng)和完成規(guī)定動(dòng)作。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)及積極效果在于采用了 ARM芯片，內(nèi)部豐富的資源，能將各個(gè)單元集成在ARM芯片內(nèi)部，硬件電路得到了簡化，ARM有較強(qiáng)的運(yùn)算能力，能對數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的處理和傳輸，滿足了上位機(jī)與細(xì)分驅(qū)動(dòng)器間的通信聯(lián)系和獨(dú)立運(yùn)行能力，在不降低指標(biāo)的同時(shí)，把生產(chǎn)成本、維護(hù)成本降低，提高了工業(yè)自動(dòng)控制的靈活性。

圖1是本新型所述的電路原理框圖示意圖；圖2是所述ARM主控制器內(nèi)置電路原理框圖示意圖；圖3是本新型ARM主控制器主芯片STM32F103電路圖(含RS232通信接口 /EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ));圖4是本新型場效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)器電路圖(共有2路，每路相同)；圖5是本新型采 樣反饋電路圖；圖6是本新型斬波調(diào)制器電路圖(共有2路，每路相同)；
具體實(shí)施方式
參見圖1至圖6給出的實(shí)施例以及示意圖。一種基于ARM控制的兩相步進(jìn)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器包括包括，ARM主控制器I，斬波調(diào)制器2，場效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)器3，采樣反饋電路4 ；ARM主控制器I包括波形發(fā)生單元1.1、時(shí)鐘發(fā)生單元1.2、輸入IO信號采集單元1.3、邏輯控制單元1.4、RS232通信單元1.5 ;場效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)器3包括半橋驅(qū)動(dòng)單元3.1、場效應(yīng)管陣列單元
3.2 ;采樣反饋電路4包括阻容濾波4.1和信號調(diào)理部分4.4 ；本實(shí)施例采用ARM主控制器I上的輸入IO信號采集單元1.3通過光耦接收外部輸入信號，波形發(fā)生單元1.1和邏輯控制單元1.4根據(jù)外部信號同步產(chǎn)生細(xì)分用的正弦波、余弦波和正反相邏輯控制時(shí)序；時(shí)鐘發(fā)生單元1.2產(chǎn)生的高頻信號控制場效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)器3半橋驅(qū)動(dòng)器單元3.1開通和關(guān)閉；步進(jìn)電機(jī)的相電流經(jīng)過采樣反饋電路4反饋到斬波調(diào)制器2上。場效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)器3由半橋驅(qū)動(dòng)芯片3.1和場效應(yīng)管陣列3.2組成，場效應(yīng)管陣列搭成全橋結(jié)構(gòu)，通過對半橋驅(qū)動(dòng)芯片邏輯控制，使得場效用管組成的全橋同一時(shí)刻只有一個(gè)方向是導(dǎo)通的，且方向可控。采樣反饋電路把高頻相電流轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，濾波后放大到合適的幅度，再送到斬波調(diào)制器的輸入端。[0025]斬波調(diào)制器2是由比較電路和觸發(fā)器組成，采集反饋的相電流小于波形發(fā)生的幅值時(shí)，觸發(fā)器繼續(xù)開通，場效用管繼續(xù)開通，相電流增加，當(dāng)相電流大于時(shí)，則關(guān)斷場效應(yīng)管，相電流減少。當(dāng)本實(shí)施例處于自動(dòng)控制模式時(shí)，上位機(jī)通過ARM主控制器I的RS232通信單元1.5設(shè)置自動(dòng)運(yùn)行參數(shù)，包括，步進(jìn)速度，步進(jìn)數(shù)，步進(jìn)過程等步進(jìn)曲線，且參數(shù)保存在EEPROM中，不丟失，這在固定往返動(dòng)作場合非常實(shí)用，配置靈活，不需要增加額外控制設(shè)備。工作程序:1、根據(jù)工作模式、細(xì)分?jǐn)?shù)N、相電流大小，初始化波形表點(diǎn)數(shù)、信號發(fā)生時(shí)鐘、波形表輸出幅度等參數(shù)；2、上位機(jī)通過RS232通信單元配置的參數(shù)，保存在EEPR0M，下發(fā)到自動(dòng)控制程序；3、信號發(fā)生單元輸出高頻時(shí)鐘，控制場效應(yīng)管開通和關(guān)斷，采樣反饋電路把相電流調(diào)理成合適的電壓信號，送到斬波調(diào)制器的輸入端，與波形表輸出幅度相比較，大于波形表幅度，則關(guān)斷場效應(yīng)管，相電壓降低；小于波形表幅度，則繼續(xù)開通場效應(yīng)管，相電壓繼續(xù)升高，通過斬波器的調(diào)制，使步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的相電流波形和幅度都逼近波形表的形狀和幅度，一個(gè)步進(jìn)時(shí)序被分成了 1/4波形點(diǎn)數(shù)，這就完成了一大步到N小步的轉(zhuǎn)換。圖4中，R59為30mm的康銅絲。電源輸入范圍為直流3(T40V，場效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)器的半橋驅(qū)動(dòng)單元 12V電源通過高壓LDO變換得來，再由LM7805變換出5V電源，ARM主控器電源由圖3上的SPXl11-3.3V轉(zhuǎn)換而來。
權(quán)利要求1.一種基于ARM控制的兩相步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，包括ARM主控制器(I )，斬波調(diào)制器(2)，場效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)器(3)，采樣反饋電路(4)，所述的ARM主控制器組成包含波形發(fā)生單元(1.1)，時(shí)鐘發(fā)生單元(1.2)，輸入IO信號采集單元(1.3)，邏輯控制單元(1.4)，RS232通信單元(1.5)，其特征是:所述的ARM主控制器(I)上的波形發(fā)生單元(1.1)通過DA接口與斬波調(diào)制器(2)連接；所述的ARM主控制器(I)上的時(shí)鐘發(fā)生單元(1.2)與斬波調(diào)制器(2)連接；所述ARM主控制器(I)上的邏輯控制單元(1.4)與場效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)器(3)的半橋驅(qū)動(dòng)單元(3.1)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于ARM控制的兩相步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，其特征是:所述采樣反饋電路(4)連接斬波調(diào)制器(2)和場效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)器(3)的場效應(yīng)管陣列單元(3.2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于ARM控制的兩相步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，其特征是:所述ARM主控制器(I)的主芯片型號為STM32F103 ;以及型號為IR2104的半橋驅(qū)動(dòng)芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于ARM控制的兩相步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，其特征是:可通過RS23 2通信單元從上位機(jī)獲取運(yùn)行軌跡參數(shù)并能保存在EEPROM中。
專利摘要一種基于ARM控制的兩相步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，涉及工業(yè)自動(dòng)化自動(dòng)控制領(lǐng)域。本裝置包括，ARM主控制器，斬波調(diào)制器，場效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)器，采樣反饋電路；ARM主控制器包括波形發(fā)生單元、時(shí)鐘發(fā)生單元、輸入IO信號采集單元、邏輯控制單元、RS232通信單元；場效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)器包括半橋驅(qū)動(dòng)單元、場效應(yīng)管陣列單元；采樣反饋電路包括阻容濾波和信號調(diào)理部分；采樣反饋保證設(shè)定和輸出的一致性。本新型采用先進(jìn)的ARM微處理器，把幾個(gè)處理單元集成到一個(gè)芯片中，提升了控制精度和靈活性，降低了生產(chǎn)成本和維護(hù)難度，除受控模式，還具備獨(dú)立運(yùn)行模式。
文檔編號H02P8/22GK203119829SQ20122053271
公開日2013年8月7日 申請日期2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月18日
發(fā)明者唐穎, 黃鳳江, 王舉興, 鄧曉宇, 陳熙 申請人:成都理工大學(xué)