基于单片机控制的步进电机___毕业论文.doc

基于单片机控制的电机
***** 南京信息工程大学****** 南京210044
摘要: 介绍了步进电机和直流电机原理及其驱动程序控制控制模块,通过AT89S52单片机及脉冲分配器(又称逻辑转换器) L298完成步进电机和直流电机各种运行方式的控制。实现步进电机的正反转速度控制并且显示数据。整个系统采用模块化设计,结构简单、可靠,通过按键控制,操作方便,节省成本。
关键词: 步进电机;单片机控制; AT89S52;
1、引言
随着数字化技术发展,数字控制技术得到了广泛而深入的应用。步进电机是一种将数字信号直接转换成角位移或线位移的控制驱动元件, 具有快速起动和停止的特点。因为步进电动机组成的控制系统结构简单,价格低廉,性能上能满足工业控制的基本要求,所以广泛地应用于手工业自动控制、数控机床、组合机床、机器人、计算机外围设备、照相机,投影仪、数码摄像机、大型望远镜、卫星天线定位系统、医疗器件以及各种可控机械工具等等。直流电机广泛应用于计算机外围设备( 如硬盘、软盘和光盘存储器) 、家电产品、医疗器械和电动车上, 无刷直流电机的转子都普遍使用永磁材料组成的磁钢, 并且在航空、航天、汽车、精密电子等行业也被广泛应用。在电工设备中的应用,除了直流电磁铁(直流继电器、直流接触器等)外,最重要的就是应用在直流旋转电机中。在发电厂里,同步发电机的励磁机、蓄电池的充电机等,都是直流发电机;锅炉给粉机的原动机是直流电动机。此外,在许多工业部门,例如大型轧钢设备、大型精密机床、矿井卷扬机、市内电车、电缆设备要求严格线速度一致的地方等,通常都采用直流电动机作为原动机来拖动工作机械的。直流发电机通常是作为直流电源,向负载输出电能;直流电动机则是作为原动机带动各种生产机械工作,向负载输出机械能。在控制系统中,直流电机还有其它的用途,例如测速电机、伺服电机等。他们都是利用电和磁的相互作用来实现向机械能能的转换。
电机的工作原理
步进电机原理
步进电机本质上是一个数字角度转换器。以三相电机为例, 其结构原理见图1。各相夹角为120°的定子磁极上均匀分布了5个矩形小齿, 没有绕组的转子圆周上也均匀的分布着40个小齿(相邻齿夹角为9°)。利用电磁学的性质, 在某相绕组通电时, 相应的磁极产生磁场, 与转子形成磁路如此时定子的小齿与转子的小齿没有对齐, 则在磁场作用下, 转子就转动一定角度, 达到齿的对齐。在单三拍控制方式下, 若A相通电, B、C相不通电, 在磁场作用下使转子齿和A相定子齿相对假设此时为初态并且令与A相中心对齐的转子齿为0号齿, 因为B相与A相相差120°,可知120°/9°=13 3⁄9, 不为整数, 即此时转子齿与B相不对齐, 只是13号齿靠近相的中心, 且相差3°。如果此时突然变为B相通电, 而A、C相都不通电, 那么, 13号齿会在磁场的作用下转到与相中心对齐的位置, 这就是常说的走一步, 此时,转子转了。这样, 按照A一B一C一A顺序通电次, 可以使转子转动9°。那么步进电机的步距角Q=(360/NZ)°(式中N=MC为运行拍数;M为控制绕组相数;C为状态系数, 单三拍或双三拍时C=1, 单六拍或双六拍时C=2为转子齿数)。
直流电机的原理
由直流电动机和发电机工作原理示意图可以看到,直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子,定子的主要作用是产生磁场,由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子,其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势,是直流电机进行能量转换的枢纽,所以通常又称为电枢,由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。
直流电机的结构:电机要实现机电能量变换,电路和磁路之间必须有相对运动。所以旋转电机具备静止的和旋转的两大部分。静止和旋转部分之间有一定大小的间隙,称为气隙。静止的部分称为定子,作用是产生磁场和作为电机的机械支撑。包括主磁极、换向极、机座、端盖、轴承、电刷装置等。旋转部分称为转子或电枢,作用是感应电势实现能量转换。包括电枢铁心,电枢绕组,换向器、轴和风扇等。
定子部分:1、主磁极:也称为主极。作用是产生气隙磁场。2、换向极:也称为附加极或间极。作用是改善换向。装在主极之间。3、机座:由铸钢或厚钢板焊成。是电机的机械支撑。4、电刷装置:将直流电压、电流引入或引出的装置。其组数与主极极数相等。
转动部分:(转子部分)1、电枢铁心:主磁路的主要部分及嵌放电枢绕组,由硅钢片迭压而成。2、电枢绕组:由许多按一定规律联接的线圈组成。用来感应电势和通过电流,是电路的主要部分。3、换向器:由许多彼此绝缘的换向片构成。
硬件系统
原理流程
ULN2003
ULN是集成达林顿管IC,内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管,