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1、 任务十一任务十一 步进电机控制步进电机控制 1.步进电机基本概念步进电机基本概念 步进电动机具有启动快、定位精准、能将数字量直接转化为角度量的优点，是机器人、绘图仪、数控机床等智能机器传动和实现精确定位的重要执行元件，应用十分广泛。图9.6 是步进电机驱动模块。 图11-1 亚龙步进电机驱动模块 步进电动机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。步进电动机通常用专门的驱动器来驱动。在非超载的情况下，步进电动机驱动器没接收一个脉冲，步进电动机就转动一个固定角度。（称为步距角），所以脉冲的频率控制着步进电动机的转速及加速，脉冲的个数控制着步进电动机的转动角度或位移量。 步进电动机有反应
2、式、永磁式、 混合式等类型。步进电动机的相数也各有不同，目前常用的有二相、三相、四相、五相等。相数不同，步距角也不一样，例如，一般二相步进电动机的步距角为0.9。1.8。（半步角整步角） 五相的为0.360.72。 步进电动机的驱动方法有多种，以四相步进电动机为例，设四相为A、B、C、D。四相4拍运行方式：当按“ABCD”顺序循环地给每一相加电时，步进电动机一步一步地正转；如果按“DCBA”的顺序循环地给每一相加电，则步进电动机反转。四相4拍方式，还可以按“ABBCCDDA”的顺序通电。四相4拍运行方式下，每个脉冲步进电动机转过一个整步步距角。 四相8拍运行方式：即按 “AABBBCCCDDD
3、A”的顺序加电。 四相8拍运行方式下，每个脉冲步进电动机转过半个整步步距角，即转半步。 四相8拍运行方式下，乡更角，即转半步。 当使用步进电动机专用驱动器时，不但可以按不同的拍数来驱动电动机，而且每相的电流大小都可以控制，这样可以实现对步距角的细分。 拨码开关的设置，请仔细阅读模块上步进电机驱动器上说明，上面有详细的指导。见图11-2 亚龙步进电机模块驱动器的说明。图11-2 亚龙步进电机模块驱动器的说明 2、步进电机的驱动、步进电机的驱动 步进电动机采用两相永磁感应子式步进电动，步进角为1.8，工作电流1.5A，电阻1.1，电感2.2mH，静力矩2.1kg/cm，定位力矩180g/cm。其驱
4、动器采用SJ-230M2，具有高频斩波、恒流驱动、高抗干扰、5级步距角细分、输出电流可调等优点。驱动器的供电电压为2440V。 驱动器通过拨码开关来调节细分数和相电流。拔码开关拨向开关向上为0，拔向下为1。开关13调节步距角，可选0.9、0.45、0.225、0.112 5、0.056 255种角度。在允许的情况下，应尽可能选择高的细分数，即小的步距角，以获得更高的定位精度。开关4、5应固定为1，开关68调节驱动电流。实验时，因步进电动机负载小，取0.51.5A 均可。具体调节可参考驱动器上的说明图来进行，内部结构原理图如图11-3所示。图11-3步进电机模块内部原理图 图9.8步进电机模块内
5、部原理图3控制信号控制信号 (1)方向控制DIR DIR电平取0或1，决定步进电动机的旋转方向。改变DIR电平，必须在步进电动机停止后，并且要在两个步进脉冲CP之间进行。 (2)步进脉冲CP 步进脉冲控制电动机的位置和速度。每一个CP脉冲，步进电动机旋转一个设定的步距角。该驱动器要求CP脉冲是一个负脉冲，即低电平有效，脉冲宽度不小于5us。 (3)脱机电平FREE 若FREE端为1或悬空，则步进电动机处于锁定或运行状态；若FREE端为0，则步进动机处于脱机无力矩状态，可以自由手动旋转电动机。4位移装置与传感器输出位移装置与传感器输出 (1)传送带与标尺 步进电动机模块的传送带连接有游标、限位遮
6、光佥属块、多圈电位器。当步进电动机转动时，游标在标尺上移动，可以试验步进电动机的定位功能。 (2)左右限位 在正常情况下，左右限位槽式光耦传感器输出低电平信号。当限位遮光金属块移动到左端或右端的槽式光耦上时，挡住了光线，相应的传感器输出高电平信号。通过检测左/右限位传感器信号LL/RL，可以实现限位保护，也可以利用它对游标进行初始定位。(3)超程保护 当步进电动机旋转、使限位遮光金属块到达两端极限位置时，就会触发超程保护。超程时，通过继电器KA断开驱动器24V工作电源，强行让步进电动机停止转动。同时，输出一个低平超程信号FLT。手动移开遮光金属块，步进电动机自动恢复工作状态。(4)多圈电位器
7、多圈电位器会随步进电动机转动而转动，引起电位器滑动端电阻变化。可以利用它来进行模拟量的调节。也可以通过A/D转换，将多圈电位器的位置换算成游标的位置，实现位移装置的“闭环控制”。二二 任务分析任务分析 应用步进电机模块实现步进电机的三个基本功能，再此基础上最后实现步进电机的跟踪定位。三个基本功能具体如下：1. 步进电机移动1mm子程序。2步进电机回到原点子程序。3步进电机每隔100ms走1mm程序。三三 任务实施任务实施 在前面基本概念和任务的基础上，画出接线图如图9.9所示。 1原理接线图 指 K1 令 K2 模 K3 块 +5V GNDP3.5 主 P2.3P3.6 机 P2.4P3.7
8、模 P2.7 块 +5V GNDDIR 步CLK 进RL 电机模 +5V块 GND 电 源 模 +24V 块 GND +5V GND 图11-4 步进电机接线图 实验效果实验效果 经过程序的调试、编译，并下载到单片机，可以在设备上显示，得出效果图如11-4所示。 5.步进电机仿真程序示例（跟踪定位）步进电机仿真程序示例（跟踪定位） 经过程序的调试、编译，并下载到单片机，可以在设备上显示，得出效果图如11-5所示。 图11-5 步进电机仿真效果图四、任务评价四、任务评价 通过前面的讲解，同学们应该理解了步进电机的应用，为了检查学习效果，通过下面的表格来测验一下自己的学习情况。项目内容完成要求 分值完成情况自评分值 步进电机应用流程设计正确 20程序编写正确 30实物连线正确 20调试程序正确 30五五 作业作业1.利用步进电机与LED配合，实现LED闪烁。 2.画出步进电机回到原点子程序的实际连线图。
