步进控制 - 便携式数字化焊缝底片检测仪硬件结构设计

　　4.步进控制

　　步进电机是工业过程控制的主要控制元件之一。它是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的电磁机械装置，具有快速启动和停止的能力。当负荷不超过步进电机所提供的动态转矩值时，能够在“刹那”间实现启动和停止。

　　步进电机的控制系统的中央命令处理及控制单元采用了性价比较好的ATMEL_AT89C51单片机，通过其内部软件程序并结合周边电路元器件实现了对整机硬件系统的集中控制。其基本功能大致有：解释软件系统对硬件执行机构的相关控制命令、输出步进电机驱动器所需要的CP脉冲信号和DIR方向信号等等。

　　在步进电机的单片机控制系统中，要实现以下二个基本控制任务：

　　（1）控制步进电机的转向：通过改变通电的相序来实现。

　　（2）控制步进电机的转速：通过调节脉冲频率来实现。

　　本系统采用了8位微控制器ATMEL_AT89C51来实现控制功能。电路板电路原理图如图4所示：

　　

　　本控制电路主要由控制单元芯片ATMEL_AT89C51、串口接口芯片MAX232、稳压电路和ULN2003A电机脉冲分配芯片组成。通过上位机连续向下位机发送4个分别为1字节的数据，即速度增加量、速度减小量、方向控制量（0X01为正转，0 X 0 0为反转）及脱机状态控制量（0X01为正常工作，0X00为脱机），来达到控制电机的调速与正反转功能。

　　DIR方向信号和CP脉冲信号至驱动器相应端口时，驱动器响应命令把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机所需的角位移量，其中，CP脉冲的频率与步进电机的转速成正比，CP脉冲的个数决定了步进电机旋转的角度。这样，控制系统通过控制脉冲信号CP， 达到对步进电机调速和定位的目的，传片机构能够以非常稳定的速度带动底片做平滑运动。

　　本系统采用美国SHAPHON公司与北京斯达特微步控制技术有限公司联合生产的MS系列步进电机。

　　如图4所示，当信号正端为高电平时二极管导通，导通发光后，光敏管导通，驱动步进电机运转。反之，二极管熄灭，光敏管停止工作，步进电机停止运转。

　　

　　5.单片机编程

　　利用Keil对单片机进行编程以实现上述控制功能。编程前，先设置好地址、数据及控制信号。编程单元的地址加在P1口和P2口的P2.0-P2.3（11位地址范围为0000H-0FFFH），数据从P0口输入，引脚P2.6、P2.7和P3.6、 P3.7的电平需要设置，PSEN为高电平，RET保持高电平，按要求加上编程电压，ALE引脚输入编程脉冲。编程时，可采用4-20MHz的时钟振荡器，AT89C51编程方法如下：

　　（1）在地址线上加上要编程单元的地址信号。

　　（2）在数据线上加上要写入的数据字节。

　　（3）激活相应的控制信号。

　　（4）在高电压编程方式时，将Vpp端加上+12V的编程电压。

　　（5）每对Flash存储阵列写入一个字节或每写入一个程序加密位，加上一个ALE编程脉冲。改变编程单元的地址和写入的数据，重复1-5步骤，知道全部文件编程结束。每个字节写入周期是自身定时的，通常约为1.5ms.

　　6.结语

　　通过对焊缝底片检测仪的传片机构和步进控制系统的设计与研究，很好的解决了结构小型化的问题，为检测仪更好的在工程上应用打下良好的基础。