步進電機在智能小車中的應(yīng)用

1、校園電子在第五、六屆全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽中,均出現(xiàn)了智能小車這種集光、機、電于一體的題目。在以往的智能小車制作中大多采用H 型橋式電路驅(qū)動直流電機,采用PWM 方式控制。筆者將步進電機應(yīng)用于小車的驅(qū)動系統(tǒng),取得了令人滿意的效果。本文具體介紹其硬件、軟件設(shè)計。步進電機的特點及小車結(jié)構(gòu) 步進電機具有轉(zhuǎn)矩大、慣性小、響應(yīng)頻率高等優(yōu)點,因此具有瞬間起動與急速停止的優(yōu)越特性。與其他驅(qū)動元件相比,有明顯優(yōu)點:通常不需要反饋就能對位移或速度進行精確控制;輸出的轉(zhuǎn)角或位移精度高,誤差不會積累,價格便宜。并且因為步進電機是根據(jù)脈沖個數(shù)決定旋轉(zhuǎn)角度的,單片機只需記下脈沖個數(shù)就能計算出電機的旋轉(zhuǎn)角度,從而計算出小

2、車的行駛距離,省去了路程檢測模塊,簡化了設(shè)計。筆者利用從淘汰5英寸軟驅(qū)上拆下的步進角為1.8°、四相步進電機制作小車,利用凌陽SPCE061A 單片機作為控制核心,動作相當(dāng)精準,循跡時紅外傳感器與黑線只留相當(dāng)小的裕度,小車可以基本沿弧線行走,不再是折線。小車結(jié)構(gòu)如圖1。 用兩個步進電機直接驅(qū)動兩個前輪,作為主動輪;用兩個角輪作后輪,作為從動輪。將它們固定到一塊大小合適的實驗版上,車架就組裝完畢,非常簡單。分別對兩個步進電機驅(qū)動,靠兩個電機的速度差轉(zhuǎn)向。系統(tǒng)的硬件設(shè)計利用凌陽SPCE061A單片機IOB口來驅(qū)動步進電機,要求輸出4位穩(wěn)定而有序的1和0,IOB0IOB3的4個引腳通過光耦

3、連接到4個場效應(yīng)管的柵極,步進電機的4個線圈連接到相應(yīng)場效應(yīng)管的漏極,場效應(yīng)管的源極接地,如圖2。每個線圈從電源中得到適當(dāng)?shù)闹绷麟妷骸Ｓ蓡纹瑱C輸出0和1的組合代碼送到場效應(yīng)管的柵極,柵極為1時,連接到場效應(yīng)管上的線圈中有電流流過,柵極為0時,則無電流通過。在鎖存口上的1和0的分布時序產(chǎn)生步進電機4個線圈通電、斷電的適當(dāng)時序,從而產(chǎn)生精確的轉(zhuǎn)動步矩。IOB4IOB7的4個引腳用同樣的方式控制另一個電機。步進電機在智能小車中的應(yīng)用東北電力學(xué)院高寶生程云霞采用雙電源供電。一組5V 給單片機和控制電路供電,另一組12V給步進電機供電。在控制部分和電機驅(qū)動部分之間用光耦隔開,以免影響控制部分電源的品質(zhì)。

4、系統(tǒng)的軟件設(shè)計以四相步進電機八拍工作方式為例,如附表。四相八拍驅(qū)動方式將步進角為1.8°的步進電機細分到了0.9°,并且具有轉(zhuǎn)矩大、振蕩少、功耗適中等特點,其相序為:校園電子倒車:0x00990x00880x00CC 0x00440x00660x00220x00330x0011電機旋轉(zhuǎn)的速度由控制字變化的時間延時來確定。重復(fù)送控制字相當(dāng)于延時。由此得出,小車左轉(zhuǎn)速度是右轉(zhuǎn)的一半(左轉(zhuǎn)的控制字數(shù)表為:左轉(zhuǎn):0x00110x00130x00320x0036 0x00240x002C0x00680x00690x0041 0x00430x00C20x00C60x00840x008C 0x00980x0099右轉(zhuǎn)速度是左轉(zhuǎn)的一半(右轉(zhuǎn)的控制字數(shù)表為:右轉(zhuǎn):0x00110x00310x0023 0x00630x00420x00C20x00860x00960x00140x00340x002C0x006C0x0048 0x00C80x00890x0099只要在要執(zhí)行動作前,將相應(yīng)動作控制字的數(shù)表首地址賦給查表程序中相應(yīng)的指針變量,查表程序循環(huán)向IOB口送出控制字,即可控制小車做出相應(yīng)的動作。同樣道理,還可以建立更多動作控制字的數(shù)表:比如將一側(cè)車輪的速度調(diào)到另一側(cè)的四分之一,得到不同的轉(zhuǎn)彎半徑;將一側(cè)車輪正傳,另一側(cè)反轉(zhuǎn),實