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在控制系統(tǒng)中 被測(cè)參數(shù)經(jīng)A D采樣進(jìn)入微型計(jì)算機(jī) 經(jīng)數(shù)據(jù)處理后 一方面送顯示 另一方面要進(jìn)行報(bào)警處理 以便操作人員及時(shí)采取相應(yīng)的措施 同時(shí) 還要把被測(cè)參數(shù)與給定值進(jìn)行比較 根據(jù)偏差進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整 如在加熱爐自動(dòng)控制系統(tǒng)中 當(dāng)被測(cè)溫度高于給定值時(shí) 需把閥門關(guān)小 減小煤氣進(jìn)給量 反之 如果被測(cè)溫度低于給定值 則開大閥門 用來(lái)控制閥門動(dòng)作的裝置稱為執(zhí)行機(jī)構(gòu) 帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作往往要用電機(jī)或步進(jìn)電機(jī) 而電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)通常需要較大電流來(lái)驅(qū)動(dòng) 為此 如何把微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輸出與強(qiáng)電執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行連接 是微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的重要課題之一 第四章內(nèi)容簡(jiǎn)介 第4章常用控制程序的設(shè)計(jì) 4 1報(bào)警程序的設(shè)計(jì)4 2開關(guān)量輸出接口技術(shù)4 3電機(jī)控制接口技術(shù)4 4步進(jìn)電機(jī)控制接口技術(shù) 4 1報(bào)警程序設(shè)計(jì) 在微型機(jī)控制系統(tǒng)中 為了安全 對(duì)于一些重要的參數(shù)或系統(tǒng)部位 都設(shè)有緊急狀態(tài)報(bào)警系統(tǒng) 以便提醒操作人員注意 或采取緊急措施 4 1報(bào)警程序設(shè)計(jì) 4 1 1常用報(bào)警方式4 1 2簡(jiǎn)單報(bào)警程序的設(shè)計(jì)4 1 3越限報(bào)警程序的設(shè)計(jì)4 1 4遠(yuǎn)程自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4 1 1常用報(bào)警方式 聲音 電鈴 電笛 蜂鳴器 集成電子音樂(lè)芯片燈光 發(fā)光二極管或閃爍的白熾燈等語(yǔ)音報(bào)警 語(yǔ)音芯片圖形與聲音混合報(bào)警顯示報(bào)警畫面 如報(bào)警發(fā)生的順序 報(bào)警發(fā)生的時(shí)間 報(bào)警回路編號(hào) 報(bào)警內(nèi)容及次數(shù)等 1 發(fā)光二極管及白熾燈驅(qū)動(dòng)電路 1 報(bào)警方法不同采用的驅(qū)動(dòng)電路方式也不同 發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電流一般在20 30mA 不能直接由TTL電平驅(qū)動(dòng) 常采用OC門驅(qū)動(dòng)器 如74LS06 74LS07等 白熾燈報(bào)警時(shí) 應(yīng)該使用交流固態(tài)繼電器進(jìn)行控制 LED報(bào)警接口電路 2 為了能保持報(bào)警狀態(tài) 常采用帶有鎖存器的I O接口芯片 Intel8155 8255A 也可選用一般的鎖存器 74LS273 74LS373 或74LS377等 驅(qū)動(dòng)器 鎖存器 1 0 亮 2 聲音報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路 常采用模擬聲音集成電路芯片 如KD 956X系列 采用CMOS工藝 軟封裝的報(bào)警IC芯片 其功能表如表4 1 P97 所示 KD 956X系列報(bào)警芯片功能表 1 KD 956X系列IC芯片具有以下共同特性 工作電壓范圍寬 靜態(tài)電流低 外接振蕩電阻可調(diào)節(jié)模擬聲音的放音節(jié)奏 外接一只小功率三極管 便可驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器 2 KD 956X的結(jié)構(gòu)及使用方法 以KD 9561為例 KD 9561芯片內(nèi)設(shè) 振蕩器 節(jié)拍器 音色發(fā)生器 地址計(jì)數(shù)器 控制和輸出級(jí)等部分 根據(jù)內(nèi)部程序 設(shè)有兩個(gè)選聲端SEL1和SEL2 改變這兩端的電平 便可發(fā)出各種不同的音響 詳見表4 2 KD 9561能發(fā)出4種不同的聲音 且體積小 價(jià)格低廉 音響逼真 控制簡(jiǎn)便 所以 廣泛應(yīng)用于報(bào)警裝置及電動(dòng)玩具 VDD提供電源正端電壓 VSS指電源負(fù)端電壓 地 KD 9561的外形和報(bào)警電路圖 如圖4 2所示 如圖4 2 b 中所示 當(dāng)系統(tǒng)檢查到報(bào)警信號(hào)以后 使三極管9013導(dǎo)通 發(fā)出報(bào)警聲音 圖中的R1選值一般在180K 290K 之間 R1的阻值愈大 報(bào)警聲愈急促 反之 報(bào)警聲音節(jié)奏緩慢 b OUT 4 1 2簡(jiǎn)單報(bào)警程序的設(shè)計(jì)報(bào)警程序的設(shè)計(jì)方法根據(jù)報(bào)警參數(shù)及傳感器的具體情況可分為兩種 1 軟件報(bào)警程序這種方法的基本作法是把被測(cè)參數(shù)如溫度 壓力 流量 速度 成分等參數(shù) 經(jīng)傳感器 變送器 模 數(shù)轉(zhuǎn)換器 送到微型機(jī)后 再與規(guī)定的上 下限值進(jìn)行比較 根據(jù)比較的結(jié)果進(jìn)行報(bào)警或處理 整個(gè)過(guò)程都由軟件實(shí)現(xiàn) 這種報(bào)警程序又可分簡(jiǎn)單上 下限報(bào)警程序 以及上 下限報(bào)警處理程序 2 硬件申請(qǐng) 軟件處理報(bào)警程序報(bào)警要求直接由傳感器產(chǎn)生 例如 電接點(diǎn)式壓力報(bào)警裝置當(dāng)壓力高于 或低于 某一極限值時(shí) 接點(diǎn)即閉合 正常時(shí)則打開 利用這些開關(guān)量信號(hào) 通過(guò)中斷的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)或位置的檢測(cè) 鍋爐水位自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有3個(gè)報(bào)警參數(shù) 水位上 下限爐膛溫度上 下限蒸汽壓力下限 鍋爐報(bào)警系統(tǒng)圖 如圖4 4中所示 要求當(dāng)各參數(shù)全部正常時(shí) 綠燈 正常運(yùn)行燈 亮 若某一個(gè)參數(shù)不正常 將發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào) 1 0 燈亮 1 0 電笛響 1 軟件報(bào)警程序設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì)思想設(shè)置一個(gè)報(bào)警模型標(biāo)志單元ALARM把各參數(shù)的采樣值分別與上 下限值進(jìn)行比較 若某一位需要報(bào)警 則將ALARM相應(yīng)位置1 否則 清0 所有參數(shù)判斷完畢后 看報(bào)警模型單元ALARM的內(nèi)容是否為00H 若為00H 說(shuō)明所有參數(shù)均正常 使綠燈發(fā)光 不等于00H 則說(shuō)明有參數(shù)越限 輸出報(bào)警模型 程序流程圖 如圖4 5所示 設(shè)3個(gè)參數(shù)的采樣值 X1 水位 X2 爐膛溫度 X3 蒸汽壓力 依次存放在以SAMP為首地址的內(nèi)存單元中 相應(yīng)的允許極限值依次存放在以LIMIT為首地址的內(nèi)存區(qū)域內(nèi) 報(bào)警標(biāo)志位單元為ALARM 20H 8100H 軟件報(bào)警程序模塊流程圖 軟件報(bào)警程序框架介紹 設(shè)置電笛及指示燈狀態(tài) 設(shè)置電笛及指示燈狀態(tài) 設(shè)置電笛及指示燈狀態(tài) 設(shè)置電笛及指示燈狀態(tài) 置電笛響標(biāo)志位 設(shè)置電笛及指示燈狀態(tài) 輸出電笛及指示燈狀態(tài) 軟件報(bào)警程序細(xì)節(jié)介紹 不要使用該名稱 與報(bào)警標(biāo)志位單元名稱ALARM沖突 ALARMEQU20H CJNE A MAX1 AA JNC A MAX1 CF 產(chǎn)生符號(hào)位 CJNE A MIN1 BB JC A MIN1 CF 產(chǎn)生符號(hào)位 MOVA 00 2 硬件報(bào)警程序設(shè)計(jì) 某些根據(jù)開關(guān)量狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警的系統(tǒng) 為了使系統(tǒng)簡(jiǎn)化 可以不用上面介紹的軟件報(bào)警方法 而是采用硬件申請(qǐng)中斷的方法 直接將報(bào)警模型送到報(bào)警口中 這種報(bào)警方法的前提條件是被測(cè)參數(shù)與給定值的比較是在傳感器中進(jìn)行的 例如 電結(jié)點(diǎn)式壓力計(jì) 電結(jié)點(diǎn)式溫度計(jì) 色帶指示報(bào)警儀等 都屬于這種傳感器 不管原理如何 它們的共同點(diǎn)是 當(dāng)檢測(cè)值超過(guò) 或低于 上 下限值時(shí) 結(jié)點(diǎn)開關(guān)閉合 從而產(chǎn)生報(bào)警信號(hào) 這類報(bào)警系統(tǒng)電路圖 如圖4 6所示 硬件直接報(bào)警系統(tǒng)原理圖 該圖中 SL1和SL2分別為液位上 下限報(bào)警結(jié)點(diǎn) SP表示蒸汽壓力下限報(bào)警結(jié)點(diǎn) ST是爐膛溫度上限超越結(jié)點(diǎn) 只要參數(shù)中的一個(gè) 或幾個(gè) 超限 即結(jié)點(diǎn)閉合 管腳都會(huì)由高變低 向CPU發(fā)出中斷申請(qǐng) CPU響應(yīng)后 讀入報(bào)警狀態(tài)P1 3 P1 0 然后從P1口的高4位輸出 完成超限報(bào)警的工作 采用中斷工作方式 既節(jié)省了CPU計(jì)算的寶貴時(shí)間 又能不失時(shí)機(jī)地實(shí)現(xiàn)參數(shù)超限報(bào)警 報(bào)警結(jié)點(diǎn) 0 報(bào)警 0 1 讀入報(bào)警狀態(tài) 輸出報(bào)警狀態(tài) 根據(jù)圖4 6寫出的報(bào)警程序如下 4 1 3越限報(bào)警程序的設(shè)計(jì)為了避免測(cè)量值在極限值附近擺動(dòng)造成頻繁報(bào)警 可以在上 下限附近設(shè)置一個(gè)回差帶 如圖4 7所示 在圖4 7中 H是上限帶 L為下限帶 規(guī)定只有當(dāng)被測(cè)量值越過(guò)A點(diǎn)時(shí) 才認(rèn)為越過(guò)上限 測(cè)量值穿越H帶區(qū) 下降到B點(diǎn)以下才承認(rèn)復(fù)限 同樣道理 測(cè)量值在L帶區(qū)內(nèi)擺動(dòng)均不做超越下限處理 只有它回歸于D點(diǎn)之上時(shí) 才做超越下限后復(fù)位處理 這樣就避免了頻繁的報(bào)警和復(fù)限 以免造成操作人員人為的緊張 實(shí)際上 大多數(shù)情況下 如前面鍋爐水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)中所述 上 下限并非只是唯一的值 而是允許一個(gè) 帶 在帶區(qū)內(nèi)的值都認(rèn)為是正常的 帶寬構(gòu)成報(bào)警的靈敏區(qū) 上 下限帶寬的選擇應(yīng)根據(jù)具體的被測(cè)參數(shù)而定 復(fù)限指的是參數(shù)恢復(fù)到正常值 運(yùn)行恢復(fù)到正常狀態(tài) 下面重新對(duì)鍋爐液位報(bào)警程序進(jìn)行設(shè)計(jì) 設(shè)鍋爐水位采樣并經(jīng)濾波處理后的值存放在SAMP為起始地址的內(nèi)存單元中 設(shè)采樣值為12位數(shù) 占用兩個(gè)內(nèi)存單元 上 下限報(bào)警及上 下限復(fù)位門限值分別存放在以ALADEG為首地址的內(nèi)存單元中 報(bào)警標(biāo)志單元為FLAG 其中D2位為越上限標(biāo)志位 D3位為越下限標(biāo)志位 其內(nèi)存分配 如圖4 8所示 有關(guān)內(nèi)存的分配 越限報(bào)警程序的基本思路將采樣 數(shù)字濾波后的數(shù)據(jù)與該被測(cè)點(diǎn)上 下限給定值進(jìn)行比較 檢測(cè)是否越限 或與上限復(fù)位值 下限復(fù)位值進(jìn)行比較 檢測(cè)是否復(fù)位上 下限 如越限 則分別置位越上 下限標(biāo)志 并輸出相應(yīng)的聲 光報(bào)警模型 如已復(fù)位上 下限 則清除相應(yīng)標(biāo)志 當(dāng)上述報(bào)警處理完之后 返回主程序 如圖4 9所示的是其程序的流程圖 A X A B X B C X C D X D 本程序輸出的報(bào)警模型及接口電路 可參看4 4自行設(shè)計(jì) 報(bào)警標(biāo)志單元FLAG 28H 和越限 復(fù)位上 下限處理次數(shù)單元 2AH 在初始化程序中應(yīng)首先清零 除了上面講的這種帶上 下限報(bào)警帶的報(bào)警處理程序外 還有各種各樣的報(bào)警處理程序 讀者可根據(jù)需要自行設(shè)計(jì) 4 1 4遠(yuǎn)程自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 適用范圍 距離太遠(yuǎn) 或是無(wú)人職守場(chǎng)合 方法 1 直接撥號(hào) 手機(jī)或固定電話 2 網(wǎng)絡(luò) MODEM 4 1 4遠(yuǎn)程自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1 SS173K222AL芯片簡(jiǎn)介SS173K222AL是TDK公司產(chǎn)品 高集成度的單片MODEM芯片 該芯片的主要特點(diǎn)是 1 可與8051系列單片機(jī)對(duì)接 接口電路簡(jiǎn)單 2 串行口數(shù)據(jù)傳輸 3 采用同步方式或異步方式工作 4 與CCITTV 22 V 21 BELL212A 103標(biāo)準(zhǔn)兼容 5 具有呼叫進(jìn)程 載波 應(yīng)答音 長(zhǎng)回環(huán)檢測(cè)等功能 6 通過(guò)編程產(chǎn)生DTMF信號(hào)及550 1800Hz防衛(wèi)音信號(hào) 7 具有自動(dòng)增益控制 動(dòng)態(tài)范圍達(dá)45dB 8 采用CMOS技術(shù) 低功耗 單電源供電 引腳 圖4 10 VDD GND D電源和地 AD0 AD7 地址 數(shù)據(jù)線 ALE 地址鎖存控制信號(hào) 與單片機(jī)ALE相連接 用于鎖存地址信號(hào) WR和RD 讀 寫控制信號(hào) 低電平有效 CLK 時(shí)鐘信號(hào) XTL1 XTL2 外接晶體震蕩器 TXD RXD 用來(lái)發(fā)射和接收數(shù)據(jù) TXA RXA 發(fā)射和接收響應(yīng)管腳 與外部收發(fā)裝置相連 CS 片選信號(hào) 低電平有效 VREF 參考電平 RESET 復(fù)位信號(hào) 2 直接撥通手機(jī)號(hào)碼報(bào)警 設(shè)本例中所撥打的手機(jī)號(hào)碼為 13231502165WAN JNBP1 3 DT 監(jiān)視P1 3口SJMPWANDT ACALLDLY2 延時(shí)50毫秒JNBP1 3 ARM 確認(rèn)有報(bào)警信號(hào) 轉(zhuǎn)處理程序 SJMPWANARM CLRP1 7 吸合繼電器J1ACALLDLY2 延時(shí)50毫秒MOVR6 0BH 撥打11位手機(jī)號(hào)碼 予置初值 MOVDPTR 7FF8H 地址指針指向R0MOVA 31H R0 按始發(fā)方式 FSK模式設(shè)置 但禁止發(fā)送 MOVX DPTR ALOOP MOVDPTR 7FFBH 地址指針指向TRMOVA 0FHADDA R6 取出電話號(hào)碼 MOVCA A PCMOVX DPTR A 設(shè)置TRMOVDPTR 7FF8H 地址指針指向R0MOVA 33H 允許發(fā)送MOVX DPTR AACALLDLY3 延時(shí)250毫秒MOVA 31H 停止發(fā)送MOVX DPTR AACALLDLY3 延時(shí)250毫秒DJNZR6 LOOP 撥號(hào)未完 再撥出一個(gè)號(hào)碼 DB95H 96H 91H 92H 9AH 95H 91H 93H 92H 93H 91H TR設(shè)置及手機(jī)號(hào)碼DTA MOVDPTR 7FFAH 地址指針指向DRMOVXA DPTR 監(jiān)視DRJNBACC 2 DTA 檢測(cè)應(yīng)答音MOVDPTR 7FF9H 地址指針指向R1MOVA 04HMOVX DPTR A 復(fù)位MODEMSETBP1 7 釋放J1RET 3 在接收端采用MODEM和單片機(jī)顯示裝置的報(bào)警 4 2開關(guān)量輸出接口技術(shù) 在工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)中 被測(cè)參數(shù)經(jīng)采樣處理之后 還需要計(jì)算并輸出控制模型 達(dá)到自動(dòng)控制的目的 輸出設(shè)備往往需大電壓 或電流 來(lái)控制 而微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸出的開關(guān)量大都為TTL 或CMOS 電平 這種電平一般不能直接驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備開啟或關(guān)閉 另一方面 許多外部設(shè)備 如大功率直流電機(jī) 接觸器等在開關(guān)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾信號(hào) 如不加以隔離 可能會(huì)使微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)造成誤動(dòng)作乃至損壞 開關(guān)量輸出控制中必須認(rèn)真考慮并設(shè)法解決的兩個(gè)問(wèn)題 放大 隔離 4 2 1光電隔離技術(shù) 1 光電隔離器的種類 發(fā)光二極管 光敏三極管發(fā)光二極管 光敏復(fù)合晶體管發(fā)光二極管 光敏電阻發(fā)光二極管 光觸發(fā)可控硅等 4 2 1光電隔離技術(shù) 2 工作原理 當(dāng)發(fā)光二極管有正向電流通過(guò)時(shí) 即產(chǎn)生人眼看不見的紅外光 光敏三極管接收光照以后便導(dǎo)通 而當(dāng)該電流撤去時(shí) 發(fā)光二極管熄滅 三極管隨即截止 利用這種特性即可達(dá)到開關(guān)控制的目的 由于該器件是通過(guò)電 光 電的轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出設(shè)備進(jìn)行控制的 彼此之間沒有電氣連接 因而起到隔離作用 4 2 1光電隔離技術(shù) 隔離電壓與光電隔離器的結(jié)構(gòu)形式有關(guān) 雙列直插式塑料封裝形式的隔離電壓一般為2500V左右 陶瓷封裝形式的隔離電壓一般為5000 10000V 在一般微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中 由于大都采用TTL電平 不能直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管 所以通常加一級(jí)驅(qū)動(dòng)器 如7406和7407等 輸入 輸出端兩個(gè)電源必須單獨(dú)供電 如圖4 11 數(shù)字量Pi輸出為高電平經(jīng)反相驅(qū)動(dòng)器后變?yōu)榈碗娖桨l(fā)光二極管有電流通過(guò)并發(fā)光光敏三極管導(dǎo)通 從而在集電極上產(chǎn)生輸出電壓V0 此電壓即可用來(lái)控制外設(shè) 使用同一電源 或共地的兩個(gè)電源 外部干擾信號(hào)可能通過(guò)電源串到系統(tǒng)中來(lái) 1 0 4 2 2繼電器輸出接口技術(shù) 繼電器是電氣控制中常用的控制器件 一般由通電線圈和觸點(diǎn) 常開或常閉 構(gòu)成 線圈通電時(shí) 由于磁場(chǎng)的作用 使開關(guān)觸點(diǎn)閉合 或打開 線圈不通電時(shí) 則開關(guān)觸點(diǎn)斷開 或閉合 一般線圈可以用直流低電壓控制 常用的有直流9V 12V 24V等 而觸點(diǎn)輸出部分可以直接與市電 220V 連接 雖然繼電器本身有一定的隔離作用 但在與微型計(jì)算機(jī)接口連接時(shí)通常還是采用光電隔離器進(jìn)行隔離 4 2 2繼電器輸出接口技術(shù) 如圖4 17中所示 當(dāng)開關(guān)量P1 0輸出為高電平時(shí) 經(jīng)反相驅(qū)動(dòng)器7406變?yōu)榈碗娖?使發(fā)光二極管發(fā)光 從而使光敏三極管導(dǎo)通 進(jìn)而使三極管9013導(dǎo)通 因而使繼電器J的線圈通電 繼電器觸點(diǎn)J1 1閉合 使 220V電源接通 反之 當(dāng)P1 0輸出低電壓時(shí) 使J1 1斷開 1 0 4 2 2繼電器輸出接口技術(shù) 如圖4 13中所示 當(dāng)開關(guān)量P1 0輸出為高電平時(shí) 經(jīng)反相驅(qū)動(dòng)器7406變?yōu)榈碗娖?使發(fā)光二極管發(fā)光 從而使光敏三極管導(dǎo)通 進(jìn)而使三極管9013導(dǎo)通 因而使繼電器J的線圈通電 繼電器觸點(diǎn)J1 1閉合 使 220V電源接通 反之 當(dāng)P1 0輸出低電壓時(shí) 使J1 1斷開 圖中所示電阻R1為限流電阻 二極管D的作用是保護(hù)晶體管T 當(dāng)繼電器J吸合時(shí) 二極管D截止 不影響電路工作 繼電器釋放時(shí) 由于繼電器線圈存在電感 這時(shí)晶體管T已經(jīng)截止 所以會(huì)在線圈的兩端產(chǎn)生較高的感應(yīng)電壓 此電壓的極性為上負(fù)下正 正端接在晶體管的集電極上 當(dāng)感應(yīng)電壓與VCC之和大于晶體管T的集電極反向電壓時(shí) 晶體管T有可能損壞 加入二極管D后 繼電器線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流從二極管D流過(guò) 從而使晶體管T得到保護(hù) 4 2 2繼電器輸出接口技術(shù) 如圖4 13中所示 當(dāng)開關(guān)量P1 0輸出為高電平時(shí) 經(jīng)反相驅(qū)動(dòng)器7406變?yōu)榈碗娖?使發(fā)光二極管發(fā)光 從而使光敏三極管導(dǎo)通 進(jìn)而使三極管9013導(dǎo)通 因而使繼電器J的線圈通電 繼電器觸點(diǎn)J1 1閉合 使 220V電源接通 反之 當(dāng)P1 0輸出低電壓時(shí) 使J1 1斷開 圖中所示電阻R1為限流電阻 二極管D的作用是保護(hù)晶體管T 當(dāng)繼電器J吸合時(shí) 二極管D截止 不影響電路工作 繼電器釋放時(shí) 由于繼電器線圈存在電感 這時(shí)晶體管T已經(jīng)截止 所以會(huì)在線圈的兩端產(chǎn)生較高的感應(yīng)電壓 此電壓的極性為上負(fù)下正 正端接在晶體管的集電極上 當(dāng)感應(yīng)電壓與VCC之和大于晶體管T的集電極反向電壓時(shí) 晶體管T有可能損壞 加入二極管D后 繼電器線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流從二極管D流過(guò) 從而使晶體管T得到保護(hù) 4 2 2繼電器輸出接口技術(shù) 如圖4 13中所示 當(dāng)開關(guān)量P1 0輸出為高電平時(shí) 經(jīng)反相驅(qū)動(dòng)器7406變?yōu)榈碗娖?使發(fā)光二極管發(fā)光 從而使光敏三極管導(dǎo)通 進(jìn)而使三極管9013導(dǎo)通 因而使繼電器J的線圈通電 繼電器觸點(diǎn)J1 1閉合 使 220V電源接通 反之 當(dāng)P1 0輸出低電壓時(shí) 使J1 1斷開 圖中所示電阻R1為限流電阻 二極管D的作用是保護(hù)晶體管T 當(dāng)繼電器J吸合時(shí) 二極管D截止 不影響電路工作 繼電器釋放時(shí) 由于繼電器線圈存在電感 這時(shí)晶體管T已經(jīng)截止 所以會(huì)在線圈的兩端產(chǎn)生較高的感應(yīng)電壓 此電壓的極性為上負(fù)下正 正端接在晶體管的集電極上 當(dāng)感應(yīng)電壓與VCC之和大于晶體管T的集電極反向電壓時(shí) 晶體管T有可能損壞 加入二極管D后 繼電器線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流從二極管D流過(guò) 從而使晶體管T得到保護(hù) 0 1 0 4 2 2繼電器輸出接口技術(shù) 不同的繼電器 其線圈驅(qū)動(dòng)電流的大小 以及帶動(dòng)負(fù)載的能力不同 選用時(shí)應(yīng)考慮下列因素 1 繼電器額定工作電壓 或電流 2 接點(diǎn)負(fù)荷 3 接點(diǎn)的數(shù)量或種類 常閉或常開 4 繼電器的體積 封裝形式 工作環(huán)境 接點(diǎn)吸合或釋放時(shí)間等 4 2 3固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù) 固態(tài)繼電器 SolidStateRelay 簡(jiǎn)稱SSR 它是帶光電隔離器的無(wú)觸點(diǎn)開關(guān) 用晶體管或可控硅代替常規(guī)繼電器的觸點(diǎn)開關(guān) 在前級(jí)中與光電隔離器融為一體 根據(jù)結(jié)構(gòu)形式 固態(tài)繼電器有直流型固態(tài)繼電器和交流型固態(tài)繼電器之分 固態(tài)繼電器輸入控制電流小 輸出無(wú)觸點(diǎn) 所以與電磁式繼電器相比 具有體積小 重量輕 無(wú)機(jī)械噪聲 無(wú)抖動(dòng)和回跳 開關(guān)速度快 工作可靠等優(yōu)點(diǎn) 在微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用 大有取代電磁繼電器之勢(shì) 4 2 3固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù) 1 直流型SSR 圖4 18 P135 輸入部分是一個(gè)光電隔離器 可用OC門或晶體管直接驅(qū)動(dòng) 輸出端經(jīng)整形放大后帶動(dòng)大功率晶體管輸出 輸出工作電壓可達(dá)30 180V 5V開始工作 4 2 3固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù) 直流型SSR主要用于帶直流負(fù)載的場(chǎng)合 如直流電機(jī)控制 直流步進(jìn)電機(jī)控制 電磁閥等 圖4 19所示為采用直流型SSR控制三相步進(jìn)電機(jī)的原理電路圖 圖中A B C為步進(jìn)電機(jī)的三相 每相由一個(gè)直流型SSR控制 分別由8031的P1 0 P1 1和P1 2控制 只要按著一定的順序通電 即可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)控制 詳見本章4 4節(jié) 1 直流型SSR輸入部分是一個(gè)光電隔離器 可用OC門或晶體管直接驅(qū)動(dòng) 輸出端經(jīng)整形放大后帶動(dòng)大功率晶體管輸出 輸出工作電壓可達(dá)30 180V 5V開始工作 0 1 1 0 1 0 4 2 3固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù) 2 交流型SSR 1 采用雙向可控硅作為開關(guān)器件 用于交流大功率驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合 如交流電機(jī) 交流電磁閥控制等 2 交流型SSR又可分為過(guò)零型和移相型兩類 非過(guò)零型SSR 在輸入信號(hào)時(shí) 不管負(fù)載電流相位如何 負(fù)載端立即導(dǎo)通 過(guò)零型必須在負(fù)載電源電壓接近零且輸入控制信號(hào)有效時(shí) 輸出端負(fù)載電源才導(dǎo)通 當(dāng)輸入的控制信號(hào)撤銷后 不論哪一種類型 它們都只在流過(guò)雙向可控硅負(fù)載電流為零時(shí)才關(guān)斷 過(guò)零觸發(fā)型交流固態(tài)繼電器 AC SSR 的內(nèi)部電路 主要包括輸入電路 光電耦合器 過(guò)零觸發(fā)電路 開關(guān)電路 包括雙向可控硅 保護(hù)電路 RC吸收網(wǎng)絡(luò) 當(dāng)加上輸入信號(hào)VI 一般為高電平 并且交流負(fù)載電源電壓通過(guò)零點(diǎn)時(shí) 雙向可控硅被觸發(fā) 將負(fù)載電源接通 4 2 3固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù) 一個(gè)交流型SSR控制單向交流控制電機(jī)的實(shí)例如圖4 22所示 圖中 改變交流電機(jī)通電繞組 即可控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向 例如用它控制流量調(diào)節(jié)閥的開和關(guān) 從而實(shí)現(xiàn)控制管道中流體流量的目的 如圖4 22中所示 當(dāng)控制端P1 0輸出為低電平時(shí) 經(jīng)反相后 使SSR1 導(dǎo)通 SSR2 截止 交流電通過(guò)A相繞組 電機(jī)正轉(zhuǎn) 反之 如果P1 0輸出高電平 則SSR1 截止 SSR2 導(dǎo)通 交流電流經(jīng)B相繞組 電機(jī)反轉(zhuǎn) 0 1 0 電機(jī)正轉(zhuǎn) 4 2 3固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù) 一個(gè)交流型SSR控制單向交流控制電機(jī)的實(shí)例如圖4 18所示 圖中 改變交流電機(jī)通電繞組 即可控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向 例如用它控制流量調(diào)節(jié)閥的開和關(guān) 從而實(shí)現(xiàn)控制管道中流體流量的目的 如圖4 18中所示 當(dāng)控制端P1 0輸出為低電平時(shí) 經(jīng)反相后 使SSR1 導(dǎo)通 SSR2 截止 交流電通過(guò)A相繞組 電機(jī)正轉(zhuǎn) 反之 如果P1 0輸出高電平 則SSR1 截止 SSR2 導(dǎo)通 交流電流經(jīng)B相繞組 電機(jī)反轉(zhuǎn) 圖中所示的Rp Cp組成浪涌電壓吸收回路 通常Rp為100 左右 CP為0 1 F RM為壓敏電阻 用做過(guò)電壓保護(hù) 其電壓取值范圍通常為電源電壓有效值的1 6 1 9倍 市售有專門適用于交流220V或380V的壓敏電阻 選用交流型固態(tài)繼電器時(shí)主要注意它的額定電壓和額定工作電流 1 0 1 電機(jī)反轉(zhuǎn) 4 4步進(jìn)電機(jī)控制接口技術(shù) 步進(jìn)電機(jī)是工業(yè)過(guò)程控制及儀表中的主要控制元件之一 1 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn) 快速啟停能力步進(jìn)速率為200 1000步每秒 步進(jìn)速率增加1 2倍 仍然不會(huì)失掉一步定位準(zhǔn)確 例如 先正轉(zhuǎn)24步 再反轉(zhuǎn)24步 電機(jī)將精確地回到原始的位置 精度高 可以由每步90 低到每步0 36 能直接接收數(shù)字量 2 步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用 正因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)具有快速啟停 精確步進(jìn)以及能直接接收數(shù)字量等特點(diǎn) 所以使其在定位場(chǎng)合中得到了廣泛的應(yīng)用 如在繪圖機(jī) 打印機(jī)及光學(xué)儀器中 都采用步進(jìn)電機(jī)來(lái)定位繪圖筆 印字頭或光學(xué)鏡頭 在工業(yè)過(guò)程控制的位置控制系統(tǒng)中 做位移傳感器 計(jì)算機(jī)的軟驅(qū) 光盤驅(qū)動(dòng)器 用步進(jìn)電機(jī)作精確定位 4 4 1步進(jìn)電機(jī)工作原理步進(jìn)電機(jī)實(shí)際上是一個(gè)數(shù)字 角度轉(zhuǎn)換器 也是一個(gè)串行的數(shù) 模轉(zhuǎn)換器 其結(jié)構(gòu)原理 如圖4 44所示 1 步進(jìn)電機(jī)的構(gòu)成 1 定子有6個(gè)等分的磁極 即A A B B C C 相鄰兩個(gè)磁極間的夾角為60 相對(duì)的兩個(gè)磁極組成一相 如圖4 40所示的結(jié)構(gòu)為三相步進(jìn)電機(jī) A A 相 B B 相 C C 相 當(dāng)某一繞組有電流通過(guò)時(shí) 該繞組相應(yīng)的兩個(gè)磁極立即形成N極和S極 每個(gè)磁極上各有5個(gè)均勻分布的矩形小齒 圖4 44步進(jìn)電機(jī)原理圖P152 4 4 1步進(jìn)電機(jī)工作原理步進(jìn)電機(jī)實(shí)際上是一個(gè)數(shù)字 角度轉(zhuǎn)換器 也是一個(gè)串行的數(shù) 模轉(zhuǎn)換器 其結(jié)構(gòu)原理 如圖4 40所示 1 步進(jìn)電機(jī)的構(gòu)成 圖4 44步進(jìn)電機(jī)原理圖P152 2 轉(zhuǎn)子步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上沒有繞組 而是由40個(gè)矩形小齒均勻分布在圓周上 相鄰兩齒之間的夾角為9 當(dāng)某相繞組通電時(shí) 對(duì)應(yīng)的磁極就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng) 并與轉(zhuǎn)子形成磁路 若此時(shí)定子的小齒與轉(zhuǎn)子的小齒沒有對(duì)齊 則在磁場(chǎng)的作用下 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度 使轉(zhuǎn)子齒和定子齒對(duì)齊 由此可見 錯(cuò)齒是促使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的根本原因 2 運(yùn)行 步進(jìn)電機(jī)的工作方式可分為 三相單三拍 三相單雙六拍 三相雙三拍等 一 三相單三拍 1 三相繞組中的通電順序?yàn)?2 工作過(guò)程 A相通電使轉(zhuǎn)子1 3齒和AA 對(duì)齊 B相通電 轉(zhuǎn)子2 4齒和B相軸線對(duì)齊 相對(duì)A相通電位置轉(zhuǎn)30 B相通電 轉(zhuǎn)子2 4齒和B相軸線對(duì)齊 相對(duì)A相通電位置轉(zhuǎn)30 C相通電再轉(zhuǎn)30 2 工作過(guò)程 這種工作方式 因三相繞組中每次只有一相通電 而且 一個(gè)循環(huán)周期共包括三個(gè)脈沖 所以稱三相單三拍 三相單三拍的特點(diǎn) 每來(lái)一個(gè)電脈沖 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)30 此角稱為步距角 用QS表示 轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向取決于三相線圈通電的順序 改變通電順序即可改變轉(zhuǎn)向 二 三相單雙六拍 1 三相繞組的通電順序?yàn)?A AB B BC C CA A共六拍 二 三相單雙六拍 1 三相繞組的通電順序?yàn)?A AB B BC C CA A共六拍 2 工作過(guò)程 A相通電轉(zhuǎn)子1 3齒和A相對(duì)齊 A B相同時(shí)通電 1 BB 磁場(chǎng)對(duì)2 4齒有磁拉力 該拉力使轉(zhuǎn)子順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng) 2 AA 磁場(chǎng)繼續(xù)對(duì)1 3齒有拉力 3 所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到兩磁拉力平衡的位置上 相對(duì)AA 通電 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了15 總之 每個(gè)循環(huán)周期 有六種通電狀態(tài) 所以稱為三相六拍 步距角為15 B相通電轉(zhuǎn)子2 4齒和B相對(duì)齊 又轉(zhuǎn)了15 A B相同時(shí)通電 1 BB 磁場(chǎng)對(duì)2 4齒有磁拉力 該拉力使轉(zhuǎn)子順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng) 2 AA 磁場(chǎng)繼續(xù)對(duì)1 3齒有拉力 3 所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到兩磁拉力平衡的位置上 相對(duì)AA 通電 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了15 三 三相雙三拍 1 三相繞組的通電順序?yàn)?AB BC CA AB共三拍 2 工作過(guò)程 以上三種工作方式 三相雙三拍和三相單雙六拍較三相單三拍穩(wěn)定 因此較常采用 工作方式為三相雙三拍時(shí) 每通入一個(gè)電脈沖 轉(zhuǎn)子也是轉(zhuǎn)30 即步距角 30 3 小步距角的步進(jìn)電機(jī) 實(shí)際采用的步進(jìn)電機(jī)步距角多為3 和1 5 步距角越小 加工的精度就越高 為使轉(zhuǎn) 定子的齒對(duì)齊 定子磁極上的小齒 齒寬和齒槽和轉(zhuǎn)子相同 A相和B相間 轉(zhuǎn)子含有40個(gè)齒 3 小步距角的步進(jìn)電機(jī) 實(shí)際采用的步進(jìn)電機(jī)步距角多為3 和1 5 步距角越小 加工的精度就越高 A相和B相間 3 小步距角的步進(jìn)電機(jī) 工作原理 A相通電時(shí) 定子A相的五個(gè)小齒與轉(zhuǎn)子對(duì)齊 此時(shí) B相和A相空間差120 含120 9 131 3齒 A相和C相差240 含240 9 262 3個(gè)齒 所以 A相的轉(zhuǎn)子 定子的五個(gè)小齒對(duì)齊 B相 C相不能對(duì)齊 B相的轉(zhuǎn)子 定子相差1 3個(gè)齒 3 C相的轉(zhuǎn)子 定子相差2 3個(gè)齒 6 A相斷電 B相通電后 轉(zhuǎn)子只需轉(zhuǎn)過(guò)1 3個(gè)齒 3 使B相轉(zhuǎn)子 定子對(duì)齊 同理 C相通電再轉(zhuǎn)3 按照A B C A順序通電一周 則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)9 實(shí)際采用的步進(jìn)電機(jī)步距角多為3 和1 5 步距角越小 加工的精度就越高 4 幾點(diǎn)說(shuō)明 1 步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的根本原因是錯(cuò)齒 2 步距角 步進(jìn)電機(jī)通過(guò)一個(gè)電脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度 稱為步距角 式中 N McC為一個(gè)周期的運(yùn)行拍數(shù) 即通電狀態(tài)循環(huán)一周需要改變的次數(shù)其中Mc為控制繞組相數(shù) C為狀態(tài)系數(shù) 采用單三拍或雙三拍時(shí) C 1 采用單六拍或雙六拍時(shí) C 2 Zr為轉(zhuǎn)子齒數(shù) 拍數(shù)與相數(shù)相同 拍數(shù)是相數(shù)2倍 舉例 某步進(jìn)電機(jī)工作方式為三相單三拍 分別求取Zr為4和40時(shí)的步距角 解 三相單三拍 N McC 3 1 3 當(dāng)Zr 4 Qs 360 3 4 30 當(dāng)Zr 40 Qs 360 3 40 3 4 4 2步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的原理 典型的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)主要由步進(jìn)控制器 功率放大器及步進(jìn)電機(jī)組成 圖4 45步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的組成P153 1 步進(jìn)控制器是由緩沖寄存器 環(huán)形分配器 控制邏輯及正 反轉(zhuǎn)控制門等組成的 作用 把輸入的脈沖轉(zhuǎn)換成環(huán)型脈沖 以便控制步進(jìn)電機(jī) 并能進(jìn)行正 反向控制 4 4 2步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的原理 典型的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)主要由步進(jìn)控制器 功率放大器及步進(jìn)電機(jī)組成 圖4 45步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的組成P153 2 功率放大器把控制器輸出的環(huán)型脈沖加以放大 以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 由軟件代替上述步進(jìn)控制器 簡(jiǎn)化了線路 降低了成本 提高可靠性 采用微型計(jì)算機(jī)控制 可根據(jù)系統(tǒng)的需要 靈活改變步進(jìn)電機(jī)的控制方案 使用起來(lái)很方便 典型的微型機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)原理圖 如圖4 46所示 圖4 46與圖4 45相比 用微型機(jī)代替了步進(jìn)控制器 把并行二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成串行脈沖序列 并實(shí)現(xiàn)方向控制 每當(dāng)步進(jìn)電機(jī)脈沖輸入線上得到一個(gè)脈沖 它便沿著方向控制線信號(hào)所確定的方向走一步 只要負(fù)載在步進(jìn)電機(jī)允許的范圍之內(nèi) 那么 每個(gè)脈沖將使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的步距角度 根據(jù)步距角的大小及實(shí)際走的步數(shù) 只要知道初始位置 便可知道步進(jìn)電機(jī)的最終位置 圖4 46用微型機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)原理系統(tǒng)圖p153 本章節(jié)主要解決如下幾個(gè)問(wèn)題 1 用軟件的方法實(shí)現(xiàn)脈沖序列 2 步進(jìn)電機(jī)的方向控制 3 步進(jìn)電機(jī)控制程序的設(shè)計(jì) 1 脈沖序列的生成 步進(jìn)電機(jī)控制軟件中必須解決的一個(gè)重要問(wèn)題 就是產(chǎn)生一個(gè)如圖4 47所示的周期性脈沖序列 圖4 47脈沖序列 脈沖是用周期 脈沖高度 接通與斷開電源的時(shí)間來(lái)表示 脈沖幅值由數(shù)字元件電平?jīng)Q定 TTL0 5VCMOS0 10V接通和斷開時(shí)間可用延時(shí)的辦法控制 要求 確保步進(jìn)到位 但由于步進(jìn)電機(jī)的 步進(jìn) 是需要一定的時(shí)間的 所以在送一高脈沖后 需延長(zhǎng)一段時(shí)間 以使步進(jìn)電機(jī)達(dá)到指定的位置 由此可見 用計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)際上是由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生一系列脈沖波 2 方向控制 常用的步進(jìn)電機(jī)有三相 四相 五相 六相4種 其旋轉(zhuǎn)方向與內(nèi)部繞組的通電順序相關(guān) 三相步進(jìn)電機(jī)有三種工作方式 單三拍 通電順序?yàn)锳 B C 雙三拍 通電順序?yàn)锳B BC CA 三相六拍 通電順序?yàn)锳 AB B BC C CA 改變通電順序可以改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向 關(guān)于四相 五相 六相的步進(jìn)電機(jī) 其通電方式和通電順序與三相步進(jìn)電機(jī)相似 讀者可自行分析 本書主要以三相步進(jìn)電機(jī)為例進(jìn)行講述 3 步進(jìn)電機(jī)的方向控制方法 1 用微型機(jī)輸出接口的每一位控制一相繞組 例如 用8255控制三相步進(jìn)電機(jī)時(shí) 可用Pc 0 Pc 1 Pc 2分別接至步進(jìn)電機(jī)的A B C三相繞組 2 根據(jù)所選定的步進(jìn)電機(jī)及控制方式 寫出相應(yīng)控制方式的數(shù)學(xué)模型 如上面講的三種控制方式的數(shù)學(xué)模型分別為 三相單三拍 三相雙三拍 3 步進(jìn)電機(jī)的方向控制方法 以上為步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)的控制順序及數(shù)學(xué)模型 如果按上述逆順序進(jìn)行控制 則步進(jìn)電機(jī)將向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng) 三相六拍 4 4 3步進(jìn)電機(jī)與微型機(jī)的接口及程序設(shè)計(jì) 1 步進(jìn)電機(jī)與單片機(jī)的接口電路 圖4 48步進(jìn)電機(jī)與單片機(jī)接口電路之一 在圖4 48中 當(dāng)8031的P1口的某一位 如P1 0 輸出為0時(shí) 經(jīng)反相驅(qū)動(dòng)器變?yōu)楦唠娖?使達(dá)林頓管導(dǎo)通 A相繞組通電 反之 當(dāng)P1 0 1時(shí) A相不通電 由P1 1和P1 2控制的B相和C相亦然 總之 只要按一定的順序改變P1 0 P1 2三位通電的順序 則可控制步進(jìn)電機(jī)按一定的方向步進(jìn) 由于步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流較大 所以微型機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的連接都需要專門的接口及驅(qū)動(dòng)電路 接口電路可以是鎖存器 也可以是可編程接口芯片 如8255 8155等 驅(qū)動(dòng)器可用大功率復(fù)合管 也可以是專門的驅(qū)動(dòng)器光電隔離器 加在驅(qū)動(dòng)器與微型機(jī)之間 一是抗干擾 二是電隔離 其接口電路原理如圖4 48和4 49所示 0 1 4 4 3步進(jìn)電機(jī)與微型機(jī)的接口及程序設(shè)計(jì) 圖4 49步進(jìn)電機(jī)與單片機(jī)接口電路之二 圖4 49所示與圖4 48所示的區(qū)別是在單片機(jī)與驅(qū)動(dòng)器之間增加一級(jí)光電隔離 當(dāng)P1 2輸出為1時(shí) 發(fā)光二極管不發(fā)光 因此光敏三極管截止 從而使達(dá)林頓管導(dǎo)通 C相繞組通電 反之 當(dāng)P1 2 0時(shí) 經(jīng)反相后 使發(fā)光二極管發(fā)光 光敏三極管導(dǎo)通 從而使達(dá)林頓管截止 C相繞組不通電 0 0 1 0 1 1 1 0 0 現(xiàn)在 已經(jīng)生產(chǎn)出許多專門用于步進(jìn)電機(jī)或交流電機(jī)的接口器件 或接口板 用戶可根據(jù)需要選用 4 4 3步進(jìn)電機(jī)與微型機(jī)的接口及程序設(shè)計(jì) 2 步進(jìn)電機(jī)程序設(shè)計(jì) 因此 步進(jìn)電機(jī)控制程序就是完成環(huán)型分配器的任務(wù) 從而控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 達(dá)到控制轉(zhuǎn)動(dòng)角度和位移之目的 步進(jìn)電機(jī)程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是 判斷旋轉(zhuǎn)方向 按順序傳送控制脈沖 判斷所要求的控制步數(shù)是否傳送完畢 1 程序框圖以三相雙三拍為例說(shuō)明這類程序的設(shè)計(jì) 2 程序 以上程序設(shè)計(jì)方法對(duì)于節(jié)拍比較少的程序是可行的 但是 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的節(jié)拍數(shù)比較多 如三相六拍 六相十二拍等 時(shí) 用這種立即數(shù)傳送法將會(huì)使程序很長(zhǎng) 因而占用很多個(gè)存儲(chǔ)器單元 所以 對(duì)于節(jié)拍比較多的控制程序 通常采用循環(huán)程序進(jìn)行設(shè)計(jì) 3 循環(huán)程序 作法 把環(huán)型節(jié)拍的控制模型按順序存放在內(nèi)存單元中 逐一從單元中取出控制模型并輸出 節(jié)拍越多 優(yōu)越性越顯著 以三相六拍為例進(jìn)行設(shè)計(jì) 其流程圖如圖4 47所示 ROUTN2 LOOP0 LOOP2 LOOP1 4 4 4步進(jìn)電機(jī)步數(shù)及速度的確定方法 兩個(gè)重要的參數(shù) 步數(shù)N控制步進(jìn)電機(jī)的定位精度 延時(shí)時(shí)間DELAY控制其步進(jìn)的速率 1 步進(jìn)電機(jī)步數(shù)的確定步進(jìn)電機(jī)常被用來(lái)控制角度和位移 用步進(jìn)電機(jī)控制旋轉(zhuǎn)變壓器或多圈電位器的轉(zhuǎn)角 穿孔機(jī)的進(jìn)給機(jī)構(gòu) 軟盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 光電閱讀機(jī) 打印機(jī) 數(shù)控機(jī)床等也都用步進(jìn)電機(jī)精確定位 例 用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)一個(gè)10圈的多圈電位計(jì)來(lái)調(diào)整電壓 假定其調(diào)壓范圍為0 10V 現(xiàn)在需要把電壓從2V升到2 1V 此時(shí) 步進(jìn)電機(jī)的行程角度為 10V 3600 2 1V 2V XX 36 用三相三拍 步距角為3 其步數(shù)為 N 36 3 12 步 用三相六拍 步距角為1 5 其步數(shù)為 N 36 1 5 24 步 可見 改變步進(jìn)電機(jī)的控制方式 可以提高精度 在同樣的脈沖周期下 步進(jìn)電機(jī)的速率將降低 2 步進(jìn)電機(jī)控制速度的確定 所以 只要在輸出一個(gè)脈沖后 延時(shí)833 s 即可達(dá)到上述之目的 步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)是保證精度的重要參數(shù)之一 在某些場(chǎng)合 不但要求能精確定位 而且還要求在一定的時(shí)間內(nèi)到達(dá)預(yù)定的位置 這就要求控制步進(jìn)電機(jī)的速率 步進(jìn)電機(jī)速率控制的方法就是改變每個(gè)脈沖的時(shí)間間隔 也即改變延時(shí)時(shí)間 例如 在ROUND2程序中 三相六拍 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)10圈需要2秒鐘 則每步進(jìn)一步需要的時(shí)間為 4 4 5步進(jìn)電機(jī)的變速控制 多數(shù)任務(wù)都希望能盡快地達(dá)到控制終點(diǎn) 因此 要求步進(jìn)電機(jī)的速率盡可能快一些 但是 速度太快 則可能產(chǎn)生失步 一般步進(jìn)電機(jī)對(duì)空載最高啟動(dòng)頻率都有所限制 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)帶負(fù)載時(shí) 它的啟動(dòng)頻率要低于最高空載啟動(dòng)頻率 步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性可知 啟動(dòng)頻率越高 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩越小 帶負(fù)載的能力越差 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)后 進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)的工作頻率又遠(yuǎn)大于啟動(dòng)頻率 指電機(jī)空載時(shí)轉(zhuǎn)子從靜止?fàn)顟B(tài)不失步地步入同步的最大控制脈沖頻率 電機(jī)每秒鐘轉(zhuǎn)過(guò)的角度和控制脈沖頻率相對(duì)應(yīng)的工作狀態(tài) 措施 啟動(dòng)的瞬間采取加速的措施 升頻的時(shí)間約為0 1 1s之間 從高速運(yùn)行到停止也應(yīng)該有減速的措施 減速時(shí)的加速度絕對(duì)值常比加速時(shí)的加速度大 為此 引進(jìn)一種變速控制程序 以最快的速度走完所規(guī)定的步數(shù) 而又不出現(xiàn)失步 如圖4 52所示 幾種變速控制的方法 1 改變控制方式的變速控制 例如 在三相步進(jìn)電機(jī)中 啟動(dòng)或停止時(shí) 用三相六拍 大約在0 1s以后 改用三相三拍的分配方式 在快達(dá)到終點(diǎn)時(shí) 再度采用三相六拍的控制方式 以達(dá)到減速控制的目的 2 均勻地改變脈沖時(shí)間間隔的變速控制 步進(jìn)電機(jī)的加速 或減速 控制 可用均勻地改變脈沖時(shí)間間隔來(lái)實(shí)現(xiàn) 即均勻地減少 或增加 延時(shí)程序中的延時(shí)時(shí)間常數(shù) 優(yōu)點(diǎn) 由于延時(shí)的長(zhǎng)短不受限制 因此 使步進(jìn)電機(jī)的工作頻率變化范圍較寬 3 采用定時(shí)器的變速控制 將定時(shí)器初始化后 每隔一定的時(shí)間 由定時(shí)器向CPU申請(qǐng)一次中斷 CPU響應(yīng)中斷后 便發(fā)出一次控制脈沖 此時(shí) 只要均勻地改變定時(shí)器時(shí)間常數(shù) 即可達(dá)到均勻加速 或減速 的目的