基于步進電機驅動的自動生產線傳輸控制系統設計

王喜柱

（晉中職業技術學院，山西 晉中 030600）

0 引 言

目前，電機驅動控制技術已經在自動化領域得到了廣泛應用，為國民經濟的快速增長發揮了重要作用[1]。隨著現代高新技術的發展，特別是電子集成、電路應用、電力部件、電子自動化等的高速發展，電機驅動控制技術在現實社會中的應用已經從過去簡單的操控儀器轉動轉變為一種高速快捷的動力應用，進而實現電廠設施對速度、加速度、位移等方面的精準控制，使得驅動的機械儀器能夠準確、快速完成工作[2]。在步進電機實際工作時，如果脈沖打進步進電機驅動器，步進電機就會驅動電力設施轉移固定的角。

1 步進電機驅動的自動生產線傳輸控制系統硬件設計

1.1 電源模塊

測試所需裝備對驅動壓力有較高要求，所以電源模塊尤為重要。在最大承載狀態下，測試裝備儀器需要同時驅動20個電機，驅動壓力為45 V，每個機器的耗電量都極為龐大，所以總功率要在483 W及以上。通常會采用大功率電源和數路開關總壓芯片，減少電力負擔[3]。本文選擇的電源開關的主要指數標準為38O W、54 V，對于最大承載量來說，剛好能夠滿足實際需要，進而降低電源開關的損耗，提高其使用壽命。開關總壓芯片主要采取LM2556-DAJ系統，芯片的調整范圍為1.33～34 V，輸出電流電路最高可達8 A。對電源模塊的框架來講，用一個ML2176的開關總壓芯片是不可能滿足需要的7 A電路，所以實驗會設置三組ML2176的輸出電流，其中一組專門為單片機電路供電。

1.2 步進電機驅動模塊

驅動模塊能夠直接連接系統，同時驅動電機推動單一模塊的控制發動。實驗中采取了雙極驅動內芯。這是一款能夠忍受高壓狀態并符合大容量電流要求的雙導向內芯，工作電壓可達4 A，具備一定的溫度過高保護切斷裝備功能，意味著1塊L2028N就可以驅動兩組步進電機。圖1為L2028N的功能框架圖。為了符合制造商既可以驅動單極電路又能驅動雙極電路的極高標準，除了采取L2028N來驅動雙流電路外，還增辟一個OSNM性質的壓力管，使二極管可以組成小組續流電路。四片步進電機應該具備六根引線，處于單極驅動工作狀態時，OSNM壓力管的Q1和Q2會聯合通路，使得小組電路接通公共電壓；而處在雙極驅動工作狀態時，小組公共電壓不能連通電路或者截止Q1、Q2。

圖1 L2028N的電路圖

1.3 按鍵及液晶顯示模塊

鍵盤的檢查是通過讀取電路信號來實現的。為了減輕增加電路負擔，可以采取液晶模塊HO12032-29。這種模塊的核心部分主要是中碼顯示控制器ST0920，所以實驗中面對單機液晶編程時，可以適當以ST092O作為參考資料。ST092O同時滿足串聯和并聯的條件，因此為了節省接口空間，通常實行串聯和并聯相結合的方式。

1.4 單片機控制模塊

單片機控制模塊是中心單元控制系統的重要組成部分。利用高標準的AVR單片機Atgame16L，通過Atgame16L的DA接口可以對電源、電壓進行檢查，利用通用數字KIOY接口可以進行鍵鈕檢測。控制顯示液晶模擬模塊、電路驅動控制模塊在切換電路時安排順序。Atgame16L是AVR單機的Mega系列產品中比較經典的一款單機。它采用精英指令集合，具備IPSIM/zMH（每秒百萬條指令/兆赫茲）的高速分析能力，采用Haryvard總結構獨自完成尋找地址存儲器、數據存儲器、模擬操縱器等功能。CPU在執行指令時，自動將要執行的指令摘錄放入寄送器，成功避免了經典的MCS01系列單機中指令周期頻繁出現的問題，基本上全部指令限制在1～2個周期就可以結束。采用98個工作寄放器形成高速、便利存進寄放器系統，以此替代傳統的增加器，有效解決了增加器和存放器之間信息輸送過慢問題。采用COSM使之具備休眠功能，有效降低了電力功耗。支持HIsP（hiSystemProgram）編程，其中Mega系列組合電路具備了AJTG（JnintTestActionGroup）、仿真功能。這項技術在支持編程外，還支持Basic、C等高級編程，極大便利了AVR單片機的開發。

2 步進電機驅動的自動生產線傳輸控制系統軟件設計

2.1 Atmega16L開發環境

ATmegal6L單片機具備JGTA調試端口，且支持C語言，所以開發便捷。ARSVtudio（是Atmel公司推出的專利）作為開發AVR組合單片機的集成電路，集成了匯編、編譯、模擬、仿真和下載編程等功能，還支持源代碼高級調試，能與TKs500、AvRSP、GICJTAE等仿真編程軟件配合。在支持CVCAR等多方工具的基礎上（CVCAR是Craftmage公司推出的一個專門針對AVR組合單機的G編譯器），該編譯器具有環境單純、編碼效率高等優點。GICEJTA主要在AVRStudio、單機的AJTG接口之間起協同轉換作用，價格比MCS81要低得多。用戶在VRICCA中編寫、編譯程序代碼時，程序會自動生成后綴為FCO的文件，之后在AVRStudio中打開文件。

2.2 轉動調控

步進電機驅動控制系統有散射形脈沖和多射脈沖頻率，通過單機編程來實現。實際編程代碼時，將設置一個序列數組{Psu1eCode=8}和序列指針PtrPulse。序列數組中安置各個序列下的對應信號，分別有NL298的N1～N4。如果處在10進制磁方方位時，序列指針會嚴格遵守0-1-2-3-4-5-6-7-8-0的順序轉換。1進制磁方方位時，序列指針會嚴格遵守0-2-4-6-8-0的順序轉換。0進制磁方方位時，序列指針會嚴格遵守1-3-5-7-1的順序轉換。上述情況的轉換是在1進位制中斷服務過程中進行的，因而1的中斷已經是另外一種形式的脈沖。

2.3 測試模擬

步進電機驅動自動生產傳輸系統的測試流程重點是精準控制步進電機的轉換頻率、延時操作等。定位Atmegal6L的18位定時器在1工作狀態時開啟，在快速KO模式時，使OMBOTT數值遞減到最大周，之后馬上重啟至OMBOTT重新開始。OMBOTT數值為0時，TOP數值可從RIC或RIocA兩者之間選擇，區別在于TOP峰值的下載和更新不一樣。為了保證不丟失數據模擬匹配結果，CRI在重啟時要保證計數值遠遠小于TOP峰值，否則加速器P將一直計數到650 035。為保證本文提出的方法具備有效性，進行模擬論證實驗，實驗論證將采取相同生產線論證。為保證實驗的嚴謹性，應采用傳統傳輸方法，即每完成一條生產線后進行產品傳輸作為實驗論證對比，統計產品運輸和出品速度行。實驗論證結果曲線，如圖2所示。

圖2 實驗結果論證曲線

3 實驗結果及其分析

實際結果證明，步進電機驅動的各項指標均達到了設計要求，同時能保持長時間的工作狀態，穩定操作頁面。利用程序語言編寫代碼，低廉的AJTG調控器進行源代碼調整，使步進電機驅動技術加持的自動生產線傳輸控制系統極大地節省了成本，提高了整體的生產力。

4 結 論

本文通過對硬件設計中的電源模塊步進電機驅動模塊、按鍵及液晶顯示模塊、單片機控制模塊進行設計，來實現步進電機驅動在自動生產線傳輸控制系統的應用。軟件設計中，通過對Atmega16L開發環境、轉動調控的進一步整合，實現了對自動生產線傳輸控制系統的優化。實驗論證表明，設計的優化方法具備極高的應用價值，能夠為基于步進電機驅動的自動生產線傳輸控制系統設計提供借鑒。