基于單片機運動控制系統設計

李香飛，張曉光，張曉偉

(天津職業技術師范大學 工程實訓中心，天津 300222)

0 引言

運動系統數字控制通常采用硬件和軟件相結合方式，采用單片機，由C語言或匯編語言進行軟件開發，通過串行或并行通信的方式實現，可直接對數控系統中電動機實現控制，因此單片機控制在計算機外圍設備、數控機床和自動化生產線等領域的應用，己經成為了一種必然的趨勢，也符合數字化的時代發展要求。

本設計控制系統主要介紹了硬件組成、硬件工作原理分析、主要程序設計；其利用單片機作為控制器，采用了無線技術，通過遠程控制和監控步進電機運動狀態，實現系統精確位置控制。

1 運動控制結構組成

控制系統硬件主要由步進電機、步進電機驅動器、51單片機、LCD顯示屏、獨立按鍵、電源六部分組成[1]。運動控制結構組成如圖1所示。

圖1 運動控制結構組成

1.1 控制系統驅動電路

控制系統中適用中小功率晶體管驅動小功率的步進電機，晶體管具有放大倍數大、線路簡單等優點。功率較大的步進電機因其繞組所通電流較大、電壓高并且具有較大的反電動勢，因此小功率晶體管不再適用，需采用大功率晶體管驅動[2]。ULN2003D單片機可承載高電壓、高電流，其內部電路由多列達林頓晶體管組成，控制系統驅動電路主要用于繼電器驅動器、顯示驅動器(LED氣體放電)等驅動電路。

1.2 外部控制電路

紅外遙控通信是利用紅外功能實現近距離通信功能，由紅外發射、接收系統組成。紅外輻射源對發射系統進行調制，然后發射紅外信號，接收系統利用光學裝置進行紅外探測接收信號，組成通信系統。

將J1跳線短接時，P3.2腳與紅外輸出端相連，此時開啟了紅外功能。當P3.2腳做別的用途時最好斷開，以免影響。

1.3 控制系統整體電路

單片機控制步進電機的整體控制電路，將STC90C51單片機作為各控制核心，把驅動電路、接口電路有機結合起來形成一個完整的電路。

步進電機通過紅外遙控器控制，實現正轉/反轉/停止/加減速/螺距設定功能。在系統工作的過程中，LCD液晶屏顯示步進電機實時運行的圈數、度數、位移量、速度、螺距等參數，并且LCD指示步進電機的當前運行狀態。控制系統電路圖如圖2所示。

圖2 原理圖

2 程序設計

2.1 控制系統工作過程

1)系統初始化，工作狀態的初始化。

2)系統啟動。液晶初始化，運行主要參數的顯示。

3)紅外遙控掃描。紅外遙控按鍵功能包括停止按鍵、正轉按鍵、反轉按鍵、螺距設置按鍵、加速按鍵、減速按鍵。

4)步進電機驅動控制。實現電機正反停功能、調速功能、位移監測功能、螺距設定功能、紅外遙控功能等[2，3]。

2.2 流程圖

主程序工作流程圖如圖3所示。在圖中簡單地反映出了整個控制系統的主程序工作流程。

圖3 主程序流程圖

2.3 電動機正反轉功能程序設計

根據步進電機正反轉控制功能，設計程序如下[4-5]：

#include

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

#define delayNOP(); {_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();};

sbit key1=P3^0;

sbit key2=P3^1;

sbit key3=P3^2;

sbit key4=P3^3;

sbit key5=P3^7;

sbit key6=P3^5;

sbit key7=P3^6;

sbit lcden=P2^7;

sbit lcdrs=P2^6;

sbit lcdrw=P2^5;

void write_com(unsigned char com);

void delay2();

uchar IRCOM[7];

unsigned char code FFW[8]={0xfe,0xfc,0xfd,0xf9,0xfb,0xf3,0xf7,0xf6};

unsigned char code FFZ[8]={0xf6,0xf7,0xf3,0xfb,0xf9,0xfd,0xfc,0xfe};

unsigned char code disp1[]={"forward"};

unsigned char code disp2[]={"reverse"};

unsigned char code disp3[]={"stop"};

void motor_ffw()

{unsigned char i;

for (i=0; i<8; i++)

{if(K==1)

{P1=FFW[i]&0x1f;

n++;}

if(K==2)

{P1=FFZ[i]&0x1f;

n++;}} }

3 結論

以單片機作為控制器，實現對步進電機的控制。在軟件設計過程中，應用STC90C51單片機作為控制器，實現對電機的啟/停功能；正/反轉功能；加/減速；位移檢測；螺距設定、紅外遙控、獨立按鍵功能的控制。同時通過LCD液晶顯示步進電機的運行參數，最終實現對控制系統的軟硬件控制。

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