基于STM32的步进电机控制器设计

南京科技职业学院 牛宗超 王 运 徐 森 钱丹浩

基于STM32的步进电机控制器设计

南京科技职业学院 牛宗超 王 运 徐 森 钱丹浩

本文设计了以STM32为核心的步进电机控制系统，通过4.3寸触摸屏控制信号对57型号步进电机进行细分控制，系统运行时可随时改变步进电机的运行方式，包括转动方向、转动速率及转矩数，达到精准实时控制步进电机的目的。

STM32；步进电机；蠕动泵

1 引言

目前步进电机控制技术的研究取得了极大的发展，我们研制了一种基于STM32的步进电机控制器。其主要功能是实现针对微生物实验中对流体的单独输送和计量进行高效控制。

2 控制工作原理分析

本系统采用“STM32控制器+电机驱动器+触摸屏”的方案，从硬件连接和软件开发两个方面来实现对步进电机的精确控制。整个控制系统以运动控制器为核心，连接触摸屏构成可视化的人机操作界面，操作者在触摸屏上的操作即可实现对整个步进电机的控制。通过软件编程使STM32内部定时器产生脉冲作为控制信号。通过改变控制信号的频率、正负电平，进而控制步进电机的转速、转向等，脉冲信号决定了步进电机的启动、停止以及转向。控制系统结构框图如图1所示。

图1 控制系统结构框图

3 硬件电路设计

该步进电机控制系统主要是以运动控制器和触摸屏为核心，通过在触摸屏上的操作完成对整个蠕动泵的操作，系统硬件电路总体上可分为控制和驱动两大部分。控制部分主要完成控制信号的输入、控制脉冲的输出及状态显示；驱动部分主要实现控制部分对步进电机的控制。由图1可知，系统硬件具体包括STM32F103芯片、THB6128驱动模块、触摸屏、两相混合式步进电机五部分，硬件电路外围元件少、集成度高。

3.1 控制电路设计

控制电路设计主要包括控制器的选择及相关外围电路的设计，既要保证输入信号得到及时、准确处理又要保证控制脉冲、液晶控制信号及时、准确输出。控制器选用高性能STM32芯片，它具有以下优点：基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核。

3.2 驱动电路设计

步进电机驱动本质是将逻辑电平变换为电机绕组需要的具有一定功率的电流信号。本系统选用的THB6128是东芝公司生产的高细分两相混合式步进电机驱动专用芯片，其内置1通道 P W M电流控制步进电机驱动电路，通过拨码开关SW3 对THB6128的M1、M2、M3引脚实现细分设定，由STM32输出控制信号，设计出高性能、多细分的驱动电路，适合驱动57系列步进电机。其硬件连接电路图如图 2所示。

图2 硬件连接电路图

4 触摸屏界面设计

系统采用大彩公司生产的触摸屏,其自带的组态软件简单易学。系统中STM32控制器与触摸屏之间采用串口协议进行通讯，波特率为

9600，控制触摸屏的接口界面如图3所示。

图3 触摸屏界面图

5 系统软件设计

系统软件总体结构模块化，系统软件主要包括以下程序模块：初始化模块，调速模块，触摸屏显示模块。该步进电机控制系统的主程序是整个控制系统软的核心，程序编写采用硬件定时器中断和查询相结合方法调用相关服务程序，控制脉冲输出的中断优先级设置为最高，中断服务程序代码尽可能少。控制系统启动后，首先执行初始化程序，进入主循环后，查询指令队列程序的结果，操作者在触摸屏上的操作作为触发条件会触发主程序中的功能模块，调用相关的子程序，从而完成各项功能。控制系统软件主程序流程简图如图4所示。

图4 步进电机控制系统主程序流程简图

6 结束语

系统以触摸屏输入的方式决定步进电机的开始、停止、正反转，控制步进电机的速度和方向。通过对THB6128进行细分控制,采用脉宽调制（PWM）技术方式驱动步进电机，提高步进电机运行时的稳定性，减少振荡和噪声。整个系统控制方法简易切实可行，控制器结构简单、集成度高、性能良好、成本低、具有很好的实用性和推广价值。

[1]陈安斌.蠕动泵控制软件的设计及应用[J].实验科学与技术,2010(12).

[2]王冬冬.一种新型蠕动泵在颗粒制剂生产中的应用[J].机电信息,2014(17).

[3]王磊.水质总磷监测蠕动泵步进电机精准控制策略[J].微电机,2014(7).

[4]周人,何衍庆.流量测量和控制实用手册[M].北京:化学工业出版社,2013.

[5]陈富安.基于ATmega8L单片机的蠕动泵步进电机控制器研制[J].机电工程技术,2011(11).

[6]许金.ARM处理器的蠕动泵步进电机细分驱动系统[J].单片机与嵌入式应用,2015(9).

[7]库少平.基于STM32F10x和MDK的步进电机控制系统设计[J].武汉理工大学学报,2009(2).

[8]马祥.用于蠕动泵的步进电机控制系统的研制[J].机电一体化,2008(7).

牛宗超（1980—），男，硕士研究生，讲师，研究方向：电子技术。

2014年度院级课题项目“基于M051的流体输送转移计量器的研究”（课题编号：NHKY-2014-14）；2016年度江苏高校品牌专业建设工程资助项目“涂料自动涂布仪设计”（课题编号：PPZY2015B179）。