基于步进电机驱动的自动生产线传输控制系统设计

王喜柱

（晋中职业技术学院，山西 晋中 030600）

0 引 言

目前，电机驱动控制技术已经在自动化领域得到了广泛应用，为国民经济的快速增长发挥了重要作用[1]。随着现代高新技术的发展，特别是电子集成、电路应用、电力部件、电子自动化等的高速发展，电机驱动控制技术在现实社会中的应用已经从过去简单的操控仪器转动转变为一种高速快捷的动力应用，进而实现电厂设施对速度、加速度、位移等方面的精准控制，使得驱动的机械仪器能够准确、快速完成工作[2]。在步进电机实际工作时，如果脉冲打进步进电机驱动器，步进电机就会驱动电力设施转移固定的角。

1 步进电机驱动的自动生产线传输控制系统硬件设计

1.1 电源模块

测试所需装备对驱动压力有较高要求，所以电源模块尤为重要。在最大承载状态下，测试装备仪器需要同时驱动20个电机，驱动压力为45 V，每个机器的耗电量都极为庞大，所以总功率要在483 W及以上。通常会采用大功率电源和数路开关总压芯片，减少电力负担[3]。本文选择的电源开关的主要指数标准为38O W、54 V，对于最大承载量来说，刚好能够满足实际需要，进而降低电源开关的损耗，提高其使用寿命。开关总压芯片主要采取LM2556-DAJ系统，芯片的调整范围为1.33～34 V，输出电流电路最高可达8 A。对电源模块的框架来讲，用一个ML2176的开关总压芯片是不可能满足需要的7 A电路，所以实验会设置三组ML2176的输出电流，其中一组专门为单片机电路供电。

1.2 步进电机驱动模块

驱动模块能够直接连接系统，同时驱动电机推动单一模块的控制发动。实验中采取了双极驱动内芯。这是一款能够忍受高压状态并符合大容量电流要求的双导向内芯，工作电压可达4 A，具备一定的温度过高保护切断装备功能，意味着1块L2028N就可以驱动两组步进电机。图1为L2028N的功能框架图。为了符合制造商既可以驱动单极电路又能驱动双极电路的极高标准，除了采取L2028N来驱动双流电路外，还增辟一个OSNM性质的压力管，使二极管可以组成小组续流电路。四片步进电机应该具备六根引线，处于单极驱动工作状态时，OSNM压力管的Q1和Q2会联合通路，使得小组电路接通公共电压；而处在双极驱动工作状态时，小组公共电压不能连通电路或者截止Q1、Q2。

图1 L2028N的电路图

1.3 按键及液晶显示模块

键盘的检查是通过读取电路信号来实现的。为了减轻增加电路负担，可以采取液晶模块HO12032-29。这种模块的核心部分主要是中码显示控制器ST0920，所以实验中面对单机液晶编程时，可以适当以ST092O作为参考资料。ST092O同时满足串联和并联的条件，因此为了节省接口空间，通常实行串联和并联相结合的方式。

1.4 单片机控制模块

单片机控制模块是中心单元控制系统的重要组成部分。利用高标准的AVR单片机Atgame16L，通过Atgame16L的DA接口可以对电源、电压进行检查，利用通用数字KIOY接口可以进行键钮检测。控制显示液晶模拟模块、电路驱动控制模块在切换电路时安排顺序。Atgame16L是AVR单机的Mega系列产品中比较经典的一款单机。它采用精英指令集合，具备IPSIM/zMH（每秒百万条指令/兆赫兹）的高速分析能力，采用Haryvard总结构独自完成寻找地址存储器、数据存储器、模拟操纵器等功能。CPU在执行指令时，自动将要执行的指令摘录放入寄送器，成功避免了经典的MCS01系列单机中指令周期频繁出现的问题，基本上全部指令限制在1～2个周期就可以结束。采用98个工作寄放器形成高速、便利存进寄放器系统，以此替代传统的增加器，有效解决了增加器和存放器之间信息输送过慢问题。采用COSM使之具备休眠功能，有效降低了电力功耗。支持HIsP（hiSystemProgram）编程，其中Mega系列组合电路具备了AJTG（JnintTestActionGroup）、仿真功能。这项技术在支持编程外，还支持Basic、C等高级编程，极大便利了AVR单片机的开发。

2 步进电机驱动的自动生产线传输控制系统软件设计

2.1 Atmega16L开发环境

ATmegal6L单片机具备JGTA调试端口，且支持C语言，所以开发便捷。ARSVtudio（是Atmel公司推出的专利）作为开发AVR组合单片机的集成电路，集成了汇编、编译、模拟、仿真和下载编程等功能，还支持源代码高级调试，能与TKs500、AvRSP、GICJTAE等仿真编程软件配合。在支持CVCAR等多方工具的基础上（CVCAR是Craftmage公司推出的一个专门针对AVR组合单机的G编译器），该编译器具有环境单纯、编码效率高等优点。GICEJTA主要在AVRStudio、单机的AJTG接口之间起协同转换作用，价格比MCS81要低得多。用户在VRICCA中编写、编译程序代码时，程序会自动生成后缀为FCO的文件，之后在AVRStudio中打开文件。

2.2 转动调控

步进电机驱动控制系统有散射形脉冲和多射脉冲频率，通过单机编程来实现。实际编程代码时，将设置一个序列数组{Psu1eCode=8}和序列指针PtrPulse。序列数组中安置各个序列下的对应信号，分别有NL298的N1～N4。如果处在10进制磁方方位时，序列指针会严格遵守0-1-2-3-4-5-6-7-8-0的顺序转换。1进制磁方方位时，序列指针会严格遵守0-2-4-6-8-0的顺序转换。0进制磁方方位时，序列指针会严格遵守1-3-5-7-1的顺序转换。上述情况的转换是在1进位制中断服务过程中进行的，因而1的中断已经是另外一种形式的脉冲。

2.3 测试模拟

步进电机驱动自动生产传输系统的测试流程重点是精准控制步进电机的转换频率、延时操作等。定位Atmegal6L的18位定时器在1工作状态时开启，在快速KO模式时，使OMBOTT数值递减到最大周，之后马上重启至OMBOTT重新开始。OMBOTT数值为0时，TOP数值可从RIC或RIocA两者之间选择，区别在于TOP峰值的下载和更新不一样。为了保证不丢失数据模拟匹配结果，CRI在重启时要保证计数值远远小于TOP峰值，否则加速器P将一直计数到650 035。为保证本文提出的方法具备有效性，进行模拟论证实验，实验论证将采取相同生产线论证。为保证实验的严谨性，应采用传统传输方法，即每完成一条生产线后进行产品传输作为实验论证对比，统计产品运输和出品速度行。实验论证结果曲线，如图2所示。

图2 实验结果论证曲线

3 实验结果及其分析

实际结果证明，步进电机驱动的各项指标均达到了设计要求，同时能保持长时间的工作状态，稳定操作页面。利用程序语言编写代码，低廉的AJTG调控器进行源代码调整，使步进电机驱动技术加持的自动生产线传输控制系统极大地节省了成本，提高了整体的生产力。

4 结 论

本文通过对硬件设计中的电源模块步进电机驱动模块、按键及液晶显示模块、单片机控制模块进行设计，来实现步进电机驱动在自动生产线传输控制系统的应用。软件设计中，通过对Atmega16L开发环境、转动调控的进一步整合，实现了对自动生产线传输控制系统的优化。实验论证表明，设计的优化方法具备极高的应用价值，能够为基于步进电机驱动的自动生产线传输控制系统设计提供借鉴。