基于单片机运动控制系统设计

李香飞，张晓光，张晓伟

(天津职业技术师范大学 工程实训中心，天津 300222)

0 引言

运动系统数字控制通常采用硬件和软件相结合方式，采用单片机，由C语言或汇编语言进行软件开发，通过串行或并行通信的方式实现，可直接对数控系统中电动机实现控制，因此单片机控制在计算机外围设备、数控机床和自动化生产线等领域的应用，己经成为了一种必然的趋势，也符合数字化的时代发展要求。

本设计控制系统主要介绍了硬件组成、硬件工作原理分析、主要程序设计；其利用单片机作为控制器，采用了无线技术，通过远程控制和监控步进电机运动状态，实现系统精确位置控制。

1 运动控制结构组成

控制系统硬件主要由步进电机、步进电机驱动器、51单片机、LCD显示屏、独立按键、电源六部分组成[1]。运动控制结构组成如图1所示。

图1 运动控制结构组成

1.1 控制系统驱动电路

控制系统中适用中小功率晶体管驱动小功率的步进电机，晶体管具有放大倍数大、线路简单等优点。功率较大的步进电机因其绕组所通电流较大、电压高并且具有较大的反电动势，因此小功率晶体管不再适用，需采用大功率晶体管驱动[2]。ULN2003D单片机可承载高电压、高电流，其内部电路由多列达林顿晶体管组成，控制系统驱动电路主要用于继电器驱动器、显示驱动器(LED气体放电)等驱动电路。

1.2 外部控制电路

红外遥控通信是利用红外功能实现近距离通信功能，由红外发射、接收系统组成。红外辐射源对发射系统进行调制，然后发射红外信号，接收系统利用光学装置进行红外探测接收信号，组成通信系统。

将J1跳线短接时，P3.2脚与红外输出端相连，此时开启了红外功能。当P3.2脚做别的用途时最好断开，以免影响。

1.3 控制系统整体电路

单片机控制步进电机的整体控制电路，将STC90C51单片机作为各控制核心，把驱动电路、接口电路有机结合起来形成一个完整的电路。

步进电机通过红外遥控器控制，实现正转/反转/停止/加减速/螺距设定功能。在系统工作的过程中，LCD液晶屏显示步进电机实时运行的圈数、度数、位移量、速度、螺距等参数，并且LCD指示步进电机的当前运行状态。控制系统电路图如图2所示。

图2 原理图

2 程序设计

2.1 控制系统工作过程

1)系统初始化，工作状态的初始化。

2)系统启动。液晶初始化，运行主要参数的显示。

3)红外遥控扫描。红外遥控按键功能包括停止按键、正转按键、反转按键、螺距设置按键、加速按键、减速按键。

4)步进电机驱动控制。实现电机正反停功能、调速功能、位移监测功能、螺距设定功能、红外遥控功能等[2，3]。

2.2 流程图

主程序工作流程图如图3所示。在图中简单地反映出了整个控制系统的主程序工作流程。

图3 主程序流程图

2.3 电动机正反转功能程序设计

根据步进电机正反转控制功能，设计程序如下[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 结论

以单片机作为控制器，实现对步进电机的控制。在软件设计过程中，应用STC90C51单片机作为控制器，实现对电机的启/停功能；正/反转功能；加/减速；位移检测；螺距设定、红外遥控、独立按键功能的控制。同时通过LCD液晶显示步进电机的运行参数，最终实现对控制系统的软硬件控制。

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