基于步进电机的小型风洞的风速控制系统的制作方法
【专利摘要】基于步进电机的小型风洞的风速控制系统，涉及小型风洞的风速控制领域，解决了现有采用交流电机控制小型风洞的风速存在的结构复杂、成本高及风场强度不稳定的问题，包括主控制器、与主控制器相连的步进电机驱动器、与步进电机驱动器相连的步进电机和与步进电机相连的三叶风扇；主控制器按照需要输出的风场强度的命令产生相应频率的PWM调制波发送给步进电机驱动器，步进电机驱动器根据相应频率的PWM调制波产生相应频率的电脉冲信号发送给步进电机，步进电机根据此电脉冲信号的频率按照相应的旋转速度进行旋转，同时步进电机带动三叶风扇旋转并使其产生相应强度的风场。本实用新型结构简单可靠、体积小、成本低，获得的风场强度较为稳定。
【专利说明】基于步进电机的小型风洞的风速控制系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及小型风洞的风速控制【技术领域】，具体涉及一种基于步进电机的小型风洞的风速控制系统。
【背景技术】
[0002]目前，小型风洞中的风速控制主要采用交流电机，使用交流电机调速时需要配合使用变频器，每一台交流电机和变频器之间的参数不能完全一致，使得交流电机和变频器之间的互换性较差，这将导致系统产生的风场强度极其不稳定；在产生一定强度的风场时，还需要采用风速传感器测量风场的强度并反馈给变频器，再由变频器控制交流电机，由于是对小型风洞的风速控制，体积较大的风速传感器不能放置在小型风洞中，只能放置体积较小的风速传感器，如热线式风速传感器，这就增加了安装结构的复杂性以及整个系统的成本。
实用新型内容
[0003]为了解决现有采用交流电机控制小型风洞的风速存在的结构复杂、成本高及风场强度不稳定的问题，本实用新型提供一种基于步进电机的小型风洞的风速控制系统。
[0004]本实用新型为解决技术问题所采用的技术方案如下:
[0005]基于步进电机的小型风洞的风速控制系统，包括主控制器、与所述主控制器相连的步进电机驱动器、与所述步进电机驱动器相连的步进电机和与所述步进电机相连的三叶风扇；所述主控制器按照需要输出的风场强度的命令产生相应频率的PWM调制波发送给步进电机驱动器，步进电机驱动器根据相应频率的PWM调制波产生相应频率的电脉冲信号发送给步进电机，步进电机根据此电脉冲信号的频率按照相应的旋转速度进行旋转，同时步进电机带动三叶风扇旋转并使三叶风扇产生相应强度的风场。
[0006]当所述主控制器再次接收到需要输出的风场强度的命令后，主控制器更新PWM调制波的频率发送给步进电机驱动器，步进电机按照步进电机驱动器给定的相应频率的电脉冲信号改变旋转速度继续旋转，同时步进电机带动三叶风扇旋转并使其产生相应强度的风场；当所述主控制器没有接收到需要输出的风场强度的命令时，主控制器将保持前一次的PWM调制波的频率发送给步进电机驱动器，步进电机按照步进电机驱动器给定的相应频率的电脉冲信号保持前一次的旋转速度继续旋转，同时步进电机带动三叶风扇旋转并使其产生与前一次相同强度的风场。
[0007]所述主控制器采用可编程的STM32F103RET6芯片，内部带有PWM控制器，可产生频率可变的PWM调制波。
[0008]所述步进电机驱动器采用型号为2HD8080的步进电机驱动器，最大工作电流为
6.0A，最大工作电压为32V。
[0009]所述步进电机采用型号为86BYG250-98的步进电机，步距角为1.8°，转矩为
7.5N.m,电压为24V,电流为4.0A0[0010]所述三叶风扇采用塑料材质制成。
[0011]本实用新型的有益效果是:本实用新型利用主控制器产生频率可变的PWM调制波，PWM调制波的频率非常稳定，使得步进电机驱动器输出信号的频率也非常稳定，根据步进电机的工作特点，在给定的电脉冲信号下其旋转速度非常稳定，那么其带动的三叶风扇产生的风场强度也就非常的稳定。与现有技术相比，本实用新型具有结构简单可靠、体积较小、成本低的特点，并且同型号的每一台步进电机和步进电机驱动器都可以互换，使获得的风场强度较为稳定。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型的基于步进电机的小型风洞的风速控制系统的结构示意图；
[0013]图2为图1所示的风速控制系统的控制流程示意图。
【具体实施方式】
[0014]以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
[0015]如图1所示，本实用新型的基于步进电机的小型风洞的风速控制系统，由主控制器、步进电机驱动器、步进电机和三叶风扇组成，主控制器与步进电机驱动器通过电缆线相连，步进电机驱动器与步进电机通过电缆线相连，步进电机与三叶风扇通过电缆线相连。
[0016]本实施方式中，主控制器具体采用可编程的STM32F103RET6芯片，通过对STM32F103RET6芯片进行编程进而实现其所要实现的各种功能；主控制器内部带有PWM控制器，可以产生频率可变的PWM调制波，控制步进电机驱动器产生电脉冲信号。
[0017]本实施方式中，步进电机驱动器具体采用型号为2HD8080的步进电机驱动器，最大工作电流为6.0A，最大工作电压为32V，完全可以控制步进电机按照一定的旋转速度旋转，并接收主控制器产生的PWM调制波，步进电机驱动器自身带有保护功能，防止过流烧毁步进电机。
[0018]本实施方式中，步进电机具体采用型号为86BYG250-98的步进电机，步距角为
1.8。，转矩为7.5N.m,电压为24V，电流为4.0A，用于带动三叶风扇旋转并产生相应强度的风场。
[0019]本实施方式中，三叶风扇是根据流体力学相关的定律来设计的，其采用塑料材质制成，并采用模具的方式加工，每个三叶风扇性能一致，并且具有重量轻、成本低、结构简单的特点。
[0020]如图2所示，风速控制系统上电初始化，主控制器按照需要输出的风场强度的命令产生相应频率的PWM调制波发送给步进电机驱动器，步进电机驱动器根据相应的PWM调制波的频率产生相应频率的电脉冲信号，并将电脉冲信号发送给步进电机，步进电机根据此电脉冲信号的频率按照相应的旋转速度进行旋转，同时，步进电机作为联轴器带动三叶风扇按照相应的旋转速度旋转并使三叶风扇产生相应强度的风场，由此获得需要输出的风场强度；当主控制器再次接收到需要输出的风场强度的命令后，主控制器更新PWM调制波的频率发送给步进电机驱动器，步进电机按照步进电机驱动器给定的相应频率的电脉冲信号改变旋转速度继续旋转，同时步进电机带动三叶风扇旋转并使三叶风扇产生相应强度的风场；当主控制器没有接收到需要输出的风场强度的命令时，主控制器将保持前一次的PWM调制波的频率发送给步进电机驱动器，步进电机按照步进电机驱动器给定的相应频率的电脉冲信号保持旋转速度继续旋转，同时步进电机带动三叶风扇旋转并使三叶风扇产生与前一次相同强度的风场。
[0021 ] 本实施方式中，在风速控制系统上电初始化前，将需要输出的风场强度(包括多个数值)编程到主控制器中，主控制器根据需要输出的风场强度的命令进行调用并产生相应频率的PWM调制波。
[0022]三叶风扇在不同的转速下可以产生不同强度的风场，可以通过主控制器改变PWM调制波的频率，进而改变三叶风扇的转速获得不同强度的风场。
[0023]步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或者线位移的开环控制元件，在非超载的情况下，步进电机的转速、停止的位置只取决于电脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给步进电机加一个电脉冲信号，步进电机则转过一个步距角，这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期的误差而无积累误差等特点，使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变得非常容易。
[0024]显然，上述【具体实施方式】仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。
【权利要求】
1.基于步进电机的小型风洞的风速控制系统，其特征在于，包括主控制器、与所述主控制器相连的步进电机驱动器、与所述步进电机驱动器相连的步进电机和与所述步进电机相连的三叶风扇；所述主控制器按照需要输出的风场强度的命令产生相应频率的PWM调制波发送给步进电机驱动器，步进电机驱动器根据相应频率的PWM调制波产生相应频率的电脉冲信号发送给步进电机，步进电机根据此电脉冲信号的频率按照相应的旋转速度进行旋转，同时步进电机带动三叶风扇旋转并使三叶风扇产生相应强度的风场。
2.根据权利要求1所述的基于步进电机的小型风洞的风速控制系统，其特征在于，当所述主控制器再次接收到需要输出的风场强度的命令后，主控制器更新PWM调制波的频率发送给步进电机驱动器，步进电机按照步进电机驱动器给定的相应频率的电脉冲信号改变旋转速度继续旋转，同时步进电机带动三叶风扇旋转并使其产生相应强度的风场；当所述主控制器没有接收到需要输出的风场强度的命令时，主控制器将保持前一次的PWM调制波的频率发送给步进电机驱动器，步进电机按照步进电机驱动器给定的相应频率的电脉冲信号保持前一次的旋转速度继续旋转，同时步进电机带动三叶风扇旋转并使其产生与前一次相同强度的风场。
3.根据权利要求1所述的基于步进电机的小型风洞的风速控制系统，其特征在于，所述主控制器采用可编程的STM32F103RET6芯片，内部带有PWM控制器，可产生频率可变的PWM调制波。
4.根据权利要求1所述的基于步进电机的小型风洞的风速控制系统，其特征在于，所述步进电机驱动器采用型号为2HD8080的步进电机驱动器，最大工作电流为6.0A，最大工作电压为32V。
5.根据权利要求1所述的基于步进电机的小型风洞的风速控制系统，其特征在于，所述步进电机采用型号为86BYG250-98的步进电机，步距角为1.8°，转矩为7.5N.m，电压为24V,电流为4.0A0
6.根据权利要求1所述的基于步进电机的小型风洞的风速控制系统，其特征在于，所述三叶风扇采用塑料材质制成。
【文档编号】F04D27/00GK203476761SQ201320532866
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年8月29日 优先权日:2013年8月29日
【发明者】王昆鹏, 宋君瑞, 王建强 申请人:长春气象仪器研究所有限责任公司