专利名称：步进电机无线控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种机械运动控制系统，特别涉及一种步进电机无线控制系统。
背景技术：
步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化 控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日倶增，在各个国民经 济领域都有应用。譬如车床就是由步进电机通过丝杠螺母机构来控制刀架沿导轨直线运动 的。目前这种控制多数是有线控制的，在一些含有大量微尘，或是对人体有害气体的环境需 要远距离控制的场合下，需要无线控制方案。
发明内容本实用新型是针对现在有线控制的不足问题，提出了一种步进电机无线控制系 统，实现无线控制，适用于精密运动控制领域。 本实用新型的技术方案为一种步进电机无线控制系统，包括PC机、控制器、步进 电机驱动器，其特征在于，还包括USB接口和天线，PC机通过USB接口与控制器通讯，控制 器发送信号通过天线送出，控制器接收信号给步进电机驱动器驱动步进电机动作。 所述控制器采用32引脚的QFN封装芯片NRF9E5 ，芯片NRF9E5通过PL-2303HX芯 片连接到USB接口，芯片NRF9E5的1，2引脚和PL-2303HX芯片的RXD， TXD引脚连接。 本实用新型的有益效果在于本实用新型步进电机无线控制系统，通过控制器的 发射和接收功能达到信号的无线传输，并且控制器向上可通过USB接口与上位机通讯，实 现无线控制，适用于精密运动控制领域。
图1为本实用新型步进电机无线控制系统结构示意图； 图2为本实用新型步进电机无线控制系统电路图； 图3为本实用新型步进电机无线控制系统VB界面示意图。
具体实施方式如图1所示步进电机无线控制系统结构示意图，步进电机无线控制系统包括PC 机、USB接口 、控制器、天线和步进电机驱动器，PC机通过USB接口与控制器通讯，控制器发 送信号通过天线送出，控制器接收信号给步进电机驱动器驱动步进电机动作。 如图2所示电路图，本系统控制器采用真正的系统级芯片NRF9E5，为32引脚的 QFN封装(5mm*5mm)价格适中，体积小，功耗低。芯片1，2引脚为PO. 1和PO. 2和RXD， TXD 复用引脚。通过PL-2303HX芯片连接到USB接口 ，此为上位机和NRF9E5相连的串行口 ，用 于和PC的通信。7(P0. 5) ，8(P0. 6) ，9(P0. 7)引脚分别和驱动器的DIR， EN， PUL 口相连，分 别为驱动器提供方向，使能和脉冲信号。从而控制电机的起停，方向和转速。14，15引脚外接16MHZ晶振。20，21引脚与天线回路相连，为本系统的核心部件，用于控制命令的无线收 发。 将传统的串口 COM 口改进为目前流行的USB2. 0接口 一般的单片机和上位机PC 进行串口通信使用的是COM 口，但是近年来发展起来的USB接口具有传输速度快，使用方 便，支持热插拔，连接灵活，独立供电等优点，是以后的发展主流接口 ，并且现在所有的电脑 都有USB接口 ，因此我们使用USB接口代替COM 口 。首先，我们选择PL-2303HX这种转换芯 片进行COM 口到USB接口的转换。PL-2303HX支持RS232串行接口 ，而且是全双工的，并且 转换后的USB标准时USB2. 0这样就具有极快的收发速度。NRF9E5因为只有32根引脚，因 此很多端口都是复用的。RXD，TXD就分别和PO. 1和PO. 2复用。如图一所示PL-2303HX的 TXD，RXD 口分别和PO. l，PO. 2相连接，DM，DP 口分别和USB的D_， D+ 口相连，这样串行口就 可以由USB接口替代了。 系统控制界面的改进一般的控制系统经常采用开关按键的形式，本系统在此 基础上进行了改进，以求操作更简单和人性化。上位机使用Visual Basic程序编写了 Windows操作界面，如图3所示。 本上位机界面使用了一个MSComm控件，六个Command按钮用来进行相应的控制。 当点击相应的按钮时，上位机会通过串口发出相应的字符，下位机接收后进行判断，然后做 出相应的动作。 通过MSComml. Settings =〃 9600，N，8，l"设置波特率为9600，无奇偶校检位，8 位数据位，一位停止位。VB主要程序程序如下所示Private Sub Commandl—Click0MSComml. Output = 〃 0〃 〃开始命令，End SubPrivate Sub Command2—Click0MSComml. Output = 〃 1 〃 〃正转命令End SubPrivate Sub Command6—Click0MSComml. Output = " 5" 〃停止命令End SubPrivate Sub Form—Load()MSComml. CommPort = 3〃设置为串口 3MSComml. Settings =〃 9600，N，8，1" //波特率设置MSComml. InputLen = 1〃控件读入整个缓冲区MSComm 1. RThreshold = 1MSComml. PortOpen = True〃打开串口End Sub无线传输部分NRF9E5自带NRF905无线收发器ShockBurst，M模式下(自动前处理前缀，地址和CRC)，最大程度的抑制了噪声。数据的传输主要通过编程实现，下面通过 程序详细讲解传输过程[0034] unsigned char SpiReadWrite (unsigned char b)〃自定义的SPI读写函数 { EXIF& = 0x20 ; 〃清除SPI中断为后面的读写 作准备 SPI_DATA = b ; 〃将数据送到SPI_DATA while ((EXIF&0x20) == 0x00) 〃判断SPI中断标志位是否为 1，是，则发送完成，否，则等待 ; return SPI_DATA ; } void Tra固itPacket (unsigned char b) 〃发送函数；RACSN由低至搞完成 —次SPI读写 { RACSN = 0 ; SpiReadWrite(WTP) ; //写发送数据指令 SpiReadWrite(b) ; 〃b为要发送的数据 RACSN = 1 ; TRX_CE = 1 ; 〃使能收发器 Delay400us(3); 〃延时以便数据发送完成 TRX_CE = 0 ; 〃禁止收发器 } void Transmitter(void) { TXEN = 1 ; 〃将收发器设置为发送模式 for(;;) { TransmitPacket(a);〃调用发送函数 return; 〃退出发送 } } void Init(void) { unsigned char tmp ; unsigned char cklf 5 P0_ALT = 0x00 ; 〃将P0设置为普通的I/O 口 P0_DIR = OxFF ; 〃配置P0 口为输入 SPICLK = 0 ; 〃SPI时钟设置为最大 SPI_CTRL = 0x02 ; 〃SPI与RF寄存器相连 RACSN = 0 ;[0073] SpiReadWrite(WRC|0x03); 〃写发送数据指令 SpiReadWrite(0x01); 〃设置接收数据位为一位 SpiReadWrite(0x01); 〃设置发送数据位为一位 RACSN = 1 ; RACSN = 0 ; SpiReadWrite (RRC 10x01); 〃读取RF寄存器的第二个字节 指令 tmp = SpiReadWrite (0)&0xfl ;〃将读取到的数据与fl相与 RACSN = 1 ; RACSN = 0 ; SpiReadWrite (WRC | 0x01); 〃写RF寄存器第二个字节指令 SpiReadWrite (tmp | (POWER < < 2) | (HFREQ < < 1));〃将发射功率设置为
10dB，天线波段为433MHZ RACSN = 1 ; 接收端和发送端程序基本相同，原理一样，在此不再赘述。 步进电机的控制程序按照图1所示电路原理图正确搭建电路板后，还需要编写 运动控制程序。上位机通过串口发送命令到下位机，下位机接收命令控制步进电机启动、停 止、加速、减速和正反转。 下位机(NRF9E5)利用定时器TMER1产生方波脉冲作为步进机电机的脉冲激励信 号。脉冲频率在1000 2000Hz之间。通过改变脉冲的频率可实现i^一级变速。步进电 机的步距角为1. 8度，在1秒中内连续发送200个脉冲可使转速达到1转/秒(60转/分 钟)。 脉冲产生器(TMER1)的计数值决定脉冲的频率，进而也就决定了步进电机的速 度。系统启动后默认的频率是1500HZ，用户可以通过编程设置合适或需要的启动后的频率。 脉冲信号由PUSLE输出。电机转向由DIR决定，DIR = 0时步进机正转，DIR = 1时反转。 电机启动/停止由EN决定，EN = 0停止状态，EN = 1时启动。 根据上述关键参数即可利用Keil-C51对NRF9E5进行编程。程序编译通过生成 Hex目标文件后还需要进入DOS然后通过芯片自带的EEPREP转换芯片将KeiL_C51生成的 HEX文件转换成NRF9E5所能识别的HEX文件，再利用编程器将程序烧写到NRF9E5自带的 EEROM中。再按照图3所示，将控制器与步进电机正确连接即可实现运动控制功能。 几点说明 (1)为了保证控制指令的正确传递，下位机与上位机必须采用一致的通信参数。在 本系统中，采用业界通用的"9600，N，8，1"格式。即9600波特率，无奇偶校验位，8位数据 位，l位停止位。 (2)相关寄存器设置如下TH1 = 0xE6 ;〃在外接晶振为16MH且T1M = 1和SMOD = 1设置波特率为9600 CKCONl = 0x30 ;〃设置T1M = 1， PCON = 0x80 ;〃设置SMOD = 1 SCON = 0x52 ;〃模式1 八位数据位， 一位起始位， 一位停止位[0098] TM0D = 0x20 ; 〃定时器1 8位自动加载 TR1 = 1 ; P0_ALT = 0x86 ;〃P0 口功能复用PO_DIR = 0x02 ;〃使PO. 1 (RXD)成为输入 (3)下位机利用开关语句读取控制指令，进而改变PULSE， ENA和DIR信号。控制 指令读取示例如下 本系统为无线传输，故控制命令的传输分为两部分 发送端 while (1) { while(RI==0) ; RI = 0 ; a = SBUF; I Transmitter();〃将收到的命令发送 } 接收端 for(;;) { c = ReceivePacket();〃接收 P0_ALT = 0x80 ; 〃将P(T 7 口复用为P丽波输出口 po_DIR = 0x00 ;〃将P0 口配置成输出 P丽DUTY = 0x7B ; 〃设置P丽的占空比为50 % if(c==48) { Delay400us(2); P丽CON = 0xE9 ;〃判断后做出相应的动作 EN = 1 ; } else if (c == 53) { Delay400us(2); EN = 0 ; }
权利要求一种步进电机无线控制系统，包括PC机、控制器、步进电机驱动器，其特征在于，还包括USB接口和天线，PC机通过USB接口与控制器通讯，控制器发送信号通过天线送出，控制器接收信号给步进电机驱动器驱动步进电机动作。
2. 根据权利要求1所述步进电机无线控制系统，其特征在于，所述控制器采用32引脚的QFN封装芯片NRF9E5，芯片NRF9E5通过PL-2303HX芯片连接到USB接口 ，芯片NRF9E5的[1，2引脚禾口 PL-2303HX芯片的RXD， TXD引脚连接。
专利摘要本实用新型涉及一种步进电机无线控制系统，通过控制器的发射和接收功能达到信号的无线传输，并且控制器向上可通过USB接口与上位机通讯，实现无线控制，适用于精密运动控制领域。
文档编号H02P8/04GK201515344SQ200920076810
公开日2010年6月23日 申请日期2009年6月23日 优先权日2009年6月23日
发明者孙玉国, 杜明唐, 王鹏 申请人:上海理工大学