步进电机控制系统的制作方法

本发明涉及一种步进电机控制系统。

背景技术：

目前，上世纪80年代以后，由于微型计算机以多功能的姿态出现，步进电动机的控制方式变得更加灵活多样。原来的步进电机控制系统采用分立元件的控制回路，或者集成电路，不仅调试安装复杂，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改变控制方案就一定要重新设计电路，不利于系统的改进升级，基于微型单片机的控制系统则通过单片机来控制步进电机，能够更好地发挥步进电机的潜力。因此，用微型单片机控制步进电机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，还比如为了适应一些领域中高精度定位和运行平稳性的要求，出现的步进电机细分驱动技术，就包括振荡器、环行分配器控制的细分驱动、基于单片机斩波恒流驱动、基于单片机的直流电压驱动三种常见驱动方式，除上述三种步进电机的驱动方案之外，目前报道的驱动方案还有根据汇编语言或C语言进行软件开发，通过串行或并行通行的方式实现PC机与步进电机控制电路之间的数据通信，最终实现由PC机直接控制步进电机的方法。

但是在有些应用场合，并不需要高精度的控制，而是需要在满足一般工作要求的情况下，尽量使控制系统做到：系统硬件结构简单、成本低、功能较为齐全、适应性强、电机各种运行状态指示一目了然、操作方便、系统抗干扰能力强和可靠性高等要求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种步进电机控制系统，它操作简单、系统抗干扰能力强且成本低。

本发明解决上述技术问题采取的技术方案是：一种步进电机控制系统，它包括：

电机驱动模块，所述电机驱动模块的控制输出端与步进电机相连；

单片机，所述单片机的信号输出端与电机驱动模块的信号输入端相连，所述单片机用于根据控制命令产生脉冲信号并将产生的脉冲信号传递给电机驱动模块，使所述电机驱动模块控制所述步进电机的动作；其中，脉冲信号的参数包括脉冲信号数量、脉冲信号频率和脉冲信号顺序，脉冲信号数量对应控制步进电机转动的角度，脉冲信号频率对应控制步进电机转动的速度，脉冲信号顺序对应控制步进电机转动的方向。

进一步，步进电机控制系统还包括驱动电流检测模块，所述驱动电流检测模块的输入端与电机驱动模块相连，所述驱动电流检测模块的输出端与单片机相连，所述驱动电流检测模块用于采集通过电机驱动模块的电流值，并将电流值处理后传递给单片机。

进一步，所述驱动电流检测模块包括电流采集电路、电流运放电路和电流模数转换电路，所述电流采集电路的输入端与电机驱动模块相连，所述电流采集电路的输出端与所述电流运放电路的输入端相连，所述电流运放电路的输出端与所述电流模数转换电路的输入端相连，所述电流模数转换电路的输出端与所述电机驱动模块相连。

进一步，步进电机控制系统还包括驱动电压检测模块，所述驱动电压检测模块的输入端与电机驱动模块相连，所述驱动电压检测模块的输出端与单片机相连，所述驱动电压检测模块用于采集通过电机驱动模块的电压值，并将电压值处理后传递给单片机。

进一步，所述驱动电压检测模块包括电压采集电路、电压运放电路和电压模数转换电路，所述电压采集电路的输入端与电机驱动模块相连，所述电压采集电路的输出端与所述电压运放电路的输入端相连，所述电压运放电路的输出端与所述电压模数转换电路的输入端相连，所述电压模数转换电路的输出端与所述电机驱动模块相连。

进一步，步进电机控制系统还包括通讯串口模块，所述通讯串口模块的输入端与外部的计算机相连，所述通讯串口模块的输出端与单片机相连，所述通讯串口模块用于实现计算机和单片机之间的通信。

进一步，步进电机控制系统还包括独立按键控制模块，所述独立按键控制模块与单片机相连，所述独立按键控制模块用于输入各步进电机参数指令。

进一步，步进电机控制系统还包括数码管显示模块，所述数码管显示模块的输入端与所述单片机相连，所述数码管显示模块用于显示步进电机的各参数。

进一步，所述电机驱动模块主要由L298驱动芯片及其外围电路构成，其中，L298驱动芯片的2脚、3脚、13脚和14脚依次按顺序连成一个插座，分别与步进电机的四根线相连，L298驱动芯片的5脚、6脚、7脚、10脚、11脚、12脚分别依次与单片机的P1.0输出接口、P1.1输出接口、P1.2输出接口、P1.3输出接口、P1.4输出接口、P1.5输出接口相连，从而实现单片机与L298驱动芯片以及步进电机的串联控制。

进一步，所述电机驱动模块还包括对L298驱动芯片进行保护的保护电路，所述保护电路由二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4组成，二极管D1和二极管D3串联组成第一串联组，二极管D2和二极管D4串联组成第二串联组，第一串联组合与第二串联组再并联连接，L298驱动芯片的2脚分接于二极管D1和二极管D3之间，所述L298驱动芯片的3脚分接于二极管D2和二极管D4之间。

采用了上述技术方案后，本发明采用单片机和其他硬件结合进行控制，运用单片机强大的可编程和运算功能，充分利用单片机的各种资源，能灵活的对步进电机进行控制，实现其不同模式、步数、正反转、转速等控制，并且在本设计中利用动态扫描技术，把数码管显示模块和独立按键控制模块有机的结合起来，能做到一定的人机交换，而且可以抗干扰，提高了可靠性，具有很好的应用价值。

附图说明

图1为本发明的步进电机控制系统的原理框图；

图2为本发明的单片机的电路图；

图3为本发明的电极驱动模块的电路图；

图4为本发明的驱动电流检测模块的电路图。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

如图1～4所示，一种步进电机控制系统，它包括：

电机驱动模块，所述电机驱动模块的控制输出端与步进电机相连；

单片机，所述单片机的信号输出端与电机驱动模块的信号输入端相连，所述单片机用于根据控制命令产生脉冲信号并将产生的脉冲信号传递给电机驱动模块，使所述电机驱动模块控制所述步进电机的动作；其中，脉冲信号的参数包括脉冲信号数量、脉冲信号频率和脉冲信号顺序，步进电机转动的角度大小与单片机输出的脉冲信号数量成正比，步进电机转动的速度与输出的脉冲信号频率成正比，而步进电机转动的的方向与输出的脉冲信号顺序有关，从而使脉冲信号数量对应控制步进电机转动的角度，脉冲信号频率对应控制步进电机转动的速度，脉冲信号顺序对应控制步进电机转动的方向。所述电机驱动模块将单片机发给步进电机的脉冲信号功率放大，从而驱动步进电机工作。

如图1所示，步进电机控制系统还包括驱动电流检测模块，所述驱动电流检测模块的输入端与电机驱动模块相连，所述驱动电流检测模块的输出端与单片机相连，所述驱动电流检测模块用于采集通过电机驱动模块的电流值，并将电流值处理后传递给单片机。

如图1所示，所述驱动电流检测模块包括电流采集电路、电流运放电路和电流模数转换电路，所述电流采集电路的输入端与电机驱动模块相连，所述电流采集电路的输出端与所述电流运放电路的输入端相连，所述电流运放电路的输出端与所述电流模数转换电路的输入端相连，所述电流模数转换电路的输出端与所述电机驱动模块相连。所述驱动电流检测模块通过电流采集电路检测通过电机驱动模块的电流，然后通过电流运放电路将检测到的信号放大，最后将放大后的信号通过电流模数转换电路处理后送给单片机，电流模数转换电路可以是ADC0804芯片。

如图1所示，步进电机控制系统还包括驱动电压检测模块，所述驱动电压检测模块的输入端与电机驱动模块相连，所述驱动电压检测模块的输出端与单片机相连，所述驱动电压检测模块用于采集通过电机驱动模块的电压值，并将电压值处理后传递给单片机。

如图1所示，所述驱动电压检测模块包括电压采集电路、电压运放电路和电压模数转换电路，所述电压采集电路的输入端与电机驱动模块相连，所述电压采集电路的输出端与所述电压运放电路的输入端相连，所述电压运放电路的输出端与所述电压模数转换电路的输入端相连，所述电压模数转换电路的输出端与所述电机驱动模块相连。所述驱动电压检测模块通过电压采集电路检测通过电机驱动模块的电压，然后通过电压运放电路将检测到的信号放大，最后将放大后的信号通过电压模数转换电路处理后送给单片机，电压模数转换电路可以是ADC0804芯片。

如图1所示，步进电机控制系统还包括通讯串口模块，所述通讯串口模块的输入端与外部的计算机相连，所述通讯串口模块的输出端与单片机相连，所述通讯串口模块用于实现计算机和单片机之间的通信。

如图1所示，步进电机控制系统还包括独立按键控制模块，所述独立按键控制模块与单片机相连，所述独立按键控制模块用于输入各步进电机参数指令。所述独立按键控制模块作为一个外部中断源，和单片机端口连接，通过它设置了步进电机的正转、反转、加速、减速以及显示电机电流等功能，采用中断和查询相结合的方法，对步进电机实施最佳的、及时的控制。

如图1所示，步进电机控制系统还包括数码管显示模块，所述数码管显示模块的输入端与所述单片机相连，所述数码管显示模块用于显示步进电机的各参数。所述数码管显示模块可以显示电机转速、电机转向以及通过电机的电流等系统的实时信息。

如图3所示，所述电机驱动模块主要由L298驱动芯片及其外围电路构成，其中，L298驱动芯片的2脚、3脚、13脚和14脚依次按顺序连成一个插座，分别与步进电机的四根线相连，L298驱动芯片的5脚、6脚、7脚、10脚、11脚、12脚分别依次与单片机的P1.0输出接口、P1.1输出接口、P1.2输出接口、P1.3输出接口、P1.4输出接口、P1.5输出接口相连，从而实现单片机与L298驱动芯片以及步进电机的串联控制。

如图3所示，所述电机驱动模块还包括对L298驱动芯片进行保护的保护电路，所述保护电路由二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4组成，二极管D1和二极管D3串联组成第一串联组，二极管D2和二极管D4串联组成第二串联组，第一串联组合与第二串联组再并联连接，L298驱动芯片的2脚分接于二极管D1和二极管D3之间，所述L298驱动芯片的3脚分接于二极管D2和二极管D4之间。保护电路防止由于步进电机的转速提高而产生的自感电动势损坏L298驱动芯片。

电流检测模块检测流过电机的电流值并及时显示，防止电机过流而损坏电机。

以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。