本实用新型涉及汽车技术领域，特别是指一种步进电机控制系统。
背景技术：
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机，是现代数字程序控制系统中的主要执行元件。而随着步进电机在汽车领域的应用，为掌握步进电机的工作性能，进行了大量的试验。其中，环形分配器作为步进电机的驱动过程中的重要部分，主要是由触发器、计数器和组合电路组成。
因此，现有的试验过程，要实现步进电机的控制需构建复杂的电路，降低了试验的实用性。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种步进电机控制系统，以解决步进电机试验中因构建复杂电路而降低试验实用性的问题。
为达到上述目的，本实用新型的实施例提供一种步进电机控制系统，包括：
步进电机，与所述步进电机连接的驱动电路，与所述驱动电路连接的光电隔离电路，以及与所述光电隔离电路连接的步进电机控制器；其中，
所述步进电机控制器包括：
单片机；以及
分别与所述单片机连接的速度设定电路、工作方式设定电路、节拍初始化电路、运行开关、运行指示电路、至少一触发器芯片以及至少一数据选择器芯片。
本实用新型实施例的步进电机控制系统，通过由单片机、速度设定电路、工作方式设定电路、节拍初始化电路、运行开关、运行指示电路、至少一触发器芯片以及至少一数据选择器芯片的软硬件结合组成的步进电机控制器，来实现对步进电机的工作控制，完成大量的试验需求，简化了步进电机的控制电路，使得系统结构更为简单，提升了试验的实用性。
其中，所述速度设定电路包括：电位器和第一电阻，其中，
所述第一电阻的第一端与所述单片机连接，第二端与所述电位器的第一固定端连接；
所述电位器的第二固定端接地，滑动端与所述单片机连接；
所述第一电阻的第一端还连接有稳压电源。
其中，所述节拍初始化电路包括第一拨码开关，所述第一拨码开关的第一组端口接地，第二组端口与所述单片机连接，其中，
所述单片机与所述第一拨码开关的第二组端口连接的端口还连接有所述至少一触发器芯片的置位端和复位端。
其中，所述工作方式设定电路包括第二拨码开关，所述第二拨码开关的第一组端口接地，第二组端口与所述单片机连接，其中，
所述单片机与所述第二拨码开关的第二组端口连接的端口还连接有所述至少一数据选择器芯片的选择输入端。
其中，所述运行开关为单刀开关，所述单刀开关的第一端与所述单片机的脉冲信号输出端连接，第二端与所述单片机连接，其中，
所述脉冲信号输出端输出频率可调的脉冲信号；
所述单片机与所述单刀开关的第二端连接的端口还连接有所述至少一触发器芯片的触发输入端连接。
其中，所述运行指示电路包括第一指示灯、第二指示灯、第二电阻和第三电阻，其中，
所述第一指示灯和所述第二指示灯为二极管，所述第一指示灯的正极与所述单片机的脉冲信号输出端连接，所述第一指示灯的负极与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端接地，所述第二指示灯的正极与稳压电源连接，所述第二指示灯的负极与所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端接地。
其中，所述单片机与所述光电隔离电路连接的端口还连接有所述至少一触发器芯片的输出端。
附图说明
图1为本实用新型实施例的步进电机控制系统的结构示意图；
图2为应用于三相步进电机的步进电机控制系统的电路连接图。
具体实施方式
为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本实用新型针对现有的步进电机的控制需构建复杂的电路，降低了试验的实用性的问题，提供一种步进电机控制系统，通过软硬件结合构建了更为简单的系统结构，提升了试验的实用性。
如图1所示，本实用新型实施例的步进电机控制系统，包括：
步进电机，与所述步进电机连接的驱动电路，与所述驱动电路连接的光电隔离电路，以及与所述光电隔离电路连接的步进电机控制器；其中，
所述步进电机控制器包括：
单片机；以及
分别与所述单片机连接的速度设定电路、工作方式设定电路、节拍初始化电路、运行开关、运行指示电路、至少一触发器芯片以及至少一数据选择器芯片。
这样，本实用新型实施例的步进电机控制系统，主要包括：步进电机、驱动电路、光电隔离电路和步进电机控制器，而步进电机控制器包括有单片机，以及与单片机连接的速度设定电路、工作方式设定电路、节拍初始化电路、运行开关、运行指示电路、至少一触发器芯片和至少一数据选择器芯片。由于该步进电机控制系统中的步进电机控制器是通过单片机、速度设定电路、工作方式设定电路、节拍初始化电路、运行开关、运行指示电路、至少一触发器芯片以及至少一数据选择器芯片组成的，通过软硬件结合简化了步进电机的控制电路，使得系统结构更为简单，提升了试验的实用性。
优选的，触发器芯片为D触发器芯片。
应该知道的是，步进电机的转动是靠不停地改变各相通电绕组的通电顺序来实现的，若想让某相绕组通电，就要给某相绕组提供一组序列脉冲，因此步进电机有几相，就要为其提供几相脉冲序列，相应的，步进电机有几相就需要几个触发器。每个触发器发出的脉冲就是一个脉冲序列，用来控制步进电机某相绕组的通、断电。触发器工作的同步信号就是控制步进电机在某个坐标轴的位移信号，向触发器每发一个同步信号，步进电机就前进一步，对于由单片机、触发器芯片和数据选择器芯片电路模拟D触发器和数据选择器实现的环形分配器来说就是运行了一拍。触发器的复位信号和置位信号用于环形分配器的节拍初始化，是由步进电机的相数和拍数来决定的。
在本实用新型的实施例中，针对不同的步进电机，所需的触发器和数据选择器的数量是存在差异的，对应的步进电机控制器中触发器芯片和数据选择器芯片数量也不一样。例如在步进电机为三相步进电机时，步进电机控制器需要采用3个D触发器和3个4选一数据选择器，因此，可选用2片D触发器芯片(74LS74芯片，每个74LS74芯片包含两个D触发器)和2片数据选择器芯片(74LS153芯片，每个74LS153芯片包含两个4选一数据选择器)，此时，较佳的，单片机选用的型号为ATmega16。
具体的，该实施例中，所述速度设定电路包括：电位器PR1和第一电阻R1，其中，
所述第一电阻R1的第一端与所述单片机连接，第二端与所述电位器PR1的第一固定端连接；
所述电位器PR1的第二固定端接地，滑动端与所述单片机连接；
所述第一电阻R1的第一端还连接有稳压电源。
延续上例的三相步进电机，如图2所示，速度设定电路主要由电位器PR1和第一电阻R1组成，电位器PR1的滑动端即中心抽头与单片机U1的40脚连接。由于单片机U1的40脚是模/数(A/D)转换的输入脚，在40脚上得到0-5V的可变信号，单片机即可采集这个0-5V的可变信号，启动单片机的脉冲宽度调制PWM功能，在单片机的19脚上输出频率可调的同步信号，其中输出的频率可调的同步信号与该0-5V的可变信号具有相互对应的关系。可见，速度设定电路将通过改变D触发器同步信号的频率，为步进电机控制器提供速度设定信号。
另外，该实施例中，所述节拍初始化电路包括第一拨码开关DIP1，所述第一拨码开关DIP1的第一组端口接地，第二组端口与所述单片机连接，其中，
所述单片机与所述第一拨码开关DIP1的第二组端口连接的端口还连接有所述至少一触发器芯片的置位端和复位端。
这里，结合图2，节拍初始化电路采用第一拨码开关DIP1，DIP1第二组端口的六个引脚(7脚-12脚)分别与单片机U1的23脚、33脚、29脚、28脚、27脚以及26脚连接，而这六个引脚分别对应三个D触发器(第一D触发器A、第二D触发器B和第三D触发器C)的置位端和复位端。从而步进电机运行前将能够通过设置第一拨码开关DIP1的数值，对步进电机的相数和拍数进行控制。
此外，本实用新型实施例中，所述工作方式设定电路包括第二拨码开关DIP2，所述第二拨码开关DIP2的第一组端口接地，第二组端口与所述单片机连接，其中，
所述单片机与所述第二拨码开关DIP2的第二组端口连接的端口还连接有所述至少一数据选择器芯片的选择输入端。
这里，结合图2所示，工作方式设定电路采用第二拨码开关DIP2，DIP2第二组端口的两个引脚分别与单片机U1的38脚和39脚连接，用于选定三相步进电机的步进拍数和步进方向，单片机U1的38脚和39脚对应数据选择器的选择输入信号。
其中，所述运行开关为单刀开关K1，所述单刀开关K1的第一端与所述单片机的脉冲信号输出端连接，第二端与所述单片机连接，其中，
所述脉冲信号输出端输出频率可调的脉冲信号；
所述单片机与所述单刀开关K1的第二端连接的端口还连接有所述至少一触发器芯片的触发输入端连接。
如图2所示，运行开关采用单刀开关K1，K1的第一端与单片机U1的19脚即脉冲信号输出端连接，单片机U1的19脚输出频率可调的脉冲信号，其可调频率数值是根据电位器PR1的值来确定的。当单刀开关K1闭合时，单片机U1的19脚与单片机U1的21脚接通，单片机U1的21脚是D触发器同步信号，这样步进电机就可以转动并且速度可调。
还应该知道的是，为便于了解具体的试验过程，该实施例中，所述运行指示电路包括第一指示灯D1、第二指示灯D2、第二电阻R2和第三电阻R3，其中，
所述第一指示灯D1和所述第二指示灯D2为二极管，所述第一指示灯D1的正极与所述单片机的脉冲信号输出端连接，所述第一指示灯D1的负极与所述第二电阻R2的第一端连接，所述第二电阻R2的第二端接地，所述第二指示灯D2的正极与稳压电源连接，所述第二指示灯D2的负极与所述第三电阻R3的第一端连接，所述第三电阻R3的第二端接地。
如此，通过第一指示灯D1和第二指示灯D2的状态即可明确出当前的试验过程。其中，D2每秒闪烁一次表示单片机已经运行，D1闪烁表示单片机输出同步信号正常。
当然，为实现环形分配器，单片机的引脚与D触发器芯片和数据选择器芯片的引脚是有着对应的关系的，本实用新型实施例中，所述单片机与所述光电隔离电路连接的端口还连接有所述至少一触发器芯片的输出端。
进一步具体的，以图2的三相电机为例，单片机U1的34脚、35脚、36脚分别对应三个D触发器的三个输入端，单片机U1的1脚、2脚、3脚、4脚、5脚和6脚分别对应三个D触发器的六个输出端，单片机U1的14脚、15脚和16脚分别对应三个数据选择器的三个选择输出端，单片机U1的7脚、8脚、9脚和12脚分别对应第一个数据选择器四个数据选择器的选择输入端，单片机U1的13脚、17脚、18脚和20脚分别对应第二个数据选择器四个数据选择器的选择输入端，单片机U1的22脚、24脚、25脚和37脚分别对应第三个数据选择器四个数据选择器的选择输入端。且，该单片机U1的10脚连接+5V的稳压电源，11脚和31脚接地，32脚经电容C1接地。
一般而言，三相步进电机有三相单三拍工作模式、三相双三拍工作模式以及三相六拍工作模式。根据这些工作模式可总结出触发器输入端和输出端的关系如下(DADBDC分别表示3个D触发器的输入端，分别表示3个D触发器的输出端)：
1.对于三相单三拍正转通电步进顺序：A→B→C→A，应有
DA＝QC；DB＝QA；DC＝QB；
2.对于三相单三拍反转通电步进顺序：A→C→B→A，应有
DA＝QB；DB＝QC；DC＝QA；
3.对于三相双三拍正转通电步进顺序：AB→BC→CA→AB，应有
DA＝QC；DB＝QA；DC＝QB；
4.对于三相双三拍反转通电步进顺序：AB→AC→CB→AB，应有
DA＝QB；DB＝QC；DC＝QA；
5.对于三相六拍正转通电步进顺序：A→AB→B→BC→C→CA→A，应有
6.对于三相六拍反转通电步进顺序：A→AC→C→CB→B→BA→A，应有
由此可知，三相单三拍和三相双三拍的触发器输入端和输出端的关系是一样的，由于环形分配器既可以工作在三相单三拍方式，也可以工作在三相双三拍方式，也可以工作三相六拍方式，并且无论是哪种工作方式，既要满足正转要求还要满足反转要求。那么对三个触发器的输入端来说，上述关系都是相或的关系。为了识别通电方式或方向，引入两个选择信号A0和A1，分别由单片机U1的39脚和38脚实现。
令：表示三相单三拍正转选择信号或三相双三拍正转选择信号。 (1)
表示三相单三拍反转选择信号或三相双三拍反转选择信号。 (2)
表示三相六拍正转选择信号。 (3)
A1A0表示三相六拍反转选择信号。 (4)则有：
这样，在试验过程中，即可通过上述关系的信号控制，实现三相步进电机在不同模式下的工作试验。
应该了解的是，单片机中预先设置有试验所需的初始化程序、节拍初始化程序、大循环程序(包括秒定时程序和速度设定程序)和中断服务程序。在本实用新型实施例中，单片机上电后首先执行单片机初始化程序完成输入输出接口设置、中断功能设置、A/D转换功能设置和PWM功能设置；接着执行节拍初始化程序，最后执行大循环程序。并且，当单刀开关K1闭合时，单片机U1的19脚与单片机U1的21脚接通，单片机U1的21脚是D触发器的同步信号，单片机U1的21脚采用上升沿中断方式，一旦单片机U1的21脚有上升沿信号就产生中断进入中断服务程序：首先执行数据选择器程序，完成数据选择器的功能；然后执行D触发器程序，完成D触发器的功能，最后退出中断服务程序。
综上所述，本实用新型实施例的步进电机控制系统，通过由单片机、速度设定电路、工作方式设定电路、节拍初始化电路、运行开关、运行指示电路、至少一触发器芯片以及至少一数据选择器芯片的软硬件结合组成的步进电机控制器，经光电隔离电路和驱动电路来实现对步进电机的工作控制，完成大量的试验需求，简化了步进电机的控制电路，使得系统结构更为简单，提升了试验的实用性。并且，单片机同时还完成了数据采集和处理的功能，提升了控制的有效性。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本实用新型的限制。此外，“第一”、“第二”仅由于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
上述实施例是参考附图来描述的，其他不同的形式和实施例也是可行而不偏离本实用新型的原理，因此，本实用新型不应被建构成为在此所提出实施例的限制。更确切地说，这些实施例被提供以使得本实用新型会是完善又完整，且会将本实用新型范围传达给本领域技术人员。在附图中，组件尺寸及相对尺寸也许基于清晰起见而被夸大。在此所使用的术语只是基于描述特定实施例目的，并无意成为限制用。术语“包含”及/或“包括”在使用于本说明书时，表示所述特征、整数、构件及/或组件的存在，但不排除一或更多其它特征、整数、构件、组件及/或其族群的存在或增加。除非另有所示，陈述时，一值范围包含该范围的上下限及其间的任何子范围。
以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。