基于单片机与TA8435h的步进电机控制系统(2)
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主控单元是采用单片机实现的,主要是ATMEL公司的AT89C51型号的单片机,这在处理速度上完全可以满足要求,且是一种更经济的方案。
对步进电机的驱动芯片采用的是东芝公司的TA8435h,TA8435h是东芝公司生产的单片正弦细分二相步进电机驱动专用芯片,该芯片具有以下特点:工作电压范围宽(12 V~40 V);输出平均电流是1.5 A,最高电流为2.5 A,正好符合电机的额定电流;芯片本身提供了细分选择的引脚,最高可达1/8细分(由M1和M2控制);具有正反旋转功能(由CW/CCW引脚控制);具有复位和使能功能(分别由reset和enable控制)。
该系统中,步进电机选用的是14HY型号步进电机,它是两相四线制,其步进角仅为1.8°,平均电流为1.5 A。该系统主要用于监控设施中,主要负载是监控设施如红外摄像头,云台摄像头以及转动传输装置设备等。
图3展示了一个单片机与两片TA8435h芯片共同控制两台步进电机的工作原理图,分别用来完成竖直和水平方向的旋转,以此来控制云台的转动。为了达到一定得精确度,我们选择M1=1,M2=1,来对步进电机进行1/8细分,这样一个脉冲过来,电机最大才旋转0.225°,这样足以满足工程要求的精度。两个驱动芯片分别由单片机的P0,P1口控制,其中P0口来控制其中一台步进电机,使得云台在水平方向转动,而P1口则控制云台的竖直方向的转动,并且其都选择单时钟输入即都选择CKL1,而CKL2悬空[4]。CW/CCW分别控制水平方向的左右旋转和竖直方向的顺时针和逆时针的旋转,ENABLE是它们的使能信号,当ENABLE为1时,选择水平方向转动;反之为竖直方向转动。由图3可以看出REFIN均为低电平,则NFA和NFB的输出电压为0.5V,所以R1,R2,R3,R4均选择1.3Ω的电阻。D1~D8为快恢复二极管,它们是用来泄放绕组电流的,其余引脚均接地[5]。
图3 单片机与TA8435控制原理图
3.2 系统软件设计系统软件主要是基于C语言实现的,功能架构如图3所示。
步进电机细分驱动系统主要由主控程序,功能主要分为控制步进电机的启动,按顺序发出控制命令,判断步进电机是否超过极限位置,控制步进电机的转向以及运行速度的变化等。
细分驱动电路的主控制程序控制整个程序的流程,主要完成程序的初始化,中断方式的设置,计数器工作方式的设置及相关子程序的调用等。细分驱动程序中,细分控制信号有M1,M2控制,这里选取1/8细分,即M1M2=11。而这两个步进电机的控制信号均有单片机的P1,P2口控制。速度的控制主要是利用根据输入脉冲的频率来决定的,因此对clk1进行适当的调整,但是最大的频率不能超过5 kHz。而方向的控制则有cw/cww接口来控制当它为0时为正时针转动;反之为逆时针转动。
4 结束语
步进电机的控制技术已经在森林防火等诸多带有负载转动装置系统中得到广泛的应用。本篇介绍了步进电机和TA8435h芯片相结合共同控制负载转动的一种全新的工作模式,克服了普通转动装置系统的一些缺陷,使用细分方式可以进一步提高步进电机的转动精度,使得控制操作更加简单,方便,以降低系统的震动和噪声。这些条件基本上可以满足一些公共场所的监控要求,并对安防工作起到了更加精确、更加快捷的作用。随着自动控制技术的不断提高,步进电机的控制技术将会得到更好的发展。
本文作者创新点:利用先进芯片自身的的细分功能,并且采用两片控制芯片来完成负载装置二维的运动,使得运动范围得到了扩展,运转角度更加精确。
参考文献
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[5]谭建成.电机控制专用集成电路[M].第四版,北京:科学出版社,2001.
[6]张春霞,蒋建虎,张怡军等.磁悬浮无轴承电机系统的研究[J].电脑开发与应用,2009,22(5):19-21.