步进电机的单片机智能化控制用单片机控制步进电机

时间：2020-02-29 07:36:09　来源：雅意学习网本文已影响人

　　摘要：本设计由两套独立的电源模块供电，利用E18-D80NK红外避障传感器和TCRT5000黑白线传感器采集路况信息，以宏晶科技的8位单片机STC89C52为核心控制器，控制步进电机驱动模块，达到路径识别的目的；并通过LCD1602液晶显示模块显示小车的运行状态；设计实现单片机对步进电机的智能控制，达到小车自主循线和避障的功能。
　　关键词：电源模块；传感器；控制器；智能控制
　　
　　Intelligent control of the step motor by the microcomputer
　　Xu Hongfu, Chen Yongzhi, Yao Min, Xie Guangqi
　　Xiangnan university, Chenzhou, 423000, China
　　Abstract: This design is supplied by two sets of independent power supply module, using infrared sensors of the E18 - D80NK and black and white lines sensors of the TCRT5000 to collect traffic information. With the purpose of the path recognition, the microcomputer chip of the STC89C52 which is the core controller controlled the step motor driver module. The states of the car are displayed by the LCD1602 LCD module. Intelligent control of the step motor by the microcomputer achieved independent follow line and counterguard function of the car.
　　Key words: power supply module; sensors; controller; intelligent control
　　
　　步进电动机是将电脉冲信号转换为相应的角位移或线位移的一种特殊的执行电动机。它不需要交换，能直接将数字脉冲信号转换成相应的角位移或线位移，因而很适合作为数字控制系统的伺服元件。此外，它的转速在电机的负载范围内与电脉冲频率成正比，而与电压电流等无直接联系。计算机技术、电力电子技术、微电子技术、控制理论与控制技术的发展，给步进电机的应用开辟了广阔的前景，应用非常广泛，如数控机床、绘图仪、自动记录仪、遥控装置和航空系统等，都大量使用步进电动机。本系统以智能小车为载体，以汽车电子为背景，结合计算机技术、自动控制原理、传感器与现代检测技术、电子技术等学科知识。通过硬件电路设计和软件编程实现对步进电机的智能化控制。
　　
　　1 硬件电路设计
　　
　　1.1 总体方案
　　系统总体设计方案如图1所示：STC89C52单片机为控制系统的控制中心，主要负责处理传感器检测到的数据，将处理的结果作为电机驱动模块的输入信号控制电机的运行。并将电机的运行状态在LCD1602液晶上显示。传感器模块承担数据采集的任务，为控制器决策提供信息支撑。电源模块为整个系统提供电能。
　　
　　1.2 电源电路设计
　　电源是系统稳定运行的必要条件，为了提高整个系统的可靠性、稳定性设计两套相互独立的电源分别供电机驱动和控制测量等电路使用。如图2所示，7.4V的镍镉可充电电池经MIC29302稳压块稳压后供电机驱动使用，经LM7805稳压块稳压后供控制测量等电路使用。Power为扩展的电源接口备用。
　　1.3 主控电路设计
　　主控电路是整个系统的控制中心，主要负责处理传感器测量的数据并将处理的结果送给驱动电路控制电机的运行。考虑系统的控制要求及性价比，选择STC89C52作为系统的主控芯片。主控电路如图3所示。
　　
　　1.4 传感器测量电路设计
　　传感器测量的结果作为控制器的输入，其测量的精度、灵敏度、响应速度等性能指标的优劣决定整个系统的性能。红外壁障传感器E18-D80NK的技术指标见表1。
　　黑白线检测传感器TCRT5000的技术指标见表2。
　　上述2种传感器均能满足测量要求。测量电路如图4所示。
　　1.5 电机驱动电路设计
　　驱动电路由两片L298N H桥式步进电机专用驱动芯片及续流肖特基二极管组成，输入端口直接接主控芯片的P1口。电机驱动电路如图5所示。
　　1.6 液晶显示与在线编程接口电路设计
　　液晶显示与在线编程接口电路如图6所示，LCD1602用来显示小车当前的运行状态、行程等信息。串口进行烧写与在线调试。方便开发和维护工作。
　　
　　2系统控制程序设计
　　
　　2.1 循线算法程序流程图
　　小车在循线模式下工作时：在开放有限的地面空间贴有任意黑色线条，小车在没有任何人为干预条件下自主寻找黑色线条。在找到黑色线条后在黑色线条上找到一点使之到小车初始位置的距离最短(最优路径)，在找到最优路径后回到起始点并沿最优路径再次循线。小车循线程序流程图如图7所示。
　　
　　由表3小车寻线实测数据分析，小车在寻线模式下工作时其误差在1.2%～5%之间。
　　
　　2.2 避障算法程序流程图
　　小车在避障模式下工作时：在有限的迷宫内小车能够沿着迷宫内的可行驶通道避开各个方向的障碍物，并且找到一条能驶出迷宫的通道。实验证明由于小车车体关系，迷宫的宽度必须大于24cm，高度在10～10.5cm。小车避障程序流程图如图8所示。
　　
　　3结束语
　　
　　以单片机为核心的控制系统为步进电机的智能化控制开辟了新的途径。引入避障算法实现最优路径的寻找。硬件与软件的结合提高系统的可靠性。通过现场试验测试，按以上方案系统运行良好，在实现电机速度控制，定位控制的同时，能保证最优路径自能化的实现。为工业现场控制提供了智能车模型。
　　
　　参考文献
　　
　　[1] 程明，林明耀，张润和.微特电机及系统[M].北京：中国电力出版社，2007
　　[2] 陶红艳，余成波.传感器与现代检测技术[M].北京：清华大学出版社，2009
　　[3] 康光华，陈大钦，张林.电子技术基础―模拟部分[M].北京：高等教育出版社，2005
　　[4] 康光华，邹寿彬，秦臻.电子技术基础―数子部分[M].北京：高等教育出版社，2005
　　[5] 王质朴，运朋.MCS-51单片机原理接口及应用[M].北京：北京理工大学出版社，2009
　　
　　

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