基于LabVIEW的步進電機控制

摘要：為了實現(xiàn)PC機對步進電機的自動調(diào)節(jié)，設(shè)計了基于虛擬儀器技術(shù)的步進電機控制方案。系統(tǒng)采用L298N芯片進行驅(qū)動，以LabVIEW作為開發(fā)平臺，并通過串口實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。結(jié)果顯示，該系統(tǒng)能夠很方便地實現(xiàn)步進電機的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向控制，而且利用虛擬儀器開發(fā)平臺LabVIEW編寫上位機程序，具有編程簡單，控制界面友好，程序可移植性強的特點。
關(guān)鍵詞：步進電機；串口；LabVIEW；VISA

步進電機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的機電元件。它在在工業(yè)自動化控制、數(shù)控機床、機器人等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在遠程實驗系統(tǒng)中，經(jīng)常有需要利用步進電機對一些旋鈕、位置等進行自動調(diào)節(jié)。本文設(shè)計了基于虛擬儀器技術(shù)的步進電機控制方案。該方案采用虛擬儀器控制步進電機，編程簡單，界面友好，易于更改程序功能，控制靈活性得到了提高。

1 步進電機工作原理
步進電機按其力矩產(chǎn)生原理可以分為反應(yīng)式、永磁式和混合式幾種。本文采用的是反應(yīng)式二相四線步進電機，定子有兩個線圈繞組，設(shè)其中一個線圈繞組為A相，另一個線圈繞組為B相。當給A相繞組通電時，該繞組即產(chǎn)生磁場，轉(zhuǎn)子齒與A相繞組各齒對齊；當給B相繞組通電時，轉(zhuǎn)子齒將與B相繞組各齒對齊，這樣，轉(zhuǎn)子就旋轉(zhuǎn)了一個角度。依次給A相、B相繞組通電，就可以實現(xiàn)步進電機的旋轉(zhuǎn)，改變通電的順序(即先給B相繞組通電，再給A相繞組通電)就可以改變電機旋轉(zhuǎn)的方向。另外，由于步進電機是由脈沖信號進行控制的，給電機發(fā)一個控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉(zhuǎn)一步。兩個脈沖的時間間隔越短，步進電機就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整單片機發(fā)出的脈沖頻率，就可以對步進電機進行調(diào)速。

2 步進電機控制硬件電路
2．1 串行接口電路
串行接口電路由RS 232串行接口、MAX232芯片和AT89S51單片機三部分構(gòu)成。其中，RS 232串行接口用于連接PC的RS 232串行接口，MAX 232芯片用于銜接RS 232串行接口與AT89S51單片機，實現(xiàn)單片機輸入／輸出的串口信息到PC的串行接口信息的轉(zhuǎn)換，即AT89S51單片機信號的TTL電平到RS 232電平的轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)二者之間電氣特性上的兼容。具體串行接口硬件電路如圖1所示。

2．2 驅(qū)動電路
步進電機的驅(qū)動電路有多種方案，本文采用芯片L298N進行驅(qū)動。該芯片是專用驅(qū)動集成電路，輸出電流大，輸出功率強。其輸出電流為2 A，最高電流4 A，最高工作電壓50 V，可以驅(qū)動感性負載，如大功率直流電機、步進電機、電磁閥等，特別是其輸入端可以與單片機直接相連，從而很方便地受單片機控制。
采用L298N芯片可以直接控制步進電機，并可以實現(xiàn)電機正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)此功能只需改變輸入端的邏輯電平。同時，為了避免電機對單片機的干擾，在驅(qū)動電路中加入光耦TPL-521，進行光電隔離，從而使系統(tǒng)能穩(wěn)定可靠的工作。具體驅(qū)動電路如圖2所示。