步进式搅拌机调速控制系统—测速模块设计说明书

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1、智能仪表综合训练设计报告内蒙古科技大学智能仪表综合训练设计说明书题目：步进式搅拌机调速控制系统——测速模块设计学生姓名：学号：专业：班级：指导教师：1智能仪表综合训练设计报告摘要步进电机是一种纯粹的数字控制电机，是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。本文应用单片机AT89C51，步进电机驱动器等，构建了步进电机控制器和驱动器为一体的步进电机控制系统。通过AT89C51和ULN2003驱动器完成步进电机的各种运行控制方式，实现步进电机的正反转控制和加减速控制。整个系统采用模块化设计，结构简单，可靠，通过人机交互换接口可实现各功能设置，操作简单，易于掌握

2、。该系统可应用于步进电机在机电一体化控制等大多数场合。实践证明，基于单片机控制的步进电机比传统的步进控制器具有更好的性能，更加简单、方便、可靠。本设计的主要研究对象就是开环伺服系统中最常用的执行器件——步进电机。关键词:步进电机，单片机，正反转控制，加减速控制6智能仪表综合训练设计报告目录摘要2目录3第一章绪论11.1步进电机的概念11.2步进电机的特点11.3步进电机及其发展21.4步进电机在我国的发展应用及前景31.4.1步进电机驱动技术3第2章总体设计方案42.1系统设计方案42.1.1控制器的选择42.1.2电子驱动电路与细分的方案选择42.1.3显示器

3、的选择方案42.1.4转速信号采集方案42.1.5开发软件的选择52.2系统的方案简述与设计要求52.2.1系统的组成及其对应功能简述52.2.2单片机最小系统62.2.3电机驱动模块72.2.4串口下载模块72.2.5数码管显示模块72.2.6独立按键7第三章硬件设计与仿真83.1系统硬件组成及结构框图83.2主要芯片的说明93.2.1AT89C51型单片机93.2.2ULN2003驱动芯片10第4章软件设计124.1系统软件主流程图126智能仪表综合训练设计报告4.2系统初始化流程图134.4按键子程序13结论15参考文献166智能仪表综合训练设计报告第一章

4、绪论1.1步进电机的概念步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。我们可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时我们也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制

5、变的非常的简单。 从原理上讲，步进电机是一种低速同步电动机。1.2步进电机的特点1.一般步进电机的精度为步进角的3-5%，角位移与输入脉冲数严格成正比，没有累计误差，具有良好的跟随性。2.步进电机外表不允许较高的温度。　　步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。3.步进电机的力矩会随转速的升高而下降。　　当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一

6、个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。4.步进电机自身的噪声和振动较大，带惯性负载的能力较差。5.由步进电机与驱动电路组成的开环数控系统，既非常简单、廉价，又非常的可靠。同时，它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。6.步进电机的动态响应快，易于启停，正反转及变速。18智能仪表综合训练设计报告7.速度可在相当宽的范围内平滑调节，低速下仍能保证获得大转矩，因此，一般可以不用减速器而直接驱动负载。8.步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行，它不能直接使用交流电源和直流电源。1.3步进电机

7、及其发展步进电机又称为脉冲电动机或阶跃电动机，它是基于最基本的电磁感应作用，将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。单片机控制的步进电机广泛地应用于工业自动控制、数控机床、组合机床、机器人、计算机外围设备、照相机，大型望远镜，卫星天线定位系统等等。随着经济的发展，技术的进步和电子技术的发展，步进电机的应用领域更加广阔，同时也对步进电机的运行性能提出了更高的要求。步进电机的原始模型起源于1830年至1860年，1870年前后开始以控制为目的的尝试，应用于氩弧灯的电极输送机构中，这被认为最早的步进电机。1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，对于数

8、字化的控制变得更为容易。