步进电机在智能小车中的应用

1、校园电子在第五、六届全国大学生电子设计竞赛中,均出现了智能小车这种集光、机、电于一体的题目。在以往的智能小车制作中大多采用H 型桥式电路驱动直流电机,采用PWM 方式控制。笔者将步进电机应用于小车的驱动系统,取得了令人满意的效果。本文具体介绍其硬件、软件设计。步进电机的特点及小车结构 步进电机具有转矩大、惯性小、响应频率高等优点,因此具有瞬间起动与急速停止的优越特性。与其他驱动元件相比,有明显优点:通常不需要反馈就能对位移或速度进行精确控制;输出的转角或位移精度高,误差不会积累,价格便宜。并且因为步进电机是根据脉冲个数决定旋转角度的,单片机只需记下脉冲个数就能计算出电机的旋转角度,从而计算出小

2、车的行驶距离,省去了路程检测模块,简化了设计。笔者利用从淘汰5英寸软驱上拆下的步进角为1.8°、四相步进电机制作小车,利用凌阳SPCE061A 单片机作为控制核心,动作相当精准,循迹时红外传感器与黑线只留相当小的裕度,小车可以基本沿弧线行走,不再是折线。小车结构如图1。 用两个步进电机直接驱动两个前轮,作为主动轮;用两个角轮作后轮,作为从动轮。将它们固定到一块大小合适的实验版上,车架就组装完毕,非常简单。分别对两个步进电机驱动,靠两个电机的速度差转向。系统的硬件设计利用凌阳SPCE061A单片机IOB口来驱动步进电机,要求输出4位稳定而有序的1和0,IOB0IOB3的4个引脚通过光耦

3、连接到4个场效应管的栅极,步进电机的4个线圈连接到相应场效应管的漏极,场效应管的源极接地,如图2。每个线圈从电源中得到适当的直流电压。由单片机输出0和1的组合代码送到场效应管的栅极,栅极为1时,连接到场效应管上的线圈中有电流流过,栅极为0时,则无电流通过。在锁存口上的1和0的分布时序产生步进电机4个线圈通电、断电的适当时序,从而产生精确的转动步矩。IOB4IOB7的4个引脚用同样的方式控制另一个电机。步进电机在智能小车中的应用东北电力学院高宝生程云霞采用双电源供电。一组5V 给单片机和控制电路供电,另一组12V给步进电机供电。在控制部分和电机驱动部分之间用光耦隔开,以免影响控制部分电源的品质。

4、系统的软件设计以四相步进电机八拍工作方式为例,如附表。四相八拍驱动方式将步进角为1.8°的步进电机细分到了0.9°,并且具有转矩大、振荡少、功耗适中等特点,其相序为:校园电子倒车:0x00990x00880x00CC 0x00440x00660x00220x00330x0011电机旋转的速度由控制字变化的时间延时来确定。重复送控制字相当于延时。由此得出,小车左转速度是右转的一半(左转的控制字数表为:左转:0x00110x00130x00320x0036 0x00240x002C0x00680x00690x0041 0x00430x00C20x00C60x00840x008C 0x00980x0099右转速度是左转的一半(右转的控制字数表为:右转:0x00110x00310x0023 0x00630x00420x00C20x00860x00960x00140x00340x002C0x006C0x0048 0x00C80x00890x0099只要在要执行动作前,将相应动作控制字的数表首地址赋给查表程序中相应的指针变量,查表程序循环向IOB口送出控制字,即可控制小车做出相应的动作。同样道理,还可以建立更多动作控制字的数表:比如将一侧车轮的速度调到另一侧的四分之一,得到不同的转弯半径;将一侧车轮正传,另一侧反转,实