【正文】 接口總線的選擇 接口部分 采用 NI 公司設計的 PXI7833 和 PXI6723 板卡加上相應的軟件 對 PC機 接口 帶驅(qū)動的步進電 機 負載 16 輸入的脈沖信號進行寫 操作， 通過接口部分把信號加到步進電機單元上，從而改變步進電機的狀態(tài)，從而實現(xiàn)對步進電機的控制。步進電機驅(qū)動器在相 數(shù)、通電狀態(tài)、電壓、電流上要符合所控制的步進電機的技術參數(shù)要求，我這里選用一個帶驅(qū)動的步進電機。 一般 的 數(shù)據(jù)采集 卡 都有自己的驅(qū)動程序， LabVIEW 有接口卡的驅(qū)動和管理程序， 但 主要是針對 NI公司自己生產(chǎn)的卡 。 二、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的介紹 ： 數(shù)據(jù)采集是 數(shù)據(jù) 測試測量 的前提，也是非常重要的工作。通常在計算機外面根據(jù)需要配備某種信號調(diào)理設備，這種硬件容易購買配置，可以滿足一般測試要求，價格能夠為大多數(shù)用戶所接受 .插卡型儀器多數(shù) 沒有抗混濾波器且分時采樣，特別要注意混疊現(xiàn)象和通道間相位差。 如下圖所示。連接器一般情況下隱含不顯示，除非用戶選擇打開觀察它。 在 LabVIEW環(huán)境下開發(fā)的程序被稱為虛擬儀器 VI(Virtual Instrument)，簡 11 稱 VI。 PCI總線 (外設互聯(lián)總線 )與傳統(tǒng)的總線標準 ISA總線 (工 業(yè)標準結構總線 )相比，具有更高的傳輸率 (132MB／ s)、支持 32位處理器、支持 DMA、即插即用等優(yōu)勢。 10 第三節(jié) 接口 設計 接口部分主要是將 各種功能部件 相互連接起來，并提供 傳送信息的公共通信干線 。 圖 步進電機 驅(qū)動 圖 一 、脈沖信號的產(chǎn)生 脈沖信號一般 可以 由單片機或 CPU產(chǎn)生，一般脈沖信號的占空比為 左右，電機轉(zhuǎn)速越高， 需要的 脈沖信號 占 空比 就 越大。 四相八拍運行方式即 AABBBCCCDDDAA，它的拍數(shù)為八。這種將原先的一個步距角細分成若干步的驅(qū)動方法，稱為細分驅(qū)動。 四相步進電機按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。 前面所描述的可能是結構最簡單的步進電機了， 現(xiàn)在我們再以 四相反應式步進電機 為例對步進電機的工作原理作進一步闡述。如果我們按圖 所示方向給繞組 1 輸送電流，而繞組 2 中沒有電流流過，那么 在磁場的作用下， 電機轉(zhuǎn)子的南極就會自然地按圖 所示，指向定子磁場的北極 ，這樣就實現(xiàn)了電機轉(zhuǎn)動控制的一個狀態(tài)。從轉(zhuǎn)矩作用原理來看，混合式步進電動機可看作是定子磁勢與轉(zhuǎn)子永磁體相互作用的結果。齒距角可以做得很小，起動和運行頻率較高 ， 斷電時無定位力矩，需用帶電定位，消耗功率大，效率較低。 步進電機 同時 也叫步進器，它 是 利用電磁學原理將電能轉(zhuǎn)換為機械能 。 圖 步進電機系統(tǒng)框圖 第一節(jié) 步進電機的介紹 步進電機 是 一種 將電 脈沖 信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制 執(zhí)行元件。它盡可 能利用了技術人員、科學家、工程師所熟悉的術語、圖標和概念 ， 有一個完成任何編程任務的 通用的 龐大函數(shù)庫。 傳統(tǒng)的 步進電機控制系統(tǒng) 用 PLC或單片機來控制步進電機 ,不僅電路復雜 ,控制精度不高 ,硬件連接后不 易調(diào)整、靈活性差 ,不能實時地滿足用戶對控制系統(tǒng)的要求。這種電動機的運動形式與普通迅速旋轉(zhuǎn)的電動機有一定的差別，它是步進式運動的，所以稱為步進電動機 。這種控制方法的關鍵是軟件程序，軟件程序的好壞將決定是否能實現(xiàn)步進電機的控制。本系統(tǒng)的設計為虛擬儀器的設計尋找了一種普遍的方法。 步進電機 必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用 。 現(xiàn)在的步進電機系統(tǒng)多數(shù) 選 用 LabVIEW軟 件對步進電機進行控制。 因此 LabVIEW是一個面向最終用戶的工具 。因此， 在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、 停止的位置 僅 取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響 。 控 制 模 塊 接 口 模 塊 驅(qū) 動 模 塊 步 進 電 機 4 一、步進電機的分類 步進電機的品種規(guī)格很多，按結構特點可 大致 分為反應式步進電機、永磁式步進電機和混合式步進電機。所以，永磁式步進電動機步距角 一 般 都比較大。 一般 情況下，一根 表面涂有絕緣漆 的金屬絲 繞成 圓筒 狀叫做螺線管，而在電機中，繞在齒上的金屬絲則 通常 叫做 線圈、或相。 根據(jù) 安培定律和右手準則 ， 于是定子 會產(chǎn)生一個 北極 向下 的磁場 ，從而導致轉(zhuǎn)子 再 旋轉(zhuǎn) 90 度至 圖 的位置 。圖 四 是該四相反應式步進電機工作原理示意圖。 單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時序與波形分別如圖 左、中、右 所示： 表 四相電機通電順序 通電順序 單四拍 A B C D 雙四拍 DA AB BC CD 八拍 DA A AB B BC C CD D 圖 步進電機工作時序波形圖 三 、 步進電機的細分和 正反轉(zhuǎn)控制 步進電機的細分技術實質(zhì)上是一種電子阻尼技術 ，其主要目的是減弱或消除步進電機的低頻振動， 同時也可以 提高電機的運轉(zhuǎn)精度。如果 想 實現(xiàn)步進電機的 反向旋轉(zhuǎn)，只需要按照 A— CA— C— BC— B— AB— A順序通電即可，這時電機順時針旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)了對電機的正反轉(zhuǎn)控制。 以常規(guī) 二 、四相，轉(zhuǎn)子齒 數(shù) 為 50 的 電 機為例 ,四拍運行時步距角為 θ=360 度 /（ 50*4） = 度（俗稱整步），八拍運行時步距角為 θ=360 度 /（ 50*8） = 度（俗稱半步）。 三 、功率放大 功率放大 部分也 是驅(qū)動系統(tǒng) 中非常 重要的部分。不同的總線有其相應 的 I/0 接口硬件設備。 PXI總線是 PCI總線在儀器領域的擴展 (PCI Extenslons for InstrumentatlOn)，目前尚未成為國際標準。 流程圖提供 VI的圖形化源程序。 12 第二章 系統(tǒng)的 總體 設計 隨著計算機技術的 快速 發(fā)展，傳統(tǒng)儀器 已經(jīng) 向計算機化方向發(fā)展，計算機軟件技術與 相應的硬件 有機結合，產(chǎn)生了新的儀器概念即虛擬儀器。計算機管理著虛擬儀器的軟、硬件資源，是虛擬儀器的硬件基礎。適用于 組建大、中規(guī)模自動測量系統(tǒng)以及對速度、精度要求高的場合。 圖 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結構 14 一般情況下，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) (data acquisition，簡稱 DAQ)硬件設備的基本功能包括模 數(shù) 轉(zhuǎn)換 (A／ D)、數(shù)字 (I／ O)和定時 (timer)／計數(shù) (counter)。 15 第三章 系統(tǒng)硬件設計 基于 LabVIEW的步進電機控制系統(tǒng)也是 虛擬儀器 中的一種，因此可以從基本結構中設計系統(tǒng)方案。 本設計采用 CPU 直接產(chǎn)生步進脈沖的方法。它有 96 條數(shù)位通道，可用最高 40MHz的 速 率，推行重組、輸出和計數(shù)器的功能。 該模塊采用 PXI 觸發(fā)總線，可同步其他數(shù)據(jù)采集，運動和視覺產(chǎn)品，從而幫助用戶創(chuàng)建個性化測量方案來測試其創(chuàng)新的設計。 NIDAQmx 幫助 充分利用 LabVIEW中所有可進行自動代碼生成的高可靠性工業(yè)特性，從而方便快捷地進行板卡的配置。另一方面， PXI 采用和 Compact PCI一樣的機械外型結構，因此也能同樣享有高密度、堅固外殼及高性能連接器的特性。從而完成對步進電機的控制和相關的顯示。下面是程序 終止按鈕，點擊則系統(tǒng)停止運行的程序。 且運行正轉(zhuǎn)的狀態(tài)值順序為 9— 10— 6— 5 因此設計程序如下。移入寄存器的正反轉(zhuǎn)采集 2 的值等待下一次循環(huán)，當采集值 2不等于 6時，運行邏輯假的程序，正反轉(zhuǎn)采集 值均 直接存入之后相應的移位寄存器，等待下一次循環(huán)，正反轉(zhuǎn)狀態(tài)均為 F，電機 沒有 轉(zhuǎn) 動 。 圖 sub子 VI的前面板 sub 子 VI 的輸入為前面步進狀態(tài)子 VI的正轉(zhuǎn)采集和反轉(zhuǎn)采集，通過程序運行，計算出運行正轉(zhuǎn)步數(shù)、 運行反轉(zhuǎn)步數(shù)、上電反轉(zhuǎn)步數(shù)、上電正轉(zhuǎn)步數(shù)和總的 28 步數(shù)，并對其進行顯示。 本設計方案 是 通過轉(zhuǎn)速的控制來改變步進電機的四相狀態(tài)，再實現(xiàn) 數(shù)據(jù)的采集和顯示，在控制方面還比較薄弱，有待在以后的工作中進一步完