【正文】 個(gè)硬件電路，比較麻煩。通過PID調(diào)節(jié)自動(dòng)調(diào)節(jié)測量值和設(shè)定值的偏差，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)自動(dòng)加、減速。本設(shè)計(jì)就是采用這個(gè)思路進(jìn)行設(shè)計(jì)。 因此，目前打印機(jī)，繪圖儀，機(jī)器人，等等設(shè)備都以步進(jìn)電機(jī)為動(dòng)力核心。（3）步進(jìn)電機(jī)具有瞬間啟動(dòng)和急速停止的優(yōu)越特性。轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和脈沖的頻率成正比。因而被廣泛應(yīng)用?；旌鲜脚c傳統(tǒng)的反應(yīng)式相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點(diǎn)，而定子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點(diǎn)的耗能，因此該電機(jī)效率高，電流小，發(fā)熱低。轉(zhuǎn)子的極數(shù)和定子的極數(shù)相同，所以一般步距角比較大。它的結(jié)構(gòu)簡單，成本低，步距角可以做得很小，但動(dòng)態(tài)性能較差。永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小， 或15度；反應(yīng)式步進(jìn)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，但噪聲和振動(dòng)都很大，在歐美等發(fā)達(dá)國家80年代已被淘汰；混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)，分為兩相和五相， ，目前使用最為廣泛的為反應(yīng)式和混合事步進(jìn)電機(jī)。　 四相八拍步進(jìn)電機(jī)原理圖 　 四相八拍步進(jìn)電機(jī)脈沖圖 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類很多，從廣義上講，步進(jìn)電機(jī)的類型分為機(jī)械式、電磁式和組合式三大類型。根據(jù)電壓脈沖的分配方式，步進(jìn)電機(jī)各相繞組的電流輪流切換，在供給連續(xù)脈沖時(shí)，就能一步一步地連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使電機(jī)旋轉(zhuǎn)。因此，控制電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)實(shí)際上就是以一定的規(guī)律控制定子繞組的電流來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場。改變繞組通電的順序，電機(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)。每輸入一個(gè)電脈沖，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度前進(jìn)一步。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場轉(zhuǎn)一個(gè)角度。如果這時(shí)定子的小齒與轉(zhuǎn)子的小齒沒有對(duì)齊，磁場會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對(duì)磁場方向與定子的磁場方向一致。 步進(jìn)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上如同普通電機(jī)一樣，也是由轉(zhuǎn)子、定子和定子繞組組成，通常電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，定子繞組分若干相，每相的磁極上有極齒，轉(zhuǎn)子在軸上也有若干個(gè)齒。因此，用微型單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)己經(jīng)成為了一種必然的趨勢，也符合數(shù)字化的時(shí)代發(fā)展要求。原來的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)采用分立元件的控制回路，或者集成電路，不僅調(diào)試安裝復(fù)雜，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改變控制方案就一定要重新設(shè)計(jì)電路，不利于系統(tǒng)的改進(jìn)升級(jí)。為了得到良好的控制性能，對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制的研究就一直沒有停止過，許多重大的技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因而，對(duì)于步進(jìn)電機(jī)控制的研究也就顯得尤為重要了。除了在數(shù)控系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，近年來由于微型計(jì)算機(jī)方面的快速發(fā)展，使步進(jìn)電機(jī)的控制發(fā)生了革命性變革。比如在數(shù)控系統(tǒng)中就得到廣泛的應(yīng)用。 步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一, 廣泛應(yīng)用在各種工業(yè)控制系統(tǒng)中。即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。您可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)您可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。而采用單片機(jī)的軟件和硬件結(jié)合進(jìn)行控制，運(yùn)用其強(qiáng)大的可編程和運(yùn)算功能，充分利用單片機(jī)的各種資源，能靈活的對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)其不同模式、步數(shù)、正反轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速等控制，如果需改變控制要求，一般只需改變軟件就能適應(yīng)新的環(huán)境，并且在本設(shè)計(jì)中利用動(dòng)態(tài)掃描技術(shù)，把顯示電路和鍵盤電路有機(jī)的結(jié)合起來，能做到一定的人機(jī)交換，而且為了抗干擾，提高可靠性，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。目前，單片機(jī)價(jià)格已很低廉，這使得單片機(jī)的應(yīng)用更為廣泛，因此就比較普遍地應(yīng)用單片機(jī)來控制各種電機(jī)完成各種新穎的、高性能的控制策略，特別是單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制，使步進(jìn)電機(jī)的各種潛力、能力得到充分的發(fā)揮，也使步進(jìn)電機(jī)的各種性能更符合現(xiàn)代工藝的要求。單片機(jī)是現(xiàn)代電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的新興領(lǐng)域，以單片機(jī)為代表的嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)標(biāo)志著現(xiàn)代電子系統(tǒng)時(shí)代的到來。攪拌機(jī)在化工、制藥、食品水產(chǎn)業(yè)、塑料等行業(yè)的生產(chǎn)過程中應(yīng)用也很廣泛，攪拌機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)均是使用工況的要求考慮一定余量，而攪拌機(jī)在實(shí)際使用過程中，則不一定要在最大轉(zhuǎn)速下工作，有很多時(shí)間都可以工作在非滿載狀態(tài)。基于節(jié)能要求，開發(fā)出變頻調(diào)速電機(jī)、小剪切阻力槳葉、以新型密封代替機(jī)械密封和填料密封，以磁力驅(qū)動(dòng)代替機(jī)械驅(qū)動(dòng)。但是，它也面臨著必需滿足合理利用資源、節(jié)能降耗和對(duì)環(huán)境保護(hù)要求的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)；調(diào)速；單片機(jī)II第1章 概述 攪拌機(jī)是隨著現(xiàn)代混凝土施工工藝發(fā)展起來的一種機(jī)械設(shè)備，是一種帶有葉片的軸在圓筒或槽中旋轉(zhuǎn)，將多種原料進(jìn)行攪拌混合，使之成為一種混合物或適宜稠度的機(jī)器。軟件部分采用C語言編程，主要包括鍵盤顯示程序、步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速程序、停止判斷程序等。通過軟硬件的設(shè)計(jì)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)能根據(jù)設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)加減速控制，同時(shí)它能準(zhǔn)確地控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，啟動(dòng)和停止。本文首先簡單的介紹了步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展概況、特點(diǎn)及工作原理。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)智能儀表課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)蒙古科技大學(xué)智能儀表綜合訓(xùn)練課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目：步進(jìn)式攪拌機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ——驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào)：專 業(yè)：班 級(jí)：指導(dǎo)教師：目錄目錄 I摘要 II第1章 概述 1 1 1 2 2 3 4 5 6 6第2章 總體方案設(shè)計(jì) 7 7 7 7 9 9 9第3章 硬件設(shè)計(jì)與仿真 11——核心 11 11 11 13 13 14 14 15 16 17 18第4章 軟件設(shè)計(jì) 19 19 19 主程序工作過程 19 20 20 21第5章 調(diào)試與總結(jié) 22 22 23 23附錄A：步進(jìn)式攪拌機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件原理圖 26LCD顯示部分： 26LED顯示部分： 27摘要步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件，它能按照控制脈沖的要求，迅速起動(dòng)，制動(dòng)，正反轉(zhuǎn)和調(diào)速。具有步距角精度高特點(diǎn)，因此在眾多領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。包括步進(jìn)電機(jī)的控制方案和驅(qū)動(dòng)方案作了系統(tǒng)說明，給出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體方案，以及本系統(tǒng)的特點(diǎn)和功能。硬件是以AT89C51單片機(jī)為核心的控制電路，主要包括：LED/LCD顯示器、鍵盤顯示電路、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片等。本文采用軟硬件結(jié)合的方法，達(dá)到了對(duì)步進(jìn)電機(jī)的最佳控制。 近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和相關(guān)理論的完善和進(jìn)一步成熟，攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)和制造獲得了飛速發(fā)展。攪拌器在服從裝置規(guī)模經(jīng)濟(jì)化和品種多樣化的同時(shí)，正日趨大型化?；诮档彤a(chǎn)品總體成本、減少維修保養(yǎng)成本和提高設(shè)備品均維修間隔時(shí)間的要求，大大提高設(shè)備運(yùn)行壽命，逐漸的采用以單片機(jī)為核心的智能化攪拌機(jī)。在某些應(yīng)用場合，由于攪拌機(jī)配置及運(yùn)行轉(zhuǎn)矩大的特點(diǎn)，通常是在攪拌機(jī)電機(jī)的選用上我們采用步進(jìn)電機(jī)作為攪拌機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，這樣我們既可以保證了攪拌機(jī)大力矩的負(fù)載，又可保護(hù)電機(jī)由于太大負(fù)載毀壞。采用嵌入式系統(tǒng)集成器件，將電機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)從單純的硬件設(shè)計(jì)變?yōu)橹悄芑挠?、軟件設(shè)計(jì)，從而使現(xiàn)代電子系統(tǒng)軟硬件結(jié)合，具有智能化、系統(tǒng)功能，具有柔韌性及激勵(lì)、運(yùn)行、響應(yīng)等特點(diǎn)。一般步進(jìn)電機(jī)控制器都用硬件實(shí)現(xiàn)，雖然電路可以做到了高集成度，可價(jià)格較貴，功能相對(duì)較單一，并且設(shè)計(jì)要求有所改變，就得改變整個(gè)硬件電路，比較麻煩。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱脈沖電動(dòng)機(jī)或階躍電動(dòng)機(jī)，其應(yīng)用發(fā)展已有約80年的歷史。通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（即步進(jìn)角）。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，同時(shí)步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差，精度高，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以在寬廣的頻率范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率來實(shí)現(xiàn)調(diào)速、快速起停、正反轉(zhuǎn)控制等。步進(jìn)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上也是由定子和轉(zhuǎn)子組成，可以對(duì)旋轉(zhuǎn)角度和轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行高精度控制。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。目前世界各國都在大力發(fā)展數(shù)控技術(shù)，我國的數(shù)控系統(tǒng)也取得了很大的發(fā)展，我國已經(jīng)能夠自行研制開發(fā)適合我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展需要的各種檔次的數(shù)控系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)明顯的步進(jìn)電機(jī)被廣泛應(yīng)用在電子計(jì)算機(jī)的許多外圍設(shè)備中，例如打印機(jī)，紙帶輸送機(jī)構(gòu)，卡片閱讀機(jī)，主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和存儲(chǔ)器存取機(jī)構(gòu)等，步進(jìn)電機(jī)也在軍用儀器，通信和雷達(dá)設(shè)備，攝影系統(tǒng)，光電組合裝置，閥門控制，數(shù)控機(jī)床，電子鐘，醫(yī)療設(shè)備及自動(dòng)繪圖儀，數(shù)字控制系統(tǒng)，工具機(jī)控制，程序控制系統(tǒng)以及許多航天工業(yè)的系統(tǒng)中得到應(yīng)用。雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能像普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識(shí)。上世紀(jì)80年代以后，由于微型計(jì)算機(jī)以多功能的姿態(tài)出現(xiàn)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方式變得更加靈活多樣。基于微型單片機(jī)的控制系統(tǒng)則通過軟件來控制步進(jìn)電機(jī)，能夠更好地發(fā)揮步進(jìn)電機(jī)的潛力。還比如為了適應(yīng)一些領(lǐng)域中高精度定位和運(yùn)行平穩(wěn)性的要求，出現(xiàn)的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)，就包括振蕩器、環(huán)行分配器控制的細(xì)分驅(qū)動(dòng)、基于單片機(jī)斬波恒流驅(qū)動(dòng)、基于單片機(jī)的直流電壓驅(qū)動(dòng)三種常見驅(qū)動(dòng)方式，除上述三種步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方案之外，目前報(bào)道的驅(qū)動(dòng)方案還有根據(jù)匯編語言或C語言進(jìn)行軟件開發(fā)，通過串行或并行通行的方式實(shí)現(xiàn)ｐｃ機(jī)與步進(jìn)電機(jī)控制器之間的數(shù)據(jù)通信，最終實(shí)現(xiàn)由PC機(jī)直接控制步進(jìn)電機(jī)的方法。當(dāng)電流流過某相定子繞組時(shí)，相應(yīng)的定子繞組分別形成NS極，產(chǎn)生一矢量磁場。當(dāng)定子的矢量磁場旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。利用單片機(jī)控制脈沖發(fā)生器產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號(hào)，脈沖分配器將產(chǎn)生一定規(guī)律的電脈沖輸出給驅(qū)動(dòng)器，就可以控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動(dòng)機(jī)各相繞組的通電順序來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。每來一個(gè)脈沖電壓，轉(zhuǎn)子就旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角，稱為一步。電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，步進(jìn)電機(jī)將電脈沖轉(zhuǎn)換成特定的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)電磁式步進(jìn)電機(jī)可分為永磁式(PM)、反應(yīng)式(VR)、和混合式(HB)三大類；按相數(shù)分則可分為單相、兩相和多相三種。 (1)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)(Variable Reluctance，簡稱VR)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是由軟磁材料制成的，轉(zhuǎn)子中沒有繞組。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)有單段式和多段式兩種類型；(2)永磁式步進(jìn)電機(jī)(Permanent Magnet，簡稱PM)永磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是用永磁材料制成的，轉(zhuǎn)子本身就是一個(gè)磁源。它輸出轉(zhuǎn)矩大，動(dòng)態(tài)性能好，消耗功率小(相比反應(yīng)式)，但啟動(dòng)運(yùn)行頻率較低，還需要正負(fù)脈沖供電；(3)混合式步進(jìn)電機(jī)(Hybrid，簡稱HB)混合式步進(jìn)電機(jī)綜合了反應(yīng)式和永磁式兩者的優(yōu)點(diǎn)。因永磁體的存在，該電機(jī)具有較強(qiáng)的反電勢，其自身阻尼作用比較好，使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中比較平穩(wěn)、噪聲低、低頻振動(dòng)小。 （1）步進(jìn)電機(jī)必須加驅(qū)動(dòng)才可以運(yùn)轉(zhuǎn)， 驅(qū)動(dòng)信號(hào)必須為脈沖信號(hào)，沒有脈沖的時(shí)候， 步進(jìn)電機(jī)靜止，如果加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號(hào)， 就會(huì)以一定的角度（稱為步距角）轉(zhuǎn)動(dòng)。 （2），一圈360度，需要48個(gè)脈沖完成，因而步進(jìn)電機(jī)是可以計(jì)算的。 （4） 改變脈沖的順序， 可以方便的改變轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。由于在有些應(yīng)用場合，并不需要高精度的控制，而是需要在滿足一般工作要求的情況下，盡量使控制系統(tǒng)做到：系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡單，成本低；功能較為齊全；適應(yīng)性強(qiáng)；電機(jī)各種運(yùn)行狀態(tài)指示一目了然，操作方便；系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高等要求。本設(shè)計(jì)課題是基于單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)攪拌機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)，因而對(duì)控制精度的