摘要：本文給出了基于LabVIEW 控制步進電機的方法, 講述了控制系統(tǒng)的構(gòu)成, 通過和其它控制步進電機方法的對比, 可以看出并口通訊的優(yōu)勢。系統(tǒng)具有良好的軟件交互界面, 編程簡單, 運行高效, 有實際應用價值。 關鍵詞：LabVIEW；步進電機；并口通訊 1 前言 在步進電機控制系統(tǒng)設計中, 傳統(tǒng)的設計方法是用邏輯電路或單片機實現(xiàn)步進電機控制, 但由于線路復雜而且制成后不易調(diào)整, 所以存在一定的局限性。后來采用虛擬儀器圖形化編程軟件壓來控制步進電機, 硬件結(jié)構(gòu)上變得十分簡潔, 軟件上編程簡單, 而且有較好的人機交互界面, 根據(jù)不同的要求可隨時調(diào)整控制方式。 與現(xiàn)在國內(nèi)普遍采用的控制電機方式一用通過運動采集卡來控制步進電機相比, 本文采用的計算機并口作為連接機和步進電機驅(qū)動器的通訊媒介來傳輸脈沖信號的方式, 不僅價格低廉, 而且更加容易推廣。 2.系統(tǒng)控制的研究方案 2.1系統(tǒng)總體的電氣控制結(jié)構(gòu)圖 步進電機是整個系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的動力機構(gòu), 驅(qū)動控制系統(tǒng)包括兩大部分, 一個是步進電機驅(qū)動部分,即硬件的驅(qū)動部分, 還有一個是機的軟件驅(qū)動部分, 即用發(fā)的軟件系統(tǒng)。 這兩大部分用計算機并口線打印線接。并口通訊在整個系統(tǒng)中完成軟件和硬件的銜接的工作, 主要用作數(shù)據(jù)傳輸、控制以及數(shù)據(jù)采集等。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示 整個的硬件控制系統(tǒng)是由幾個單一功能的模塊相互聯(lián)系而組成的。將系統(tǒng)模塊化, 便得到各個模塊在整個系統(tǒng)中所執(zhí)行的功能。其中電腦中安裝了應用軟件, 起控制電機的作用, 將通過算法得出的相應坐標量轉(zhuǎn)換成電機轉(zhuǎn)動量步進電機驅(qū)動器起將并口傳輸過來的脈沖信號進行轉(zhuǎn)換、放大, 然后輸送到步進電機, 來最終達到控制步進電機的作用。 2.2技術方案 本設計使用的步進電機驅(qū)動器的驅(qū)動電路是經(jīng)典的集成塊組合電路, 雙極性驅(qū)動二相永磁步進電機及二相四相合式步進電機。主控制器采用機控制, 軟件采用編寫開發(fā)。信號通訊媒介采用并口來實現(xiàn)。十步進電機驅(qū)動器技術參數(shù)為供電電源推動電壓為一, 前置輸人為輸出電流為峰值相動方式為恒相電流勵磁方式為整步、半步細分。 3.簡介并口模塊程序設計 現(xiàn)簡介美國出的虛擬儀器開發(fā)平臺, 它用圖標代替文本代碼創(chuàng)建應用程序, 擁有流程圖程序設計語言的特點, 執(zhí)行順序是依方塊圖間數(shù)據(jù)的流向來決定的, 而不像一般通用的編程語言逐行地執(zhí)行在編寫方塊圖程序時, 只需從功能模塊中選用不同的函數(shù)圖標, 然后 再以線條相互連接, 即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。與一般的程序相比, 供了三個浮動的圖形化工具模板, 分別是工具模板、控制模板和功能模板。這三個模板功能強大, 使用方便, 表示直觀, 是用戶編程的主要工具。 3.2并行接口簡介 在整個系統(tǒng)中, 并口編程模塊的設計是連接電氣控制部分和機械系統(tǒng)的關鍵環(huán)節(jié)。并行接口有三大類, 一是標準并行接口, 二是增強型并行接口, 三是擴展型并行端口。機幾一般都配有至個并行口, 其通過針插座與其它設備相連。該接口內(nèi)有個輸出鎖存輸入緩沖器。它們占用了個端口。第個地址是,為數(shù)據(jù)口。第個地址是, 為狀態(tài)輸入口。第個地址是, 為控制信號輸出口, 通常為了使程序具有通用性, 可以從注冊表中取得這個地址, 對于而言, 這個值被存儲在〕。然后就可以通過對這三個端口進行控制達到簡單的并口編程目的。整個并日有根可用信號線, 其它一號引線為接地線。 3.3并口線的設計連接方式與改裝 對于步進電動機控制系統(tǒng)的運動, 只要能向驅(qū)動器發(fā)出兩路信號就可滿足要求一路為控制脈沖方波信號另一路為正反轉(zhuǎn)控制方向電平信號。但步進電機驅(qū)動箱的接口不是按照并口的標準來設計和連接, 而電腦的并口管腳配置卻是按照并口的標準來分配的。因此為了跟步進電機驅(qū)動器的線路進行匹配, 必須對并口線里面的接線進行重新設計, 讓機發(fā)出的信號能夠穩(wěn)定、高效地傳輸?shù)讲竭M電機驅(qū)動器上去。 并口線一共有根線, 控制步進電機只需利用其中的根線。其中分脈沖信號控制線三根, 方向信號控制線三根, 行程開關信號接收線三根, 以及一根地線。剩下的巧根線一律不接或者一端懸空, 主要的原因是不讓它產(chǎn)生干擾, 從而影響其它的數(shù)據(jù)線的正常數(shù)據(jù)發(fā)送和接收?？梢圆桓膭与娔X并口接線, 只需改接電機驅(qū)動箱的接口線。 通過對程序和并口管腳的定義及特點的分析,確定步進電機驅(qū)動箱并口的第2、3、4、5、6、15、17、18、19分別對應接機并口的第10、11、4、5、6、12、7、8、9管腳, 另外步進電機驅(qū)動箱并口的第管腳接機的第的任意一個管腳。其中, 步進電機驅(qū)動箱并口的第4、5、6和第7、8、9分別對應的是電機X、Y、Z的脈沖信號控制線和正反轉(zhuǎn)控制線, 第2、3、15巧對應的是行程開關控制線, 另外第14管腳接的是系統(tǒng)地線。 3.4并口的編程方法和數(shù)據(jù)傳輸 在機上LabVIEW作為前臺的界面及數(shù)據(jù)處理工具的應用大大簡化了上位機的軟件開發(fā), 并且方便了各種不同數(shù)據(jù)處理程序的調(diào)用和具有較好的人機交互界面。在中的子中LabVIEW, 并沒有對并口進行反向傳輸?shù)墓δ? 只能進行傳統(tǒng)的正向傳輸, 所以不能直接進行調(diào)用。但是中有對寄存器直接讀寫的個子,和。可直接進行寄存器的讀寫操作, 從而改變并口端口的數(shù)值, 從而輸出相應信號LabVIEW這樣就大大地保證了脈沖信號的精確發(fā)出和行程開關信號的有效接收。圖為并口編程方法和數(shù)據(jù)傳輸方法 計算機程序是通過改變并口寄存器的值來控制輸出并口線的數(shù)值, 寄存器一共有位32, 每一位對應的值有兩個, 0或1。通過不斷的探索實驗, 終于確定了寄存器的第26、27、28、29、30、31位分別對應于并口的第4、5、6、7、8、9口。因此只要編寫程序?qū)⒚}沖信號輸人并口的相應寄存器上, 就可以達到控制并口相應位輸出需要的脈沖。行程信號的采集是通過。這個子來實現(xiàn)。 4.系統(tǒng)控制程序?qū)崿F(xiàn) 本文采用模塊化程序設計思想, 設計系統(tǒng)的控制程序, 用設計的系統(tǒng)連接繪圖儀進行繪圖試驗,來驗證設計的合理性。 4.1繪圖系統(tǒng)總體程序流程圖 　　當開始繪圖之前, 首先需要將刀具復位到初始原點, 以便在繪圖時準確定位。所以首先讓電機轉(zhuǎn)動, 使繪圖筆向原點靠近, 待行程開關觸發(fā)后將脈沖輸?shù)綑C, 然后控制電機停止轉(zhuǎn)動, 此時刀具在起始位置。下一步, 輸人脈沖, 使電機轉(zhuǎn)動到繪圖初始位置, 即讓刀具接近或者接觸被繪圖物。當?shù)竭_初始位置后, 啟動電機, 開始繪圖。當繪圖結(jié)束后,電機停止轉(zhuǎn)動, 然后再返回刀具起始位置。圖為4系統(tǒng)總體程序流程圖 4.2從獲取的圖形數(shù)據(jù)數(shù)組來畫圖 LabVIEW作為圖形化編輯軟件, 不斷可以采集外界的信號, 同時本身能夠產(chǎn)生各種規(guī)則信號, 因此將采集的模擬信號數(shù)字化或者本身發(fā)生的信號的數(shù)據(jù)作為脈沖程序控制源, 只要控制好一定的時序, 就能使信號波形通過步進電機轉(zhuǎn)動的方式讓它畫出來。 編程時把正弦信號作為輸人信號進行闡述。首先, 通過正弦信號發(fā)生器產(chǎn)生正弦信號數(shù)據(jù)數(shù)組,然后通過簇輸送到波形顯示器上去讓它顯示。同時從數(shù)據(jù)數(shù)組線中分出一根作為脈沖控制信號輸?shù)蕉〞r循環(huán)里面, 作為脈沖控制信號線。定時循環(huán)里面, 利用等長時間長度的方法對正弦信號進行采樣, 然后將采樣得到的數(shù)值存入數(shù)組, 將數(shù)組數(shù)據(jù)對位操作, 然后轉(zhuǎn)換成相應、軸電機驅(qū)動器脈沖數(shù), 完成對、軸電機轉(zhuǎn)速以及方向的控制, 最后將正弦信號在繪圖平臺上用步進電機相對應運動的方式把它畫出來。正弦信號的波形可以畫出來之后, 其它的波形信號同理也可以輸入到循環(huán)里面,讓它按程序設定畫出來。圖5為系統(tǒng)畫正弦圖形的程序控制圖。 5.總結(jié) 該系統(tǒng)軟件部分采用美國公司的虛擬儀器開發(fā)軟件進行開發(fā), 編寫了相應的軌跡控制程序, 設計了簡單易于控制的控制面板, 同時根據(jù)并口通訊的特點, 采用并口作為連接機和步進電機驅(qū)動器的通訊媒介來傳輸脈沖信號, 克服了并口傳輸電壓與步進電機驅(qū)動器的脈沖驅(qū)動電壓不匹配的問題, 以及并口信號的傳輸速率與脈沖相應的速率的匹配等諸多問題。在調(diào)試過程中, 通過定時循環(huán)方法對其加以控制, 成功地解決了機發(fā)出信號頻率不穩(wěn)定的問題, 并且找到了驅(qū)動步進電機的最佳脈沖控制頻率范圍。最終實現(xiàn)用LabVIEW圖形化編程軟件對步進電機的控制和顯示。