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基于LabVIEW的步进电机控制

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2012年2月15日第35卷第4期

现代电子技术

M o d e r n E l e c t r o n i c s T e c h n i q

u e F e b .2012

V o l .35N o .4

基于L a b V I E W 的步进电机控制

庄瑞荣,吴先球

(华南师范大学物理与电信工程学院,广东广州 510006

摘 要:为了实现P C 机对步进电机的自动调节,设计了基于虚拟仪器技术的步进电机控制方案。系统采用L 298N 芯片进行驱动,以L a b V I E W 作为开发平台,并通过串口实现数据通信。结果显示,该系统能够很方便地实现步进电机的转速转向控制,而且利用虚拟仪器开发平台L a b V I E W 编写上位机程序,

具有编程简单,控制界面友好,程序可移植性强的特点。关键词:步进电机;串口;L

a b V I E W ;V I S A

中图分类号:T N 911-34 文献标识码:A 文章编号:1004-373X (201204-0202-

03L a b V I E W -b a s e d c o n t r o l o f s t e p p i n g

m o t o r s Z HU A N G R u i -r o n g

,WU X i a n -q i u (I n s t i t u t e o f P h y s i c s a n d T e l e c o m m u

n i c a t i o n E n g i n e e r i n g ,S o u t h C h i n a N o r m a l U n i v e r s i t

y ,G u a n g z h o u 510006,C h i n a A b s t r a c t :I n o r d e r t o c o n t r o l t h e

s t e p p i n g m o t o r a u t o m a t i c a l l y ,a L a b V I E W -b a s e d c o n t r

o l s y s t e m f o r s t e p p i n g m o t o r s w a s d e -s i g n e d .L 298Nc h

i p i s a d o p t e d i n t h e s y s t e m t o d r i v e t h e s t e p p i n g

m o t o r s .T h e d a t a c o m m u n i c a t i o n b e t w e e n L a b V I E W a

n d t h e m i c r o -c o n t r o l l e r i s e x e c u t e d v i a s e r i a l p o r

t .T h e s o f t w a r e a n d h a r d w a r e o f t h e s y s t e m a r e p r e

s e n t e d .T h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o w t h a t t h i s s y s t e

m h a s a c o n v e n i e n t o p e r a t i o n a l i n t e r f a c e ,a n d i s e a

s y

t o r e a l i z e t h e c o n t r o l o f r o t a t e s p e e d a n d d i r e

c t i o n .K e y w o r d s :s t e p p i n g

m o t o r ;s e r i a l p o r t ;L a b V I E W ;V I S A 收稿日期:2011-09-

11基金项目:国家自然科学基金资助项目(10575039

步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线

位移的机电元件。它在在工业自动化控制、数控机床、机器人等领域有着广泛的应用。在远程实验系统中,经常有需要利用步进电机对一些旋钮、

位置等进行自动调节。本文设计了基于虚拟仪器技术的步进电机控制方案。该方案采用虚拟仪器控制步进电机,编程简单,界面友好,

易于更改程序功能,控制灵活性得到了提高。1 步进电机工作原理

步进电机按其力矩产生原理可以分为反应式、永磁式和混合式几种。本文采用的是反应式二相四线步进电机,

定子有两个线圈绕组,设其中一个线圈绕组为A 相, 另一个线圈绕组为B 相。当给A 相绕组通电时,该绕组即产生磁场,转子齿与A

相绕组各齿对齐;当给B 相绕组通电时,

转子齿将与B 相绕组各齿对齐,这样,转子就旋转了一个角度。依次给A 相、B

相绕组通电,就可以实现步进电机的旋转,改变通电的顺序(即先给B 相绕组通电,

再给A 相绕组通电就可以改变电机旋转的方向。另外,由于步进电机是由脉冲信号进行控制的,给电机发一个控制脉冲,它就转一步,再发一个脉冲,

它会再转一步。两个脉冲的时间间隔越短,步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率,就可以对

步进电机进行调速。2 步进电机控制硬件电路2.1 串行接口电路

串行接口电路由R S 232串行接口、MA X 232芯片和A T 89S 51单片机三部分构成。其中,R S 232串行接口用于连接P C 的R S 232串行接口,MA X 232芯片用于衔接R S 232串行接口与A T 89S 51单片机,实现单片机输入/输出的串口信息到P C 的串行接口信息的转换,即A T 89S 51单片机信号的T T L 电平到R S

232电平的转换,从而实现二者之间电气特性上的兼容。具体串行接口硬件电路如图1所示。2.2 驱动电路

步进电机的驱动电路有多种方案,本文采用芯片L 298N 进行驱动。该芯片是专用驱动集成电路,

输出电流大,输出功率强。其输出电流为2A ,最高电流4A ,最高工作电压50V ,可以驱动感性负载,如大功率直流电机、步进电机、电磁阀等,特别是其输入端可以与单片机直接相连,从而很方便地受单片机控制。

采用L 298N 芯片可以直接控制步进电机,并可以实现电机正转与反转,实现此功能只需改变输入端的逻辑电平。同时,为了避免电机对单片机的干扰,在驱动电路中加入光耦T P L -521,进行光电隔离,从而使系统能稳定可靠的工作。具体驱动电路如图2所示。

图1

串行接口硬件电路图2 步进电机驱动电路

3 步进电机控制程序设计

3.1 下位机程序设计

单片机接口程序采用C51语言编写。程序中,定义了数组t a b l e1和t a b l e2,用来存储脉冲信号对应的数据;并定义了一个控制转向的指针c o n t r o l m o d e,为该指针赋予不同的值,电机便实现正反转功能。另外,程序中还定义一个速度控制变量m o d e,通过P C机发送命令字改变速度控制变量的值便可以实现转速的控制。在m a i n函数部分,先调用“串口初始化程序”,再调用“控制命令字判断程序”以实现电机的速度和转向控制。m a i n函数的最后部分将单片机收到的命令字返回给P C机,方便观察者查看通信的情况。下面给出m a i n 函数及控制变量的程序段。

…

U c h a r i d a t a t a b l e1[]={0x f e,0x f d,0x f b,0x f7,0x f f};//正转

3

2

第4期庄瑞荣,等:基于L a b V I EW的步进电机控制

U c h a r i d a t a

t a b l e 2[]={0x f 7,0x f b ,0x f d ,0x f e ,0x f f };//反转u c h a r

i d a t a *c o n t r o l _m o d e ;//控制转向指针s t a t i c i n t

m o d e ;//速度控制变量…

v o i d m a i n ({s e r i n i t (; //调用串口初始化程序 w h i l e (1 {d i s p l a y (;//控制命令字判断 i f (f l a g ==1 //判断是否完成接收 {f l a g

=0; E S =0;

//串口中断关闭 S B U F =t e m p ; //将原先发送的值返回 w h i l e

(!T I ;

//判断是否发送完成 T I =0;

//是则硬件清0 E S =1;

//再次打开串口中断 }}…

3.2 上位机程序设计

单片机和P C 的通信是通过单片机的串口和P C 串口之间的硬件连接实现的。由于L a b V I EW 软件简洁直观,功能强大灵活,该设计采用L a b V I EW 编写上位机的控制程序。程序编写涉及V I S A ,它的实质是一个标准的I /O 函数库。这些库函数用于编写仪器的驱动程序,

完成计算机与仪器间的命令和数据传输,以实现对仪器的程控。

在L a b V I EW 里使用V I S A ,必须安装N I -V I S A 程序包,安装后,与串口通信相关的V I S A 函数位于

F u n c t i o n s →A L L F u n c t i o n s →I n s t r u m e n t I /O →S e r i a l 子模板上,其中,V I S A 配置串口函数用于设定一些参数,并将指定的串口按特定设置初始化;V I S A 写入函数将“写入缓冲区”的数据写入指定的串口;V I S A 读取函数从指定的串口中读取指定字节的数据,

并将数据返回至“读取缓冲区”;V I S A 关闭函数关闭指定串口的会话句柄或事件对象。 本文设计的步进电机控制程序采用上述的通信函数结合事件结构进行编写,并通过程序调试,实现了步进电机的转向和转速控制。程序前面板与程序框图分别如图3和图4所示。4 结 语

本文利用图形化编程语言L a b V I EW 编写程序实现了P C 与单片机的串口通信,并结合单片机外围电路对步进电机进行了转速和转向的控制。实验证明采用L a

b V I EW 编写的程序对步进电机进行控制具有人机

交互界面友好、编程简单、效率高等特点,并且采用L a b V I EW 编写的控制程序移植性较强,可以很方便地被其他程序调用以构成功能更齐全的程序

。

图3

前面板

图4 程序框图

合集下载

基于LabVIEW的伺服电机转速测控与仿真

基于LabVIEW的伺服电机转速测控与仿真

西南科技大学本科毕业设计（论文）任务书

题目名称 基于LabVIEW的伺服电机转速测控与仿真

学生姓名 专业班级 学号

题目来源 □教师科研 □社会实践□实验室建设 其它 题 目

类 型 □理论研究 □应用研究

设计开发 □其它

选题背景及目的 LabVIEW提供了图形化编程方法,在设计智能机器或工业设备、分布式测试、测量和控制系统的设计有着广泛地应用,随着电机在现代工业和农业中应用的日益广泛,工农业生产机械化和自动化程度发展迅速。电机转速的测量和控制引起了广泛的关注,但是测量精度、实用性等问题一直没有得到很好的解决。因此，研究利用LabVIEW来测量控制和仿真电机转速具有重要的实用价值和现实意义。

工作任务及要求 基本要求：

1设计电机转速控制的总体方案；

2查阅相关研究文献；

3完成LabVIEW电机转速测控软件设计；

4进行测试仿真验证；

5 翻译一篇相关外文文献；

6 撰写毕业论文；

主要指标：

1、完成LabVIEW电机转速测控软件；

2、显示不小于4位数。

时间安排 1. 开题报告: 年 月 日 至 年 月 日。

2. 完成初稿： 年 月 日 至 年 月 日。

3．预计答辩： 年 月 日 至 年 月 日。

以上内容由指导教师填写

指导教师

签 字 教师姓名：

年 月 日 学院

审核 审核意见：

组长签字： 年 月 日

学生接受任务签字 接受任务时间： 年 月 日 学生签名：

阐述基于LabVIEW的电机转速测控

阐述基于LabVIEW的电机转速测控

阐述基于LabVIEW的电机转速测控

当代社会科学发展迅猛，电机的应用伴随着科学发展的迅猛潮流慢慢渗透到各个领域。电机的广泛使用就必须有相应的检测维护过程，其中电机的转速的测量和控制是不可缺少的一个环节，尤其是在水利发电系统中。

1.虚拟仪器和LabVIEW

虚拟仪器一般由硬件和软件两部分组成，分别为计算机、仪器硬件和应用软件，其中应用软件主要指数据处理软件和结合计算机显示器模拟信号输入输出的软件，并由计算机及其测量仪器硬件模块组成了虚拟仪器硬件平台的基础。LabVIEW是一种实验室虚拟仪器集成环境，是NI公司专门为虚拟仪器的研究开发而设计的软件。作为这一行业标准图形化编程软件，不仅能够轻松地完成与各种软硬件的连接，更能为各方面提供强大的后续数据处理能力，设置数据处理、转换、存储的方式，并将结果显示给用户。

2.水利发电原理

水利发电的基本原理是利用水位落差，配合水轮发电机产生电力，即利用水的位能转为水轮的机械能，再以机械能推动发电机，而得到电能。科学家以水位落差的天然条件，有效的利用流力工程及机械物理等知识，设计出高发电量的设备，供人们使用廉价又无污染的电能。

3.系统硬件电路的设计

本系统硬件部分主要是电机转速的采集部分。本系统采用3144霍尔电磁传感开关进行电机转速的采集。因为数据采集卡对于电机转速采集到的数据可以直接获取采用，而不需要进行信号处理。系统硬件结构框图如图1。

4.软件部分程序的设计

4.1设计方案 本系统软件设计部分分以下几个步骤：（1）发送信号；（2）信号程序调用；（3）信号采集；（4）信号分析；（5）得出波形，测的转速；（6）比较转速，控制电机状态。设计程序流程图如图2。

4.2电机转速测控软件部分的程序设计 1）程序调用.设计过程中首先要进行信号的输入，进行信号的模拟采集与初步处理，需要调用3144霍尔传感器所对应的函数模块，从而获得信号。2）信号的采集、处理、分析.由传感器收集到信号后，并发送到计算机处理程序中进行详细处理，存储到采集卡，并在程序面板上显示。最后将得到过调整、处理的信号波形进行分析。3）程序由桌面显示.在计算机程序上处理完后，一系列数据都会在程序的前面板上显示。

基于labVIEW的步进电机驱动系统设计

基于labVIEW的步进电机驱动系统设计

word文档 可自由复制编辑 权 利 要 求 书

1．一种基于labview的步进电机驱动系统，这种基于labview的步进电机驱动系统包括步进电机系统（1）和labview控制系统（2），其中的步进电机系统（1）包括直流电源（3）、驱动器（4）和步进电机（5），labview控制系统（2）包括NI计算机（6）和NI板卡（7），其特征在于：所说的步进电机系统（1）的控制信号是由labview控制系统（2）所编程序调节的。

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种机械电器设备,即一种基于labview的步进电机驱动系统.

背景技术

基于单片机或基于工控机的步进电机控制系统都是比较成熟的公知技术.采用这些技术就可以在比较复杂的外界条件下有效地控制步进电机驱动.在现代社会中,我们会发现技术不断的更新,而每每更新技术,就相应的要带来更新仪器设备的问题,这不仅给企业公司带来沉重的资金负担,还对人类社会上的有限的自然资源和人力资源造成不必要的浪费.因此,导致技术更新迅速,而企业应用却相对落后.

发明内容

本实用新型的目的是:提供一种既节约成本,又方便更新换代的软件技术支持代替原本仪器的功能.既解约了资源,又使技术推广得以简单易行.

上述目的是由以下技术方案实现的：由labview提供软件平台,设计一种程序产成控制信号,由信号控制驱动器,驱动步进电机按照程序设定驱动设备.

所说的labview是美国国家仪器公司( National Instruments, 简称NI)于80年代中期首先提出了基于计算机技术的虚拟仪器(virtual Instruments，简称VI)概念，把虚拟测试技术带入新的发展时期，随后研制和推出了基于多种总线系统的虚拟仪器.所谓虚拟仪器，实际上就是一种基于计算机的数字化测量

word文档 可自由复制编辑 测试仪器。它采用计算机开放体系结构取代传统的单机测量仪器，能对各种各样的数据进行计算机处理、显示和存储。它可使用相同的硬件系统，通过不同的软件就可以实现不同的各种测量测试功能，即软件系统是虚拟仪器的核心.

利用LabVIEW进行电机控制与调试

利用LabVIEW进行电机控制与调试

利用LabVIEW进行电机控制与调试

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一款基于图形化编程语言的开发环境，广泛应用于科学与工程领域的数据采集、分析、控制以及调试等方面。本文介绍如何利用LabVIEW进行电机控制与调试，包括步进电机和直流电机的控制方法以及相关调试技巧。

一、步进电机控制

步进电机是一种离散控制的电机，通过对电机驱动成组的正向或反向脉冲信号，实现旋转角度的精确控制。LabVIEW提供了丰富的工具和函数来实现步进电机的控制。

首先，在LabVIEW中创建一个新的VI（Virtual Instrument）文件。在Block Diagram中选择一个While Loop，并在循环内部添加若干个控制步进电机运动的代码。

例如，可以通过控制单个IO口的高低电平来实现脉冲信号的输出。使用LabVIEW中的Digital Output模块，将其配置为输出模式，并将其与步进电机驱动器的脉冲接口连接。然后，在每次循环迭代中，将该IO口的电平设置为高电平，然后延时适当时间，再将其设置为低电平，即可输出一个脉冲信号。

此外，还可以通过使用计数器或定时器模块来生成脉冲信号。LabVIEW中的Counter和Timer模块可以方便地设置计数器的初值、计数范围以及计数速率。通过适当的配置和调试，可以实现步进电机的精确控制。

二、直流电机控制

直流电机是一种常见的电动机类型，广泛应用于各种机械设备中。LabVIEW也提供了多种方法来实现直流电机的控制。

首先，在LabVIEW中创建一个新的VI文件。使用LabVIEW中的Analog Output模块来生成电机驱动信号。将Analog Output模块与直流电机驱动器的控制端口连接，通过调整模块输出的电压值，可以实现对直流电机的转速和方向的控制。

LabVIEW还提供了PID控制器模块，可用于进一步优化直流电机的控制效果。通过调整PID控制器的比例、积分和微分参数，可以实现更精确的速度和位置控制。