專利名稱：一種步進電機的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種步進電機的控制裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及一種步進電機的控制裝置，它由電子元件構(gòu)成，用于控制步進電機的轉(zhuǎn)動。
背景技術(shù)：
[0002]在液相色譜分析系統(tǒng)中使用步進電機來驅(qū)動恒流泵，該場合對步進電機的角度控制精度要求不高，出于對步進電機的控制裝置制造成本的考慮，通常采用如圖3電路所示控制裝置，它主要包括一驅(qū)動步進電機的功率放大器和一控制功率放大器的信號發(fā)生器，所述的信號發(fā)生器為一單片機IC1，單片機內(nèi)設(shè)有程序可使單片機上的四個端口輸出與二進制數(shù)碼相對應(yīng)的電平；所述的功率放大器包括四個三極管T1-T4，所述的三極管的集電極分別與步進電機的繞組a、繞組b的端頭A、/A、B、/B連接，繞組a和繞組b的中心抽頭接電源VE，三極管T1-T4的基極分別通過電阻R10、R13、R25、R28與信號發(fā)生器的輸出端對應(yīng)連接，三極管T1-T4的發(fā)射極接地，信號發(fā)生器輸出的電平使三極管T1-T4導(dǎo)通或截止，當(dāng)三極管Tl導(dǎo)通而三極管T2截止時繞組a中流過正向電流，當(dāng)三極管T2導(dǎo)通而時三極管Tl截止時繞組a中流過反向電流，從而使繞組a產(chǎn)生的磁場方向互為相反，當(dāng)三極管T3、T4互為導(dǎo)通、截止時繞組b產(chǎn)生磁場的過程與繞組a相似；信號發(fā)生器按一定的規(guī)律輸出二進制數(shù)碼電平，每輸出一個二進制數(shù)碼電平，使繞組a、b的合成磁場的方向偏轉(zhuǎn)一角度，由此形成旋轉(zhuǎn)磁場帶動步進電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動；改變信號發(fā)生器輸出電平的頻率，可使步進電機的轉(zhuǎn)速變化。[0003]這種控制裝置結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠、制造成本低，但是在控制步進電機轉(zhuǎn)動時，步進電機的步距最低為0.9度，每步的時間間隔較大使得步進電機的轉(zhuǎn)動不連續(xù)，同時在繞組a、b形成合成磁場時，磁場強度有一最大值，使步進電機產(chǎn)生較大的加速度導(dǎo)致轉(zhuǎn)速不平穩(wěn)，使得恒流泵輸出的液體產(chǎn)生脈動，使分析結(jié)果不準確，使得步進電機產(chǎn)生較大的震動噪音，影響工作環(huán)境。實用新型內(nèi)容[0004]本實用新型要解決的技術(shù)問題是，對現(xiàn)有技術(shù)的信號發(fā)生器進行改進，提供一種新的步進電機的控制裝置，該控制裝置在增加少許成本的基礎(chǔ)上可使步進電機的轉(zhuǎn)動平穩(wěn)、震動噪音降低。[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的步進電機的控制裝置包括驅(qū)動步進電機的功率放大器和向功率放大器輸出控制信號的信號發(fā)生器，其特征是，所述的信號發(fā)生器包括可產(chǎn)生不同電壓值的第一電壓生成電路1、第二電壓生成電路2和第一電壓輸出切換電路3、第二電壓輸出切換電路4 ；[0006]所述的第一電壓生成電路I主要由單片機ICl的端口 Pl.0、Pl.1、Pl.2、Pl.3，電阻R1-R9，二極管D1-D4，運算放大器IC2、IC3構(gòu)成；端口 Pl.0、Pl.1、Pl.2、Pl.3分別接電阻Rl、R2、R3、R4的一端，電阻Rl、R2、R3、R4的另一端分別與二極管D1、D2、D3、D4的陽極相連接，二極管D1-D4的陰極與運算放大器IC2的反相輸入端連接，運算放大器IC2的反相輸入端、輸出端之間接有電阻R5，運算放大器IC2的同相輸入端通過電阻R6接地；運算放大器IC2的輸出端通過電阻R7與運算放大器IC3的反相輸入端連接，運算放大器IC3的反相輸入端、輸出端之間接有電阻R8，運算放大器IC3的同相輸入端通過電阻R9接地；[0007]所述的第一電壓輸出切換電路3由單片機ICl的端口 P3.2、P3.3，模擬開關(guān)IC6、IC7構(gòu)成，模擬開關(guān)IC6、IC7的控制端分別與端口 P3.2、P3.3連接，模擬開關(guān)IC6、IC7的輸入端與運算放大器IC3的輸出端連接，模擬開關(guān)IC6、IC7的輸出端分別通過電阻RIO、R13與功率放大器的三極管T1、T2的基極連接，模擬開關(guān)IC6、IC7的輸出端分別通過電阻R11、R14接地；[0008]所述的第二電壓生成電路2由單片機ICl的端口 Pl.4、Pl.5、Pl.6、Pl.7，電阻R16-R24，二極管D5-D8，運算放大器IC4、IC5構(gòu)成；第二電壓生成電路2中各元件的連接關(guān)系與第一電壓生成電路I中各元件的連接關(guān)系相對應(yīng)；[0009]所述的第二電壓輸出切換電路4由單片機ICl的端口 P3.4、P3.5，模擬開關(guān)IC8、IC9構(gòu)成，模擬開關(guān)IC8、IC9的控制端分別與端口 P3.4、P3.5連接，模擬開關(guān)IC8、IC9的輸入端與運算放大器IC5的輸出端連接，模擬開關(guān)IC8、IC9的輸出端分別通過電阻R25、R28與功率放大器的三極管T3、T4的基極連接，模擬開關(guān)IC8、IC9的輸出端分別通過電阻R26、R29接地。[0010]所述的功率放大器包括三極管T1-T4，所述的三極管的集電極分別與步進電機繞組a、b的端頭A、/A、B、/B連接，步進電機繞組a、b的中心抽頭接電源VE，三極管T1-T4的集電極與電源VE之間分別跨接有用于續(xù)流的二極管D9-D12，三極管T1-T4的發(fā)射極分別通過電阻 R12、R15、R27、R30 接地。[0011]所述的單片機ICl的型號為AT89C2051，端口 Pl.0、Pl.1分別通過電阻R31、R32與電源V+相連接。[0012]所述的模擬開關(guān)IC6、IC7、IC8、IC9的型號為CD4066。[0013]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，增加了第一電壓生成電路1、第二電壓生成電路2，該電壓生成電路可在單片機的控制下分別輸出具有對應(yīng)關(guān)系的兩組電壓信號，該電壓信號通過功率放大器放大后輸送至步進電機的繞組，使繞組產(chǎn)生恒定的磁場，同時可對磁場偏轉(zhuǎn)的角度進行細分，使步進電機的轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，轉(zhuǎn)動噪音降低，本實用新型以新增少量的成本大大提高了步進電機控制裝置性能。


[0014]圖1為本實用新型的電氣原理方框圖。[0015]圖2為本實用新型的電氣原理圖。[0016]圖3為現(xiàn)有技術(shù)的電氣原理圖。
具體實施方式
[0017]現(xiàn)結(jié)合附圖說明本實用新型的具體實施方式
。[0018]本實用新型的步進電機控制裝置包括驅(qū)動步進電機的功率放大器，向功率放大器輸出控制信號的信號發(fā)生器。[0019]所述的功率放大器將信號發(fā)生器輸送的電壓按一定的比例變換成電流，使步進電機的繞組產(chǎn)生磁場，它包括三極管T1-T4，所述的三極管的集電極分別與步進電機繞組a、b的端頭A、/A、B、/B連接，步進電機繞組a、b的中心抽頭接電源VE，三極管T1-T4的集電極與電源VE之間分別跨接有用于續(xù)流的二極管D9-D12，三極管T1-T4的基極通過電阻R10、R13、R25、R28分別與模擬開關(guān)IC6、IC7、IC8、IC9的輸出端相連接， 三極管T1-T4的發(fā)射極分別通過電阻R12、R15、R27、R30接地；與現(xiàn)有技術(shù)相比三極管T1-T4的發(fā)射極分別串聯(lián)有電阻R12、R15、R27、R30，可使三極管集電極電流只隨輸入的基極電壓變化而不受電源VE電壓波動的影響。所述的信號發(fā)生器包括可輸出不同電壓值的第一電壓生成電路1、第二電壓生成電路2和第一電壓輸出切換電路3、第二電壓輸出切換電路4。所述的第一電壓生成電路I主要由單片機ICl (型號為AT89C2051或AT89C51)的端口 Pl.0、Pl.1、Pl.2、Pl.3，電阻R1-R9，二極管D1-D4，運算放大器IC2、IC3構(gòu)成；各元件之間的連接關(guān)系已在實用新型內(nèi)容部分敘述；這里需要說明的是，如單片機ICl的型號為AT89C2051，則所述的端口 P1.0、P1.1要分別通過電阻R31、R32與電源V+相連接。所述的第一電壓輸出切換電路3由單片機ICl的端口 P3.2、P3.3，模擬開關(guān)IC6、IC7 (型號為⑶4066)，電阻R11、R14構(gòu)成，模擬開關(guān)IC6、IC7的控制端分別與端口 P3.2、P3.3連接，模擬開關(guān)IC6、IC7的輸入端與運算放大器IC3的輸出端連接，模擬開關(guān)IC6、IC7的輸出端分別通過電阻R10、R13與三極管Tl、T2的基極連接，模擬開關(guān)IC6、IC7的輸出端分別通過電阻R11、R14接地。所述的第二電壓生成電路2由單片機ICl的端口 Pl.4、Pl.5、Pl.6、Pl.7 (對應(yīng)于單片機ICl的端口 Pl.0、Pl.1、Pl.2、Pl.3)，電阻R16-R24 (對應(yīng)于電阻R1-R9)，二極管D5-D8 (對應(yīng)于二極管D1-D4)，運算放大器IC4、IC5 (對應(yīng)于運算放大器IC2、IC3)構(gòu)成；第二電壓生成電路2中各元件的連接關(guān)系與第一電壓生成電路I中各元件的連接關(guān)系相對應(yīng)。所述的第二電壓輸出切換電路4由單片機ICl的端口 P3.4、P3.5，模擬開關(guān)IC8、IC9 (型號為⑶4066)，電阻R26、R29構(gòu)成，模擬開關(guān)IC8、IC9的控制端分別與端口 P3.4、P3.5連接，模擬開關(guān)IC8、IC9的輸入端與運算放大器IC5的輸出端連接，模擬開關(guān)IC8、IC9的輸出端分別通過電阻R25、R28與三極管T3、T4的基極連接，模擬開關(guān)IC8、IC9的輸出端分別通過電阻R26、R29接地。電源V+的電壓為正5伏、電源V-的電壓為負5伏，作為所述的運算放大器的工作電源，電源V+也作為所述的單片機的工作電源，電源V+接單片機ICl的VCC端。所述的第一電壓生成電路I的電氣原理是，電阻R1-R5、二極管D1-D4和運算放大器IC2構(gòu)成一加法運算電路，單片機內(nèi)設(shè)置程序可使端口 Pl.0,PL UPl.2,Pl.3各自輸出的電平組合成10種狀態(tài)(最多可有16種狀態(tài))，所述的電平的電壓分別施加在電阻R1-R4上，電阻R1-R4中產(chǎn)生的電流在運算放大器IC2的反相輸入端相加后，可得出10個不同的電流值，該電流流過電阻R5形成的電壓由運算放大器IC2的輸出端輸出；二極管D1-D4的作用是當(dāng)端口 Ρ1.0、Ρ1.1、Ρ1.2、Ρ1.3當(dāng)中的一個或多個出現(xiàn)低電平時，阻止電流向該端口流動；分別選擇電阻R1-R4的阻值可使運算放大器IC2的有10個不同的輸出電壓，該輸出電壓可用一余弦函數(shù)表達，表達式為:[0027]Uscl=Um cos α，式中 Um 為一設(shè)定的電壓值，α 分別為 0°、10°、20°、30°...90。。第一電壓生成電路I中的電阻R7-R9和運算放大器IC3構(gòu)成一放大電路，該電路對運算放大器IC2輸出端的電壓進行反相放大。所述的第二電壓生成電路2的電氣原理與第一電壓生成電路I大體相同，區(qū)別在于第二電壓生成電路2中運算放大器IC3的輸出電壓的表達式為usc2=Um sin α ,該輸出電壓由端口 Pl.4、Pl.5、Pl.6、Pl.7各自輸出的電平組合狀態(tài)來控制。所述的第一電壓輸出切換電路3的作用是，單片機ICl的端口 Ρ3.2、Ρ3.3分別控制模擬開關(guān)IC6、IC7的通或斷,將第一電壓生成電路I輸出的電壓擇一地輸送給功率放大器的三極管Tl或Τ2的基極；所述的第二電壓輸出切換電路4的作用是，單片機ICl的端口Ρ3.4、Ρ3.5分別控制模擬開關(guān)IC8、IC9的通或斷，將電壓生成電路2輸出的電壓擇一地輸送給功率放大器的三極管Τ3或Τ4的基極。本實用新型的步進電機控制裝置的工作過程是:第一步，單片機ICl內(nèi)置的程序令單片機ICl的端口 Ρ3.2、Ρ3.3、Ρ3.4、Ρ3.5并行輸出一組電平，使模擬開關(guān)IC6、IC8接通、模擬開關(guān)IC7、IC9斷開，功率放大器的三極管Tl的基極與第一電壓生成電路I的輸出端連通、功率放大器的三極管T3的基極與電壓生成電路2的輸出端連通；每隔At時間令單片機ICl的端口 Pl.0,PL UPl.2,Pl.3 Pl.4,Pl.5、Pl.6、Pl.7并行輸出一組電平,使第一電壓生成電路I輸出電壓為Umcos α、第二電壓生成電路2輸出電壓為Umsina，所述的端口 Pl.0-Ρ1.7輸出的各組電平可使角度α發(fā)生變化，角度α的變化按10°的增量從0°遞增至90°，使步進電機轉(zhuǎn)動一個步距角。第二步，單片機ICl內(nèi)置的程序令單片機ICl的端口 P3.2、P3.3、P3.4、P3.5并行輸出一組電平，使模擬開關(guān)IC8、IC7接通、模擬開關(guān)IC6、IC9斷開，功率放大器的三極管T2的基極與電壓生成電路I的輸出端連通、功率放大器的三極管T3的基極與電壓生成電路2的輸出端連通；每隔At時間令單片機ICl的端口 Pl.0,PL UPl.2,Pl.3 Pl.4,Pl.5、Pl.6、Pl.7并行輸出一組電平,使第一電壓生成電路I輸出電壓為Umcos α、第二電壓生成電路2輸出電壓為Umsin α，所述的端口 Pl.0-P1.7輸出的各組電平可使角度α發(fā)生變化，角度α的變化按10°的增量從90°遞減至0°。第三步，單片機ICl內(nèi)置的程序令單片機ICl的端口 P3.2、P3.3、P3.4、P3.5并行輸出一組電平，使模擬開關(guān)IC9、IC7接通、模擬開關(guān)IC6、IC8斷開，功率放大器的三極管T2的基極與第一電壓生成電路I的輸出端連通、功率放大器的三極管T4的基極與第二電壓生成電路2的輸出端連通；每隔At時間令單片機ICl的端口 Pl.0、Pl.1、Pl.2、Pl.3 Pl.4、P1.5、P1.6、P1.7并行輸出一組電平，使第一電壓生成電路I輸出電壓為Umcos α、第二電壓生成電路2輸出電壓為Umsin α，所述的端口 Pl.0-P1.7輸出的各組電平可使角度α發(fā)生變化，角度α的變化按10°的增量從0°遞增至90°。第四步，單片機ICl內(nèi)置的程序令單片機ICl的端口 P3.2、P3.3、P3.4、P3.5并行輸出一組電平，使模擬開關(guān)IC9、IC6接通、模擬開關(guān)IC7、IC8斷開，功率放大器的三極管Tl的基極與第一電壓生成電路I的輸出端連通、功率放大器的三極管T4的基極與第二電壓生成電路2的輸出端連通；每隔At時間令單片機ICl的端口 Pl.0、Pl.1、Pl.2、Pl.3 Pl.4、P1.5、P1.6、P1.7并行輸出一組電平，第一使電壓生成電路I輸出電壓為Umcos α、第二電壓生成電路2輸出電壓為Umsina，所述的端口 PL O-Pl.7輸出的各組電平可使角度α發(fā)生變化，角度α的變化按10°的增量從90°遞增至0°。然后轉(zhuǎn)到第一步反復(fù)循環(huán)，使步進電機轉(zhuǎn)動。通過改變時間Λ t的大小可改變步進電機的轉(zhuǎn)速，時間Λ t的改變可由單片機ICl的用于通信的端口 RXD、TXD接受外部指令來完成。由于第一電壓生成電路I輸出電壓為Umcos α、第二電壓生成電路2輸出電壓為Umsin a，通過功率放大器進行功率放大后，使步進電機繞組產(chǎn)生的合成磁場有一恒定的磁場強度，同時通過磁場的合成使得步進電機的步距角能夠細分。
權(quán)利要求1.一種步進電機的控制裝置包括驅(qū)動步進電機的功率放大器和向功率放大器輸出控制信號的信號發(fā)生器，其特征是，所述的信號發(fā)生器包括可產(chǎn)生不同電壓值的第一電壓生成電路(I)、第二電壓生成電路(2)和第一電壓輸出切換電路(3)、第二電壓輸出切換電路(4)； 所述的第一電壓生成電路(I)主要由單片機ICl的端口 Pl.0、Pl.1、Pl.2、Pl.3，電阻R1-R9，二極管D1-D4，運算放大器IC2、IC3構(gòu)成；端口 Pl.0、Pl.1、Pl.2、Pl.3分別接電阻RU R2、R3、R4的一端，電阻Rl、R2、R3、R4的另一端分別與二極管Dl、D2、D3、D4的陽極相連接，二極管D1-D4的陰極與運算放大器IC2的反相輸入端連接，運算放大器IC2的反相輸入端、輸出端之間接有電阻R5，運算放大器IC2的同相輸入端通過電阻R6接地；運算放大器IC2的輸出端通過電阻R7與運算放大器IC3的反相輸入端連接，運算放大器IC3的反相輸入端、輸出端之間接有電阻R8，運算放大器IC3的同相輸入端通過電阻R9接地； 所述的第一電壓輸出切換電路(3)由單片機ICl的端口 P3.2、P3.3，模擬開關(guān)IC6、IC7構(gòu)成，模擬開關(guān)IC6、IC7的控制端分別與端口 P3.2、P3.3連接，模擬開關(guān)IC6、IC7的輸入端與運算放大器IC3的輸出端連接，模擬開關(guān)IC6、IC7的輸出端分別通過電阻R10、R13與功率放大器的三極管Tl、T2的基極連接，模擬開關(guān)IC6、IC7的輸出端分別通過電阻R11、R14接地； 所述的第二電壓生成電路(2)由單片機ICl的端口 Pl.4、Pl.5、Pl.6、Pl.7，電阻R16-R24，二極管D5-D8，運算放大器IC4、IC5構(gòu)成；第二電壓生成電路(2)中各元件的連接關(guān)系與第一電壓生成電路(I)中各元件的連接關(guān)系相對應(yīng)； 所述的第二電壓輸出切換電路(4)由單片機ICl的端口 P3.4、P3.5，模擬開關(guān)IC8、IC9構(gòu)成，模擬開關(guān)IC8、IC9的控制端分別與端口 P3.4、P3.5連接，模擬開關(guān)IC8、IC9的輸入端與運算放大器IC5的輸出端連接，模擬開關(guān)IC8、IC9的輸出端分別通過電阻R25、R28與功率放大器的三極管T3、T4的基極連接，模擬開關(guān)IC8、IC9的輸出端分別通過電阻R26、R29接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進電機的控制裝置，其特征是，所述的功率放大器包括三極管T1-T4，所述的三極管的集電極分別與步進電機繞組a、b的端頭A、/A、B、/B連接，步進電機繞組a、b的中心抽頭接電源VE，三極管T1-T4的集電極與電源VE之間分別跨接有用于續(xù)流的二極管D9-D12，三極管T1-T4的發(fā)射極分別通過電阻R12、R15、R27、R30接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的步進電機的控制裝置，其特征是，所述的單片機ICl的型號為AT89C2051，單片機ICl的端口 P1.0、P1.1分別通過電阻R31、R32與電源V+相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的步進電機的控制裝置，其特征是，所述的模擬開關(guān)IC6、IC7、IC8、IC9 的型號為 CD4066。
專利摘要本實用新型涉及一種步進電機的控制裝置，用于控制步進電機的轉(zhuǎn)動。它包括驅(qū)動步進電機的功率放大器和向功率放大器輸出控制信號的信號發(fā)生器，其特征是，所述的信號發(fā)生器包括可產(chǎn)生不同電壓值的第一電壓生成電路(1)、第二電壓生成電路(2)和第一電壓輸出切換電路(3)、第二電壓輸出切換電路(4)；第一電壓生成電路(1)、第二電壓生成電路(2)為受控于單片機的電流加法運算電路可分別輸出電壓Umcosα和Umsinα，通過功率放大器進行功率放大后，使步進電機繞組產(chǎn)生的合成磁場有一恒定的磁場強度，同時通過磁場的合成使得步進電機的步距角能夠細分。該控制裝置制造成本低、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠。
文檔編號H02P8/22GK202978801SQ20122064852
公開日2013年6月5日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者高玉琴 申請人:高玉琴