基于LabVIEW的步進電機控制

摘要：為了實現PC機對步進電機的自動調節，設計了基于虛擬儀器技術的步進電機控制方案。系統采用L298N芯片進行驅動，以LabVIEW作為開發平臺，并通過串口實現數據通信。結果顯示，該系統能夠很方便地實現步進電機的轉速轉向控制，而且利用虛擬儀器開發平臺LabVIEW編寫上位機程序，具有編程簡單，控制界面友好，程序可移植性強的特點。
關鍵詞：步進電機；串口；LabVIEW；VISA

步進電機是一種將電脈沖信號轉換成角位移或線位移的機電元件。它在在工業自動化控制、數控機床、機器人等領域有著廣泛的應用。在遠程實驗系統中，經常有需要利用步進電機對一些旋鈕、位置等進行自動調節。本文設計了基于虛擬儀器技術的步進電機控制方案。該方案采用虛擬儀器控制步進電機，編程簡單，界面友好，易于更改程序功能，控制靈活性得到了提高。

1 步進電機工作原理
步進電機按其力矩產生原理可以分為反應式、永磁式和混合式幾種。本文采用的是反應式二相四線步進電機，定子有兩個線圈繞組，設其中一個線圈繞組為A相，另一個線圈繞組為B相。當給A相繞組通電時，該繞組即產生磁場，轉子齒與A相繞組各齒對齊；當給B相繞組通電時，轉子齒將與B相繞組各齒對齊，這樣，轉子就旋轉了一個角度。依次給A相、B相繞組通電，就可以實現步進電機的旋轉，改變通電的順序(即先給B相繞組通電，再給A相繞組通電)就可以改變電機旋轉的方向。另外，由于步進電機是由脈沖信號進行控制的，給電機發一個控制脈沖，它就轉一步，再發一個脈沖，它會再轉一步。兩個脈沖的時間間隔越短，步進電機就轉得越快。調整單片機發出的脈沖頻率，就可以對步進電機進行調速。

2 步進電機控制硬件電路
2．1 串行接口電路
串行接口電路由RS 232串行接口、MAX232芯片和AT89S51單片機三部分構成。其中，RS 232串行接口用于連接PC的RS 232串行接口，MAX 232芯片用于銜接RS 232串行接口與AT89S51單片機，實現單片機輸入／輸出的串口信息到PC的串行接口信息的轉換，即AT89S51單片機信號的TTL電平到RS 232電平的轉換，從而實現二者之間電氣特性上的兼容。具體串行接口硬件電路如圖1所示。

2．2 驅動電路
步進電機的驅動電路有多種方案，本文采用芯片L298N進行驅動。該芯片是專用驅動集成電路，輸出電流大，輸出功率強。其輸出電流為2 A，最高電流4 A，最高工作電壓50 V，可以驅動感性負載，如大功率直流電機、步進電機、電磁閥等，特別是其輸入端可以與單片機直接相連，從而很方便地受單片機控制。
采用L298N芯片可以直接控制步進電機，并可以實現電機正轉與反轉，實現此功能只需改變輸入端的邏輯電平。同時，為了避免電機對單片機的干擾，在驅動電路中加入光耦TPL-521，進行光電隔離，從而使系統能穩定可靠的工作。具體驅動電路如圖2所示。