引言

在信号测控中，为准确定位，除去X，Y轴方向的探头外，还需要有一确定检测空间位置的Z轴方向的探头。随着检测点位置的变化，需要有一装置能带动探头灵活 移动。根据现场实际情况，确定采用型号为36BF003的步进电机来带动探头，这样就要有一控制装置根据控制信号来调整相应的步进电机的转角。控制信号为 1～5V的电压信号，要求步进电机的角位移范围为：-90°～+90°

1 步进电机简介

步进电机是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应的角位移的执行器。其角位移与脉冲数成正比。即θ=ck，其中θ为步进电机的角位移量，k 为脉冲数，C为常数。其控制特性如图1所示。若停机后，某些相的绕组仍保持通电状态，则该步进电机具有自锁能力。

图1 步进电机控制特性

2 硬件设计

经过比较，最终确定的硬件方案为：采用单片机系统(所采用的单片机为80C196KC)根据控制信号的大小产生对应的脉冲序列；由UP-3BF04步进驱动器驱动步进电机36BF003。其硬件框图如图2所示。

图2 步进电机控制系统硬件框图

2．1单片机系

1～5V的直流控制引入80C 196KC的AD．0引脚，由单片机将其采集进来，经过运算，最终需给出两个输出量；一为与控制信号相对应个数的脉冲，脉冲由HSO．0引脚输出；另一为 正、反转控制信号，其高电平1表示电机正转，低电平0表示电机反转，这由引脚P1．0输出。

2．2 UP-3BF04步进驱动器

UP-3BF04步进驱动器适用于三相6出头反应式步进电机。其特点是：

①PWM恒流驱动，三相6拍励磁方式，电源损耗极低且具有极高的开关效率；

②自动半流锁定功能，驱动电流可达4A；

③所有控制信号与功率驱动部分光电隔离；

④散热外壳与驱动器内部完全绝缘。其引脚如图3所示。说明如下

图3 UP-3BF04步进驱动器

(1)电机驱动部分

A：电机绕组A相接线端；A1：电机绕组A1相接线端；B：电机绕组B相接线端；B：电机绕组B相接线端；C：电机绕组C相接线端；C：电机绕组C相接线端；

(2)控制部分：

CP：步进脉冲输入端，上升沿有效；U／D：方向控制器，U／D=1时电机正转，U／D=0或悬空时电机反转；

FREE：脱机端，高电平有效，即FREE=I时，电机处于释放状态；

SGND：所有控制信号地线，此端须与驱动电源地线(GND)隔离；

VDC：电机驱动电源，直流18～40V，不要求稳压，可承受一20％～+15％的电压波动；

GND：驱动电源地线，此端须与信号地线(SEND)隔离。

2．3步进电机

此处所用的步进电机型号为36BF003，其各项技术数据为：

3 软件设计

软件设计是建立在硬件基础之上的，根据所确定的硬件方案，软件部分须解决两方面的问题。

3．1控制信号的采集

控制信号是1～5V的直流信号，它与步进电机角位移成线性关系，即控制信号为3V时，对应的角位移为0°；控制信号为1V时，对应的角位移为一90°；控 制信号为5V时，对应的角位移为+90°其控制曲线如图4所示。电机上电时的初试位置作为其参照位置。控制信号的采集通过定时启动80C196KC的AD 变换器来实现。

图4 控制曲线

3.2脉冲数及电机转向的确定

①电机转向的确定

将实际的控制信号VCON与3V进行比较，若VCON>3V，则电机正转；若VCON<3V，则电机反转。

②脉冲数的确定

因为80C196KC的AD变换器为十位，所以其满量程即VCON=5V时的AD值为1023，VCON=3V时对应的AD值为614。因此，正转时的脉冲数为：PULSE=[180"(AD一614)／(1024"4／5)]／1．5；反转时的脉冲数为：

PULSE=[180"(614一AD)／(1024"4／5)]／1．5；软件框图如图5所示。

图5 软件框图

4 小结

目前按上述方法设计的步进电机控制系统已装配调试完成，经过实验，运行情况良好。