以LPC2148为控制核心的步进电机调速和测速系统设计

文章摘要： 步进电机的调速和测速系统一般都采用ARM作为控制器，外加分立的数字逻辑电路和模拟电路构成。该系统以LPC2148作为控制核心，合理选择电动机的频率控制和闭环反馈控制，实时检测和调整电机的转速，使系统既具有良好的稳态性能，又具有良好的动态性能。 1 系统的工作原理 该系统主要由基于LPC2148为核心的主控电路连接电机驱动电路、通信模块电路(RS232)、测速电路(霍尔传感器)、A／D转换电路等其他电路组成，如图l所示。图2为ARM主控芯片。LPC2148为核心的主控电路负责频率输出，通过改变频率的大小来控制电机的转速，采集电路采集的数据可以通过RS-232接口电路与PC机实

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  步进电机的调速和测速系统一般都采用ARM作为控制器，外加分立的数字逻辑电路和模拟电路构成。该系统以LPC2148作为控制核心，合理选择电动机的频率控制和闭环反馈控制，实时检测和调整电机的转速，使系统既具有良好的稳态性能，又具有良好的动态性能。

    1 系统的工作原理

    该系统主要由基于LPC2148为核心的主控电路连接电机驱动电路、通信模块电路(RS232)、测速电路(霍尔传感器)、A／D转换电路等其他电路组成，如图l所示。图2为ARM主控芯片。LPC2148为核心的主控电路负责频率输出，通过改变频率的大小来控制电机的转速，采集电路采集的数据可以通过RS-232接口电路与PC机实现通信。同时LPC2148模块将采集到的数据进行处理，根据偏差值进一步修正频率控制信号的输出。

    2 硬件设计

    2．1 调速模块设计

    该系统对步进电机进行调速通过调整频率的方法。步进电机转速=f×60／200x，其中x是细分倍数，细分驱动方式下，由于步距角小，步进电机的控制精度明显提高，同时这种驱动方式又可有效抑制低速运行中产生的噪声和振荡现象。步进电机采用1．8°的二相四拍式，200个步进脉冲可以转一圈。其步进动作时受ARM控制，电机专用驱动器L298对步进电机进行驱动，驱动电路如图3所示。L298内部包含4通道逻辑驱动电路，是一种二相和四相电机的专用驱动器。即内含2个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46 V、2 A以下的电机。ARM主控制器是通过右端的控制口接入，而M1～M4这4个端口用于连接电机，通过右端输入脉冲信号的变化对其控制。

  2．2 霍尔传感器的测速模块

    2.2.1 霍尔效应

    一块长度为l，宽度为b，厚度为d的半导体薄片，当它被置于磁感应强度为B的磁场中，如果在其相对两边流通控制电流I，且磁场方向与电流方向正交，则在该半导体另外两边将产生一个与控制电流I和磁感应强度B乘积成正比的电势UH，即UH=KHIB，其中KH为霍尔元件的灵敏度，该电势称为霍尔电势，该半导体薄片就是霍尔元件，其大小和外磁场及电流成比例。霍尔开关传感器由于其体积小，无触点，动态特性好，使用寿命长等特点，广泛应用于测量转动物体旋转速度领域。这里选用SPRAGUE公司生产的霍尔转速传感器，它是一种硅单片集成电路，其内部含有稳压电路、霍尔电势发生器、放大器、史密特触发器和集电极开路输出电路，具有工作电压范围宽、可靠性高、外电路简单、输出电平可与各种数字电路兼容等特点。

    2．2．2 工作原理

    霍尔传感器信号放大器将霍尔电势UH放大后再经整形、放大，输出幅值相等、频率变化的方波信号，该霍尔电势的幅值随磁场强度变化而变化。

    转速的测量方法有很多种，根据脉冲计数实现转速测量的方法主要有M法(测频法)、T法(测周期法)和MPT法(频率周期法)。该系统采用M法(测频法)，霍尔传感器的测速电路，如图4所示。

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