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LabVIEW+51單片機驅(qū)動A4988步進電機做的十字滑臺

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ID:906881 發(fā)表于 2021-11-3 20:27 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
使用A4988驅(qū)動模塊驅(qū)動42步進電機
一、結(jié)構(gòu)問題
1、兩個滑臺的尺寸不匹配，X絲杠滑塊與Y軸絲杠底座安裝不到一起
解決方案：將兩個絲杠模組全部解體，將X絲杠滑塊打穿，用螺絲固定，并用銼刀進行打磨。
潛在問題：①銼刀打磨過的螺絲可能不能使用，若后期拆卸，需另覓蹊徑；②由于結(jié)構(gòu)問題，X絲杠滑塊與Y絲杠底座固定處只用了兩個螺絲，連接不太穩(wěn)定，已用三秒固定。
2、限位開關(guān)與絲杠之前沒有連接零件
解決方案：手工打磨或采用3D打印該工件。
潛在問題：由于傳感器與控制系統(tǒng)均采用5V供電，因此金屬限位開關(guān)的有效檢測距離只有  ，所以連接必須可靠，并且必須保證滑塊必須在傳感器檢測的有效距離之內(nèi)，否則會燒毀步進電機。
二、方案設(shè)計問題
1、上位機與下位機通訊協(xié)議的約定
最初打算采用幀頭+數(shù)據(jù)幀+幀尾的格式，但限于項目時間，故采用如下協(xié)議約定。
上位機接收指令如下表所示：
注：位移控制設(shè)置三個按鍵分別為：設(shè)置、加、減，采用光標跳轉(zhuǎn)進行不同軸的設(shè)置
②軟件：
采用定時器輸出A4988驅(qū)動的脈沖，從而控制步進電機的角速度、角位移；
采用2個外部中斷判斷金屬限位開關(guān)是否被觸發(fā)，因為該中斷優(yōu)先級最高；
采用串口和上位機進行通訊。
3、金屬接近傳感器電路設(shè)計
由于51系別單片機外部中斷資源有限，所需傳感器有4個，故每一個絲杠模組兩端傳感器作為一組，作為“與門”的輸入，輸出信號傳給單片機的外部中斷，這樣可以保證任何一個傳感器輸出信號都可以觸發(fā)外部中斷。
4、步進電機的失能控制
雖然A4988驅(qū)動上有ENABLE端口，但是51單片機的硬件資源已經(jīng)使用完畢，因此，只能停止脈沖輸入，從而控制步進電機失能。
5、滑塊的速度、位移計算
本項目采用兩個步距角為1.8°的兩相四線步進電機，在1細分的驅(qū)動下，一個脈沖轉(zhuǎn)動1.8°，因此轉(zhuǎn)動一圈（360°）需要200個脈沖。由于絲杠的精度較高，所以步進電機的角位移轉(zhuǎn)換為滑塊的位移比例差距較大，電機每轉(zhuǎn)動一圈，滑塊位移（）mm（還未測量），控制精度完全滿足要求，因此我們采用1細分進行驅(qū)動。
利用鋼尺測量出電機的角位移與滑塊線位移的關(guān)系為：  
得出滑塊的速度為：
其中t為滑塊位移的時間，該時間利用脈沖周期進行計算

單片機源程序如下:
  1. # include <Motor_Con.h>

  3. sbit KEY_XFOR = P2^6;         //X正轉(zhuǎn)按鍵                                                   
  4. sbit KEY_XREV = P2^5;         //X反轉(zhuǎn)按鍵
  5. sbit KEY_XUP  = P1^2;              //X加速按鍵  
  6. sbit KEY_XDOWN =P1^1;         //X減速按鍵

  8. sbit KEY_YFOR = P2^7;         //Y正轉(zhuǎn)按鍵                                                   
  9. sbit KEY_YREV = P1^6;         //Y反轉(zhuǎn)按鍵
  10. sbit KEY_YUP  = P1^5;              //Y加速按鍵  
  11. sbit KEY_YDOWN =P1^4;         //Y減速按鍵         

  13. sbit KEY_SET_UP   =P2^2;                  //位移加按鍵
  14. sbit KEY_SET_DOWN =P2^3;                  //位移減按鍵
  15. sbit KEY_SETX     =P2^0;                  //X位移設(shè)置按鍵
  16. sbit KEY_SETY     =P2^1;                  //Y位移設(shè)置按鍵

  18. sbit KEY_STOP   =P2^4;                  //啟動停止按鍵

  20. extern char User_Data[];
  21. int Distance_X2,Distance_Y2;         //定時器所需取反的脈沖次數(shù)
  22. int Distance_X1,Distance_Y1;         //位移編號
  23. extern int num_x,num_y;                         //x、y速度
  24. int Order_X=10,Order_Y=10;       //初始化XY指令為電機停止
  25. int Distance[]={5,10,30,60,100}; //位移顯示
  26. bit stop=0;                                                 //啟動停止標志
  27. /*按鍵掃描函數(shù)*/
  28. void KEY_SCAN()
  29. {        
  30.                 if((KEY_XFOR == 0))  //X正轉(zhuǎn)按鍵被按下 或 接收到X正轉(zhuǎn)指令
  31.                         FOR(0);
  32.                 if((KEY_YFOR == 0))  //Y正轉(zhuǎn)按鍵被按下 或 接收到Y(jié)正轉(zhuǎn)指令
  33.                         FOR(1);
  34.                 if((KEY_XREV == 0))  //X反轉(zhuǎn)按鍵被按下 或 接收到X反轉(zhuǎn)指令
  35.                         REV(0);
  36.                 if((KEY_YREV == 0))  //Y反轉(zhuǎn)按鍵被按下 或 接收到Y(jié)反轉(zhuǎn)指令
  37.                         REV(1);
  38.                 if((KEY_XUP  == 0))   //X加速按鍵被按下 或 接收到X加速指令
  39.                 {        delay(300);                if((KEY_XUP  == 0))                Speed_UP(0); }while(!KEY_XUP);
  40.                 if((KEY_YUP  == 0) )   //Y加速按鍵被按下 或 接收到Y(jié)加速指令
  41.                 {        delay(300);                if((KEY_YUP  == 0))                Speed_UP(1); }while(!KEY_YUP);
  42.                 if((KEY_XDOWN  == 0))  //X減速按鍵被按下 或 接收到X減速指令
  43.                 {        delay(300);                if((KEY_XDOWN  == 0))        Speed_DOWN(0);}while(!KEY_XDOWN);
  44.                 if((KEY_YDOWN  == 0))  //Y減速按鍵被按下 或 接收到Y(jié)減速指令
  45.                 {        delay(300);                if((KEY_YDOWN  == 0) )         Speed_DOWN(1);}while(!KEY_YDOWN);

  47. }

  49. void Distance_Data()
  50. {
  51.         switch(Distance_Y1)
  52.         {
  53.                 case 1 :        Distance_Y2=500;        break;
  54.                 case 2 :        Distance_Y2=1000;        break;
  55.                 case 3 :        Distance_Y2=3000;        break;
  56.                 case 4 :        Distance_Y2=6000;        break;
  57.                 case 5 :        Distance_Y2=10000;        break;
  58.         }
  59.         switch(Distance_X1)
  60.         {
  61.                 case 1 :        Distance_X2=200;        break;
  62.                 case 2 :        Distance_X2=400;        break;
  63.                 case 3 :        Distance_X2=1200;        break;
  64.                 case 4 :        Distance_X2=2400;        break;
  65.                 case 5 :        Distance_X2=4000;        break;
  66.         }
  67. }
  68. void Distance_Set()
  69. {
  70.         int i=0;
  71.         Disp_Str(2,0,"SET_X:   mm",11);          //顯示
  72.         Disp_Str(3,0,"SET_Y:   mm",11);
  73.         if(KEY_SETX==0)                                          //位移設(shè)置按鍵按下
  74.         {        
  75.                 delay(500);
  76.                 if(KEY_SETX==0)
  77.                 {
  78.                         while(!KEY_SETX);
  79.                         ET0=0;                                          //關(guān)定時器0，電機停止
  80.                         while(1)                                  //進入死循環(huán)，設(shè)置位移距離
  81.                         {                                
  82.                                 if(KEY_SET_UP==0)          //位移加按鍵按下
  83.                                 {
  84.                                         delay(100);
  85.                                         Distance_X1++;        
  86.                                         i++;
  87.                                         if(Distance_X1==6)//位移數(shù)組最大到6
  88.                                                 Distance_X1=1;
  89.                                         if(i==5)
  90.                                                 i=0;
  91.                                 }
  92.                                 if(KEY_SET_DOWN==0)
  93.                                 {
  94.                                         delay(100);
  95.                                         Distance_X1--;        
  96.                                         i--;
  97.                                         if(Distance_X1<1)
  98.                                                 Distance_X1=5;
  99.                                         if(i<0)
  100.                                                 i=4;
  101.                                 }
  102.                                 Write_Int(2,3,Distance[i]); //顯示當前速度
  103.                                 Distance_Data();                    //位移設(shè)置
  104.                                 delay(500);
  105.                                 if(KEY_SETX==0)                                //位移設(shè)置按鍵再次按下退出循環(huán)
  106.                                 {
  107.                                         ET0=1;
  108.                                         return;
  109.                                 }
  110.                         }        
  111.                 }
  112.         }
  113.         if(KEY_SETY==0)
  114.         {        
  115.                 delay(500);
  116.                 if(KEY_SETY==0)
  117.                 {
  118.                         while(!KEY_SETY);
  119.                         ET0=0;
  120.                         while(1)
  121.                         {                                
  122.                                 if(KEY_SET_UP==0)
  123.                                 {
  124.                                         delay(100);
  125.                                         Distance_Y1++;        
  126.                                         i++;
  127.                                         if(Distance_Y1==6)
  128.                                                 Distance_Y1=1;
  129.                                         if(i==5)
  130.                                                 i=0;
  131.                                 }
  132.                                 if(KEY_SET_DOWN==0)
  133.                                 {
  134.                                         delay(100);
  135.                                         Distance_Y1--;        
  136.                                         i--;
  137.                                         if(Distance_Y1<1)
  138.                                                 Distance_Y1=5;
  139.                                         if(i<0)
  140.                                                 i=4;
  141.                                 }
  142.                                 Write_Int(3,3,Distance[i]);
  143.                                 Distance_Data();
  144.                                 if(KEY_SETY==0)
  145.                                 {
  146.                                         ET0=1;
  147.                                         return;
  148.                                 }
  149.                         }        
  150.                 }
  151.         }
  152. }
  153. /*限位開關(guān)掃描*/
  154. void RUN_SCAN()
  155. {
  156.         static uint Y,X;
  157.         if(EXTI1==0)     //Y軸                 
  158.         {
  159.                 delay(100);
  160.                 if(EXTI1==0)
  161.                 {
  162.                         DIR_Y=~DIR_Y;
  163.                         Y++;
  164.                         if(Y%2)                                   //每次取反之后變量加一，從而判斷正反轉(zhuǎn)
  165.                         {
  166.                                 Disp_Str(1,1,"RE",2);        //顯示反轉(zhuǎn)
  167.                                 Uart_String("B0002\r\n"); //發(fā)送反轉(zhuǎn)指令
  168.                         }        
  169.                         else
  170.                         {
  171.                                 Disp_Str(1,1,"FO",2);
  172.                                 Uart_String("B0001\r\n");
  173.                         }        
  174.                 }while(!EXTI1);
  175.         }
  176.         if(EXTI0==0)                   //X軸
  177.         {
  178.                 delay(100);
  179.                 if(EXTI0==0)
  180.                 {
  181.                         DIR_X=~DIR_X;
  182.                         X++;
  183.                         if(X%2)
  184.                         {
  185.                                 Disp_Str(0,1,"RE",2);
  186.                                 Uart_String("A0002\r\n");        
  187.                         }
  188.                         else
  189.                         {
  190.                                 Disp_Str(0,1,"FO",2);
  191.                                 Uart_String("A0001\r\n");
  192.                         }         
  193.                 }while(!EXTI0);
  194.         }                        
  195. }
  196. /*啟動停止按鈕*/
  197. void Usert_receive()
  198. {
  199.         if(KEY_STOP==0)
  200.         {
  201.                 delay(200);
  202.                 if(KEY_STOP==0)
  203.                         stop=~stop;
  204.         }while(!KEY_STOP);
  205. }
  206. void main()
  207. {
  208.         Lcd_Init();           //LCD初始化
  209.         Timer0Init();  //定時器0初始化
  210.         UsartInit();   //串口初始化
  211.         while(1)
  212.         {
  213.                 Usert_receive();        //判斷啟動按鍵是否被按下
  214.                 while(!(stop==1))        //系統(tǒng)沒有啟動卡死在改循環(huán)中
  215.                 {
  216.                         Usert_receive();   //判斷啟動是否被按下
  217.                         ET0=0;                           //關(guān)閉定時器0
  218.                         Disp_Str(2,0,"    Welcome!    ",16);        //顯示
  219.                         Disp_Str(3,0," Please Start!  ",16);
  220.                 }
  221.                 Distance_Set();         //位移設(shè)置按鍵掃描
  222.                 RUN_SCAN();                 //限位開關(guān)掃描
  223.                 ET0=1;                         //打開定時器
  224.                 KEY_SCAN();                 //控制按鍵掃描               
  225.         }
  226. }
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