基于LabVIEW的步进电机测控系统设计

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摘 要：文章采用虚拟仪器控制技术，用2M656驱动器驱动一步进电机，通过NI公司的USB-6251数据采集卡采集增量式编码器的转速信号，上位机运用LabVIEW图形编程语言设计步进电机的测控系统。文章的设计为步进电机测控系统寻找了一种方便灵活的设计思路，也使得步进电机的测控系统变得结构简单、运行高效。

关键词：步进电机；LabVIEW；测控系统

中图分类号：TM383.6 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）11-0009-02

随着步进电机越来越到多地运用到众多领域，步进电机的测控系统的设计也在不断的改革创新。步进电机的控制以数字I/O接口卡作为硬件基础，采用软件程序来实现步进电机的同步精确运动控制。这种控制方法的关键是软件程序，软件程序的好坏将决定是否能实现步进电机的控制。本文采用虚拟仪器技术，完成了步进电机的测控系统设计。

1 系统总体方案设计及原理

1.1 总体方案设计

在整个系统中，用24 V的直流电源为步进电机驱动器以及步进电机进行供电，基于labview编写程序，利用数据采集卡产生脉冲来驱动步进电机。整个系统的原理框架如图1所示。

1.2 系统原理

电机测速是利用增量式光电编码器，光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相，A、B两组脉冲相位差90°，从而可方便地判断出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。将增量式编码器产生的脉冲通过数据采集卡采集出来，根据增量式光电编码器的工作原理将采集到的数据利用LabVIEW进行处理。电机转速的控制则是根据步进电机的工作原理，直接控制驱动脉冲的频率进行转速控制。最后便是将数据采集卡采集到的数据进行存储在计算机中，以此来方便随时可以查看。

1.2.1 数据采集模块

本文选用2M656作为步进电机驱动器，2M656为一款等角度恒力矩细分型驱动器，驱动器电压直流24，50 V，适配电流在6 A以下、外径57～86 mm的各种型号的二相混合式步进电机。在本次设计中，增量式光电编码器选用的型号GDZ38-100ABZ0G，可以将电机的转速信号转化成脉冲信号进行测量。在本次设计中，采用的是美国NI公司的数据采集卡USB-6251。数据采集卡与驱动器，编码器的连接如图2所示。

1.2.2 基于LabVIEW软件控制部分

在本次步进电机测控系统的设计中，软件设计主要包括驱动脉冲程序、转速测量程序、转速控制程序以及波形的存储与读取程序。

驱动脉冲程序设计是基于DAQmx，利用数据采集卡的计数器产生PWM波，以此来为步进电机提供驱动脉冲。步进电机的运行频率跟转速成正比，可以通过计算公式来计算步进电机的转速，相反步进电机的转速的控制也可以通过控制步进电机的频率来实现。转速测量程序设计主要包括数据采集和转速计算两部分，数据采集主要是将步进电机转动时光电编码器产生的脉冲信号进行采集，转速计算主要是基于光电编码器的产生脉冲信号的特点，利用计数器得到步进电机的转速，并将其显示在前面板上。在测控系统的存储与读取中，本文采用的是TDMS文件。波形的存储程序的编写主要是为了将数据采集卡采集到的数据进行储存，以便以后随时进行读取和分析，它主要包括文件的打开、文件的写入、文件的关闭、文件显示以及错误显示五部分组成。程序框图如图3所示。当频率为4000时，前面板的显示如图4所示。

2 结 语

基于LabVIEW的步进电机测控系统，可以节省开发时间，而且模块编程为程序的扩展和以后添加新功能模块提供了方便。通过实验证明，效果良好，为步进电机测控系统寻找了一种方便灵活的设计思路，也使得步进电机的测控系统变得结构简单，运行高效。

参考文献：

[1] 刘宝廷，程树康.步进电动机及其驱动控制系统[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1997.

[2] 张力.基于Labview 的旋转编码器转角及转速测量仪的设计[J].三峡大学学报（自然科学版），2008，（3）.

[3] 王颖，张慰中.基于LabVIEW 的电机测控系统设计[J].微计算机信息，2008，（24）.