步进电动机的应用案例分享

现以亚龙YL-236单片机控制装置综合实训平台上的步进电动机及其驱动系统为例进行介绍。

1.步进电动机

采用两相永磁感应式步进电动机，步距角为1.8°，工作电流为1.5A，电阻为1.1Ω，电感为2.2mH，静转矩为2.1kg/cm，定位转矩为180g/cm。

2.步进电动机驱动器

驱动器为SJ-23M2，具有高频斩波、恒流驱动、抗干扰性高、5级步距角细分、输出电流可调的优点，供电电压为24～40V，如图5-12所示。

驱动器可通过拨码开关来调节细分数和相电流。拨码开关拨向上为0，向下为1。拨码开关的1、2、3位用于调节步距角，拨码开关设定的每一个值对应着一个步距角（共有0.9°、0.45°、0.225°、0.1125°、0.0625°五种）。在允许的情况下，应尽量选高的细分数即小的步距角，以获得更精准的定位。拨码开关的4、5固定为1，6、7、8用于调节驱动电流。做实验时可设为最小的驱动电流（1.7A），因为负载较小。

图5-12 步进电动机驱动

步进电动机驱动器的端子说明：

1）CP：由单片机输出步进脉冲传到CP，用于驱动步进电动机的运行位置和速度。每一个步进脉冲使步进电动机转动一个步距角。该驱动器要求CP脉冲是负脉冲，即低电平有效，脉冲宽度（即低电平的持续时间）不小于5_μs。

2）DIR：方向控制。DIR取高电平或低电平，改变电平就改变了步进电动机的旋转方向。注意：改变DIR电平，须在步进电动机停止后且在两个CP脉冲之间进行。

3）FREE：脱机电平。若FREE=1或悬空则步进电动机处于锁定或运行状态；若FREE=0，则步进电动机处于脱机无力状态（此时用手能够转动转轴）。

4）A、、B、为驱动器输出的用于驱动步进电动机运行的电压信号。

3.步进电动机位移机构及保护装置

为了训练应用步进电动机进行精确定位的能力，该实训平台设有位移机构与保护装置，如图5-13所示。

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图5-13 步进电动机、驱动器、精确定位位移装置

（1）位移机构

步进电动机转轴上设有带轮，步进电动机转动时，带轮转动，拖动传送带运动。有游标固定在传送带上。另设有150mm的标尺，所以电动机运行时，游标会在标尺上移动。通过编程控制步进电动机的运行，可以实现标尺的精确定位，这一特点可以模拟很多动作机构的运行。

图5-14 槽式光耦传感器

（2）左右限位、超程保护装置

左右限位、超程保护装置采用了槽式光耦传感器（又称光遮断器），如图5-14所示。其工作原理是，当没有物体进入槽内，传感器内的红外发光管发出的红外光没有被挡住，光敏晶体管饱和导通，传感器输出低电平；当有物体进入槽内，传感器内的红外发光管发出的红外光被挡住，光敏晶体管截止，传感器输出高电平。

在位移机构的左限位处设有两个槽式光耦传感器。一个用于通过编程的方式来限位（限制不能再向左移动）；另一个用于超程保护（即限位失败后，可通过硬件来进行保护）。在右限位处也是这样。

1）编程限位。在传送带上除固定有游标外，还固定有一个遮光块。从图5-13可以看出，当游标向左移动时，遮光片在向右运动。当游标运动到标尺0刻度时，遮光块就已接近右限位保护装置（即槽式光耦传感器）了。当遮光片再向右移动进入右限位光耦传感器时，传感器输出高电平。编程时通过检测该电平，终止步进电动机的驱动脉冲，就能使步进电动机停止。左限位的方法也是这样。限位光耦传感器电路如图5-15所示。

图5-15 步进电动机模块的左、右限位光耦传感器（是一样的）

2）步进电动机的超程保护。

如果编程不当导致限位失败后，遮光片会继续沿原来的方向移动，进入用于超程保护的光耦传感器，挡住红外光，传感器会输出高电平，通过晶体管驱动继电器动作，切断给步进电动机驱动器的+24V供电，从硬件上保证电动机能立即停止，以实现超程保护，原理如图5-16所示。

图5-16 超程保护的原理图