测量设备机构的计算机控制。方案、说明

测量设备机构的计算机控制。无线电电子电气工程百科全书

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一种用于控制步进电机的软硬件设备，旨在使用测量复合体的软件工具对电声设备的参数进行测量。

当使用前面描述的实时计算机测量复合体 [1] 测量声电和电声换能器的空间特性（建筑辐射模式）时，有必要准确地远程定位声接收器和发射器的角度。这个问题在步进电机的帮助下得到了最有效的解决。步进电机的优点是它们允许您将电气控制信号转换为转子的角运动，并将其固定在给定位置，而无需任何反馈装置。这种情况极大地简化了各个单元的设计和整体的测量设置。

所提出的硬件-软件设备设计用于交互式、独立和同时控制两个步进电机。该设备允许您以数字形式设置步进电机转子的大小和旋转方向。主要应用领域是控制测量设备和实验装置的机械单元。

该装置由硬件接口单元和原始计算机控制程序组成。电机转子的最大转速为每秒 100 步。硬件接口单元通过标准并行（打印机）接口端口连接到计算机。该控制程序设计用于Windows 95/98/Me/NT/2000/2003/XR操作系统，大小仅为320 KB。需要注意的是，在 Windows NT/2000/2003/XP 下运行程序需要管理员权限。

接口单元在最便宜和最常见的家用组件上设计得尽可能简单。这使得重复它成为可能。为简化器件，整个控制算法均以软件实现。仅将计算机和发动机的电气匹配功能分配给硬件。

测量设备机构的计算机控制
图。 1

步进电机与计算机的硬件接口框图如图1所示。 1. DD2芯片同时执行缓冲存储器和前置放大器的功能。由计算机并行端口 [1] 提供的信息通过 CS1 输入（引脚 1）处软件生成的负脉冲写入 DD1 微电路的存储寄存器。为步进电机控制绕组供电的信号的最终放大由晶体管 1VT1 和 2VT2 上的节点执行（电路图中仅显示了八个中的一个，以点划线突出显示；其余七个是分别连接到 DD8 寄存器的输出 Q1-Q50）。这种开关方案允许所有强大的晶体管位于公共散热器上，而无需使用通常连接到晶体管集电极的外壳的额外电绝缘。这使得可以显着简化接口单元的机械设计。在没有强制通风的情况下，八个高功率输出晶体管的散热器面积应约为 2 cmXNUMX。

二极管 1VD1 具有抑制在步进电机控制绕组中切换电流时发生的寄生振荡的功能。

该接口单元设计用于与标称步距为 200±3° 的四相步进电机 DShI1-1,8(0,05) 配合使用（在不使用齿轮箱的情况下指示步距）。可以使用其他引擎；在控制程序中与三相一起工作，提供了一个相应的开关。电机绕组的交替接通和断开是其旋转所必需的，由软件执行。在设置程序时根据电机类型和运行模式的要求选择绕组切换图。电压脉冲交替施加到单个定子绕组或它们的相邻对，在每个步骤中偏移一个。这些模式在程序设置窗口中选择，它们分别被指定为“1-1-1-1”和“2-2-2-2”。在第二种情况下，电机的扭矩和保持扭矩会增加（至少对于 DShI200 而言），但设备消耗的功率和电机的发热也会相应增加。

通过在程序窗口的标题上按鼠标右键来调用程序的主菜单。程序设置窗口由“电机设置”菜单项打开。

电机控制程序中有两种可切换的电机停止模式。在第一种变体中，在停止后的设定时间间隔 (0...99 s) 后，电压从电机绕组中移除。这极大地促进了电动机和接口单元的热状态，但随后可能导致与转子相关的机构的自发运动。在第二种模式下，停止后，电机绕组的电压没有被移除——这就是所谓的固定模式。这种模式会导致电动机过热，但在停止后可确保转子和与其相关的机械装置可靠地静止。根据问题的情况选择所需的发动机停止模式。例如，如果使用蜗轮来传递旋转，则通常即使在步进电机转子没有电磁固定的情况下也能确保设备静止不动。这些模式是在程序设置窗口中使用自动释放按钮选择的。

该程序提供了分别为每个电动机引入比例因子（设置窗口中的速率）和初始偏移。这使您可以在计算机屏幕上设置和显示机械连接到步进电机的设备的可调参数的实际值。例如，直接以度为单位的旋转角度，或以毫米为单位的移动。要设置所需的初始位移，请使用步进电机或其他方式（例如手动）将机械装置移动到所需位置。然后您需要通过按控制面板上的相应按钮（三角形中的感叹号）进入校准模式。数字运动指示器的颜色将变为红色。之后，您应该在位移指示器上设置相应参数的真值并再次按下“校准”按钮，然后关闭窗口。比例因子是根据维修设备的设计（考虑到可能存在的齿轮箱）和电动机的标称步长确定的。

设置窗口提供了编辑程序中显示的名称和步进电机调节的特定设备的参数尺寸的能力。

发动机控制程序中有两个独立的命令流：控制命令输入流和到硬件接口单元的数据输出流。在输入流中，电机转子的位置被设置并以减少为机械连接设备参数的实际值的单位显示。在输出流中，电机转子的真实（当前）位置不断与所需值进行比较，并在接口单元上发出一个动作以规避可能的不匹配。控制程序的这种结构允许您为电机转子的旋转角度设置一个新值，无论是否达到先前输入的值。在后一种情况下，电机转子将继续旋转（可能改变方向）以到达新设置的位置。

为了在程序中输入和显示数字命名值，使用了原始的控制和指示元素“数字面板”。使用鼠标逐位输入数值。将光标放在所需的指示位上，按鼠标左键或右键设置所需的值。左键减少，右键增加数字。自动转移到最高级别。

如果将鼠标悬停在尺寸符号上，则通过按鼠标左键或右键，可以分别减少或增加指示器上的值十倍。以同样的方式按鼠标按钮可以更改数字的符号（如果显示在指示器上）。当按住按钮超过 0,5 秒时，会自动重复该操作。如果在按住鼠标按钮的同时将光标移离指示器，则无论鼠标的进一步状态如何，自动重复都会继续。要停止自动重复，请再次将光标移到指示器上并单击任意鼠标按钮；如果您使用带滚轮的鼠标，则可以使用它。将方向盘朝远离您的方向转动时，指示数字的值会增加，反之亦然 - 当将方向盘转向您的方向时。最低有效位的自动重复模式允许您将步进电机的连续旋转速度设置为小于标称速度。

对于作为软件系统一部分的设备的功能，提供了对引擎操作的外部（来自其他程序）控制。控制命令是通过将包含参数的特殊 Windows 操作系统消息从客户端程序发送到直接控制引擎操作的服务器程序来传输的。

在工作时段之间的休息时间，程序会自动将所有设置的参数和当前状态保存在计算机硬盘上以供进一步使用。

硬件接口单元必须由直流电压源供电，其功率足以运行所应用的步进电机（两个 DShI70-200 电机至少 3 W）。使用内置于控制计算机的电源以避免后者发生故障是不可接受的。芯片 DD1 必须由稳定的电源供电，最好独立于强大的输出键的电源。

硬件单元与计算机的并行（打印机）端口的连接是通过最长 3 m 的非屏蔽带状电缆实现的，该电缆带有交流信号和“接地”导体。对于较长的电缆，建议使用一束单独的屏蔽线。

如果您的计算机没有空闲的并行端口，则必须安装附加卡。目前，商业化生产的板卡通常包含两个并行端口。它们是为具有 PCI 总线的计算机以及具有 ISA 总线的旧计算机而设计的。这些板卡通常具有开关来选择端口的基址。例如，在笔者使用的TS-020-EP板上（对于ISA总线），其上的两个并行端口可以分别设置为以下基址：ZVSN、378H、278H、27CH、26CH或268H。控制程序用于将任何上述地址设置为活动的。控制程序的工作不需要 BIOS 或操作系统对附加端口的支持。您只需配置其他端口的地址，这样就不会与系统中已有的所有端口（不仅仅是并行端口）发生冲突。

测量设备机构的计算机控制
图。 2

设备的整体设计可以是任意的。作者在一块厚度为 2 毫米的箔玻璃纤维制成的印刷电路板上制作了原型。图 2 显示了印刷电路板的图纸及其上零件的位置。 XNUMX a b. 印刷导体应尽可能宽。

用于输出晶体管的最简单的散热器可以制成两个尺寸为 130x50x3 毫米的硬铝板；它们通过特殊提供的孔使用硬铝角固定在印刷电路板上。散热器的最终设计固定在设备外壳中。

图上。图 3 显示了作者制作的该设备的变体之一的照片。在肋状散热片（右侧）上，除了晶体管外，还固定了电源整流器的强大二极管（通过绝缘云母垫片）。左边是电源的平滑电容器。

测量设备机构的计算机控制

输入和输出连接器可以固定在散热器或设备外壳上。 RPMM1-50SH1-V 连接器用作输入（用于连接计算机）。两个输出连接器（每个电机一个） - RG1N-1-5，在每个输出连接器中，两个相邻输出并联连接以减少电流负载。一般来说，可能有其他连接器具有足够强大的触点。连接器触点通过传统的软线连接到印刷电路板的相应导体。对于输出电路，导线的横截面必须至少为 1 mm2。

晶体管KT815和KT818可以与任何字母索引一起使用，或者可以使用相应结构的其他强大的晶体管。 KD213系列的二极管可以用KD212或其他强大的脉冲二极管代替。所用电阻器的类型和功率无关紧要。

代替 K589IR12 寄存器，可以使用带有印刷电路板校正的 KR580IR82。此选项的引脚编号如图所示。 1 在括号中。需要注意的是，从计算机并口提供的数据到存储寄存器KR580IR82的记录必须根据STB输入（引脚11）的脉冲上升沿进行。为了改变选通脉冲的极性，程序提供了一个相应的开关（菜单项 Slope Positive）。

所描述的设备不需要任何调整。只需确保步进电机的绕组以正确的顺序连接到大功率开关的输出即可。如果没有提供，那么发动机的转子将很可能只是在原地振动或急转，而不是旋转。

可以下载设备的程序故.

文学

Shmelev O. 计算机测量综合体。 - 电台，2007 年，第 3-7 期。
Guk M. 硬件 IBM PC。百科全书。 - S.-Pb.：“彼得·科恩”，1999，p。 632-635。

作者：O. Shmelev，莫斯科；出版：radioradar.net

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