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LabVIEW+51单片机驱动A4988步进电机做的十字滑台

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ID:906881 发表于 2021-11-3 20:27 | 显示全部楼层 |阅读模式
使用A4988驱动模块驱动42步进电机
一、结构问题
1、两个滑台的尺寸不匹配，X丝杠滑块与Y轴丝杠底座安装不到一起
解决方案：将两个丝杠模组全部解体，将X丝杠滑块打穿，用螺丝固定，并用锉刀进行打磨。
潜在问题：①锉刀打磨过的螺丝可能不能使用，若后期拆卸，需另觅蹊径；②由于结构问题，X丝杠滑块与Y丝杠底座固定处只用了两个螺丝，连接不太稳定，已用三秒固定。
2、限位开关与丝杠之前没有连接零件
解决方案：手工打磨或采用3D打印该工件。
潜在问题：由于传感器与控制系统均采用5V供电，因此金属限位开关的有效检测距离只有  ，所以连接必须可靠，并且必须保证滑块必须在传感器检测的有效距离之内，否则会烧毁步进电机。
二、方案设计问题
1、上位机与下位机通讯协议的约定
最初打算采用帧头+数据帧+帧尾的格式，但限于项目时间，故采用如下协议约定。
上位机接收指令如下表所示：
注：位移控制设置三个按键分别为：设置、加、减，采用光标跳转进行不同轴的设置
②软件：
采用定时器输出A4988驱动的脉冲，从而控制步进电机的角速度、角位移；
采用2个外部中断判断金属限位开关是否被触发，因为该中断优先级最高；
采用串口和上位机进行通讯。
3、金属接近传感器电路设计
由于51系别单片机外部中断资源有限，所需传感器有4个，故每一个丝杠模组两端传感器作为一组，作为“与门”的输入，输出信号传给单片机的外部中断，这样可以保证任何一个传感器输出信号都可以触发外部中断。
4、步进电机的失能控制
虽然A4988驱动上有ENABLE端口，但是51单片机的硬件资源已经使用完毕，因此，只能停止脉冲输入，从而控制步进电机失能。
5、滑块的速度、位移计算
本项目采用两个步距角为1.8°的两相四线步进电机，在1细分的驱动下，一个脉冲转动1.8°，因此转动一圈（360°）需要200个脉冲。由于丝杠的精度较高，所以步进电机的角位移转换为滑块的位移比例差距较大，电机每转动一圈，滑块位移（）mm（还未测量），控制精度完全满足要求，因此我们采用1细分进行驱动。
利用钢尺测量出电机的角位移与滑块线位移的关系为：  
得出滑块的速度为：
其中t为滑块位移的时间，该时间利用脉冲周期进行计算

单片机源程序如下:
  1. # include <Motor_Con.h>

  3. sbit KEY_XFOR = P2^6;         //X正转按键                                                   
  4. sbit KEY_XREV = P2^5;         //X反转按键
  5. sbit KEY_XUP  = P1^2;              //X加速按键  
  6. sbit KEY_XDOWN =P1^1;         //X减速按键

  8. sbit KEY_YFOR = P2^7;         //Y正转按键                                                   
  9. sbit KEY_YREV = P1^6;         //Y反转按键
  10. sbit KEY_YUP  = P1^5;              //Y加速按键  
  11. sbit KEY_YDOWN =P1^4;         //Y减速按键         

  13. sbit KEY_SET_UP   =P2^2;                  //位移加按键
  14. sbit KEY_SET_DOWN =P2^3;                  //位移减按键
  15. sbit KEY_SETX     =P2^0;                  //X位移设置按键
  16. sbit KEY_SETY     =P2^1;                  //Y位移设置按键

  18. sbit KEY_STOP   =P2^4;                  //启动停止按键

  20. extern char User_Data[];
  21. int Distance_X2,Distance_Y2;         //定时器所需取反的脉冲次数
  22. int Distance_X1,Distance_Y1;         //位移编号
  23. extern int num_x,num_y;                         //x、y速度
  24. int Order_X=10,Order_Y=10;       //初始化XY指令为电机停止
  25. int Distance[]={5,10,30,60,100}; //位移显示
  26. bit stop=0;                                                 //启动停止标志
  27. /*按键扫描函数*/
  28. void KEY_SCAN()
  29. {        
  30.                 if((KEY_XFOR == 0))  //X正转按键被按下 或 接收到X正转指令
  31.                         FOR(0);
  32.                 if((KEY_YFOR == 0))  //Y正转按键被按下 或 接收到Y正转指令
  33.                         FOR(1);
  34.                 if((KEY_XREV == 0))  //X反转按键被按下 或 接收到X反转指令
  35.                         REV(0);
  36.                 if((KEY_YREV == 0))  //Y反转按键被按下 或 接收到Y反转指令
  37.                         REV(1);
  38.                 if((KEY_XUP  == 0))   //X加速按键被按下 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加速按键被按下 或 接收到Y加速指令
  41.                 {        delay(300);                if((KEY_YUP  == 0))                Speed_UP(1); }while(!KEY_YUP);
  42.                 if((KEY_XDOWN  == 0))  //X减速按键被按下 或 接收到X减速指令
  43.                 {        delay(300);                if((KEY_XDOWN  == 0))        Speed_DOWN(0);}while(!KEY_XDOWN);
  44.                 if((KEY_YDOWN  == 0))  //Y减速按键被按下 或 接收到Y减速指令
  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);          //显示
  72.         Disp_Str(3,0,"SET_Y:   mm",11);
  73.         if(KEY_SETX==0)                                          //位移设置按键按下
  74.         {        
  75.                 delay(500);
  76.                 if(KEY_SETX==0)
  77.                 {
  78.                         while(!KEY_SETX);
  79.                         ET0=0;                                          //关定时器0，电机停止
  80.                         while(1)                                  //进入死循环，设置位移距离
  81.                         {                                
  82.                                 if(KEY_SET_UP==0)          //位移加按键按下
  83.                                 {
  84.                                         delay(100);
  85.                                         Distance_X1++;        
  86.                                         i++;
  87.                                         if(Distance_X1==6)//位移数组最大到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]); //显示当前速度
  103.                                 Distance_Data();                    //位移设置
  104.                                 delay(500);
  105.                                 if(KEY_SETX==0)                                //位移设置按键再次按下退出循环
  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. /*限位开关扫描*/
  154. void RUN_SCAN()
  155. {
  156.         static uint Y,X;
  157.         if(EXTI1==0)     //Y轴                 
  158.         {
  159.                 delay(100);
  160.                 if(EXTI1==0)
  161.                 {
  162.                         DIR_Y=~DIR_Y;
  163.                         Y++;
  164.                         if(Y%2)                                   //每次取反之后变量加一，从而判断正反转
  165.                         {
  166.                                 Disp_Str(1,1,"RE",2);        //显示反转
  167.                                 Uart_String("B0002\r\n"); //发送反转指令
  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轴
  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. /*启动停止按钮*/
  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();  //定时器0初始化
  210.         UsartInit();   //串口初始化
  211.         while(1)
  212.         {
  213.                 Usert_receive();        //判断启动按键是否被按下
  214.                 while(!(stop==1))        //系统没有启动卡死在改循环中
  215.                 {
  216.                         Usert_receive();   //判断启动是否被按下
  217.                         ET0=0;                           //关闭定时器0
  218.                         Disp_Str(2,0,"    Welcome!    ",16);        //显示
  219.                         Disp_Str(3,0," Please Start!  ",16);
  220.                 }
  221.                 Distance_Set();         //位移设置按键扫描
  222.                 RUN_SCAN();                 //限位开关扫描
  223.                 ET0=1;                         //打开定时器
  224.                 KEY_SCAN();                 //控制按键扫描               
  225.         }
  226. }
复制代码

单片机代码与LabVIEW 51hei附件下载:
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