S和STM32的智能步进电机驱动控制模块设计

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杭州电子科技大学硕士学位论文
基于 CAN-BUS 和 STM32 的智能步进电机 驱动控制模块设计
研 究 生： 马丹丹 指导教师： 张文超 教授
2013 年 2 月
Dissertation Submitted to Hangzhou Dianzi University for the Degree of Master
硕
士
学
位
论
文
题
目: 基于 CAN-BUS 和 STM32 的智能步进电机 驱动控制模块设计
研 究 生 专 业
马 丹 丹 电 路 与 系 统 张 文 超 教 授
指导教师
完成日期
2013 年 2 月
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原创性声明
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The Design of Intelligent Stepper Motor Drive Control Module Based on CAN-BUS and STM32 MCU
Candidate: Ma Dandan Supervisor: Prof. Zhang Wenchao
February，2013
I
杭州电子科技大学硕士学位论文
ABSTRACT
The stepper motor with open-loop control, no accumulated error, accurate positioning, plays an important role in the automation and control systems. Instrument with a precision positioning system, the stepper motor is increasingly showing its excellent features. With the development of the national economy, the multi-stepper motor drive control system is the current mainstream applications, while a system of machine performance is closely related to the quality of its pros and cons of the drive control architecture mode. Therefore, it is very necessary to research and explore multiple stepper motor application architecture. The traditional control of stepper motor driver architecture adopts centralized concurrency control mode, there is a lack of real - time and poor , new stepper motor application architecture is proposed for the status quo - serial distributed control architecture . The text distributed intelligent stepper motor drive control system design based on the STM32 series chip and CAN bus , serial distributed control architecture with outstanding reliability , flexibility , real-time , compared with the traditional centralized parallel control architecture . This paper has carried on the related to stepper motor, and combined with subdivided driving technology, for instruments and meters, etc of stepper motor applications, designed a distributed intelligent drive control system. Mainly includes the upper machine under the control management interface to write, a main node, the child node hardware design and the realization of CAN communication. Lower machine through the RS232 serial port and PC communications, as research is convenient, PC is adopted to be as the superior machine. On the PC side, the control software programmed in LabWindows/CVI, can be used to control the operation of the various nodes,set run or stop、forward or inversion、the steps、subdivided level,etc. Lower machine each node can communication through CAN bus in a timely manner, and each node has the intelligence, the master node send only a command, a specific control can be performed by independent child nodes. Each node of main controller adopts the high performance and low power consumption STM32F103ZET6 chip, child nodes motor driver module selects the THB7128 high subdivision for two phase hybrid stepping motor driver chip, subdivided level can up to 128, the system will become perfect with the improve of stepper motor positioning accuracy. The system has over current protection, short circuit protection, and other functions. The purpose of this article is to develop a set of superior performance, easy operation, simple structure, good commonality distributed intelligent stepper motor drive control module.
杭州电子科技大学硕士学位论文
摘
要
步进电机具有可开环控制、无累积误差、精确定位等特性，在自动化控制领域起着 举足轻重的作用。在仪用精密定位系统中，步进电机愈加显示出其优异特性。随着国民 经济的发展，多步进电机的驱动控制系统是目前的主流应用，而一个系统整机性能的好 坏与其驱动控制架构模式的优劣密切相关。因此，对多个步进电机的应用架构进行研究 和探讨是十分必要的。 传统的步进电机驱动架构多采用集中并行式控制模式，存在实时性差等不足，本文 针对此现状提出了新的步进电机应用架构——分布串行式控制架构。文中基于 STM32 系列芯片和 CAN 总线设计了分布式智能步进电机驱动控制系统，与传统集中并行式控 制架构相比，分布串行式控制架构具有可靠性高、灵活性好、实时性强的突出特点。 本文对步进电机进行了相关介绍，并结合其细分驱动技术，针对仪器仪表等多步进 电机的应用场合，设计了分布式智能电机驱动控制系统。主要包括上位机控制管理界面 的编写、下位机主节点、子节点硬件设计以及 CAN 通信的实现。下位机通过 RS232 串 口与上位机通讯，为研究方便，选取 PC 机为上位机。采用 LabWindows/CVI 编写上位 机控制界面，可控制各个节点的运行，对各节点步进电机的启停、正反转、步数、细分 数等进行控制。下位机各节点通过 CAN 总线实现及时地通信，且各个子节点具有智能 性，主节点只需发送命令，具体控制可由子节点独立完成。各节点主控制器均采用高性 能、低功耗的 STM32F103ZET6 芯片，子节点电机驱动模块选用 THB7128 高细分两相 混合式步进电机专用驱动芯片，细分数最高可达 128，步进电机定位精度的提高使得系 统整机性能得以完善。系统具有过流保护、短路保护等功能。 本文的目的是开发一套性能优越、操作易行、结构合理、通用性好的分布式智能步 进电机驱动控制模块。测试结果表明：该系统可以达到预设指标。系统运行性能优良、 可靠、稳定、灵活，系统驱动电流可调，适用于驱动 28 系列、42 系列、57 系列等多种 型号的中小功率两相混合式步进电机，具有很好的研究和应用价值以及广阔的市场前 景。 关键词：步进电机，细分驱动，分布串行式，STM32,CAN,LabWindows/CVI
II
杭州电子科技大学硕士学位论文
Test results show that the system can achieve the preset targets. System excellent performance, reliable, stable, flexible operation, the system drive current is adjustable, suitable for drive 28 series, 42 series, 57 series and various types of small and medium-sized power two-phase hybrid stepping motor and has research value and development prospects. Keywords: stepper motor,subdivided driving,distribution serial,STM32,CAN, LabWindows/CVI