基于LabVIEW的步進電機測控系統設計

摘 要：文章采用虛擬儀器控制技術，用2M656驅動器驅動一步進電機，通過NI公司的USB-6251數據采集卡采集增量式編碼器的轉速信號，上位機運用LabVIEW圖形編程語言設計步進電機的測控系統。文章的設計為步進電機測控系統尋找了一種方便靈活的設計思路，也使得步進電機的測控系統變得結構簡單、運行高效。

關鍵詞：步進電機；LabVIEW；測控系統

中圖分類號：TM383.6 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）11-0009-02

隨著步進電機越來越到多地運用到眾多領域，步進電機的測控系統的設計也在不斷的改革創新。步進電機的控制以數字I/O接口卡作為硬件基礎，采用軟件程序來實現步進電機的同步精確運動控制。這種控制方法的關鍵是軟件程序，軟件程序的好壞將決定是否能實現步進電機的控制。本文采用虛擬儀器技術，完成了步進電機的測控系統設計。

1 系統總體方案設計及原理

1.1 總體方案設計

在整個系統中，用24 V的直流電源為步進電機驅動器以及步進電機進行供電，基于LabVIEW編寫程序，利用數據采集卡產生脈沖來驅動步進電機。整個系統的原理框架如圖1所示。

1.2 系統原理

電機測速是利用增量式光電編碼器，光電轉換原理輸出三組方波脈沖A、B和Z相，A、B兩組脈沖相位差90°，從而可方便地判斷出旋轉方向，而Z相為每轉一個脈沖，用于基準點定位。將增量式編碼器產生的脈沖通過數據采集卡采集出來，根據增量式光電編碼器的工作原理將采集到的數據利用LabVIEW進行處理。電機轉速的控制則是根據步進電機的工作原理，直接控制驅動脈沖的頻率進行轉速控制。最后便是將數據采集卡采集到的數據進行存儲在計算機中，以此來方便隨時可以查看。

1.2.1 數據采集模塊

本文選用2M656作為步進電機驅動器，2M656為一款等角度恒力矩細分型驅動器，驅動器電壓直流24，50 V，適配電流在6 A以下、外徑57～86 mm的各種型號的二相混合式步進電機。在本次設計中，增量式光電編碼器選用的型號GDZ38-100ABZ0G，可以將電機的轉速信號轉化成脈沖信號進行測量。在本次設計中，采用的是美國NI公司的數據采集卡USB-6251。數據采集卡與驅動器，編碼器的連接如圖2所示。

1.2.2 基于LabVIEW軟件控制部分

在本次步進電機測控系統的設計中，軟件設計主要包括驅動脈沖程序、轉速測量程序、轉速控制程序以及波形的存儲與讀取程序。

驅動脈沖程序設計是基于DAQmx，利用數據采集卡的計數器產生PWM波，以此來為步進電機提供驅動脈沖。步進電機的運行頻率跟轉速成正比，可以通過計算公式來計算步進電機的轉速，相反步進電機的轉速的控制也可以通過控制步進電機的頻率來實現。轉速測量程序設計主要包括數據采集和轉速計算兩部分，數據采集主要是將步進電機轉動時光電編碼器產生的脈沖信號進行采集，轉速計算主要是基于光電編碼器的產生脈沖信號的特點，利用計數器得到步進電機的轉速，并將其顯示在前面板上。在測控系統的存儲與讀取中，本文采用的是TDMS文件。波形的存儲程序的編寫主要是為了將數據采集卡采集到的數據進行儲存，以便以后隨時進行讀取和分析，它主要包括文件的打開、文件的寫入、文件的關閉、文件顯示以及錯誤顯示五部分組成。程序框圖如圖3所示。當頻率為4000時，前面板的顯示如圖4所示。

2 結 語

基于LabVIEW的步進電機測控系統，可以節省開發時間，而且模塊編程為程序的擴展和以后添加新功能模塊提供了方便。通過實驗證明，效果良好，為步進電機測控系統尋找了一種方便靈活的設計思路，也使得步進電機的測控系統變得結構簡單，運行高效。

參考文獻：

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