單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電磁干擾及抑制

【摘 要】隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)單片機(jī)的控制模式提出了更高的要求。針對(duì)這一現(xiàn)象，人們開(kāi)始將單片機(jī)運(yùn)用于步進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)中，提高步進(jìn)電機(jī)的實(shí)用性。本文針對(duì)步進(jìn)電機(jī)在實(shí)際工作過(guò)程中的電磁干擾問(wèn)題，提出相應(yīng)的解決措施，旨在完善步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】步進(jìn)電機(jī) 控制系統(tǒng) 單片機(jī) 電磁干擾

【中圖分類號(hào)】TM383.6 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-4810（2013）31-0188-02

一 步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀

步進(jìn)電機(jī)作為感應(yīng)電機(jī)的一種，適用于機(jī)械制造行業(yè)中，企業(yè)通過(guò)計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的工作程序，提高傳動(dòng)的準(zhǔn)確率，促進(jìn)了步進(jìn)電機(jī)的現(xiàn)代化發(fā)展。現(xiàn)階段，單片機(jī)逐漸應(yīng)用于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中。實(shí)際工作過(guò)程中，單片機(jī)發(fā)出脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)根據(jù)脈沖信號(hào)以特定的頻率進(jìn)行工作。由于單片機(jī)脈沖信號(hào)以方波的形式呈現(xiàn)，而步進(jìn)電機(jī)需要按照一定的順序進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，使得單片機(jī)控制回路中受到極大的電磁干擾，其脈沖信號(hào)出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，縮短元件的使用壽命，影響步進(jìn)電機(jī)的正常工作。由此可見(jiàn)，采取有效措施抑制單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有重要意義。

二 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電磁干擾的來(lái)源

將單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)視為一個(gè)工作系統(tǒng)，由單片機(jī)發(fā)出脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)接收信號(hào)后將其轉(zhuǎn)化為特定的工作頻率。單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)作為統(tǒng)一系統(tǒng)的不同組成部分，工作過(guò)程中必然會(huì)產(chǎn)生相互影響。同時(shí)，機(jī)器供電過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)電磁反應(yīng)，干擾信號(hào)以導(dǎo)線、電容等為媒介，對(duì)單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。

由此可見(jiàn)，單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)受到多方面的電磁干擾：（1）供電產(chǎn)生的磁感造成的干擾。由于機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的需要，電網(wǎng)電流的負(fù)載會(huì)隨系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)而變化。變化過(guò)程中供電系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)瞬變變電壓波，該電波對(duì)工作電流和步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生電磁干擾。（2）單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)在工作期間，其產(chǎn)生的電磁存在著差異。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電磁隨線路對(duì)單片機(jī)造成電磁干擾時(shí)，單片機(jī)的脈動(dòng)信號(hào)出現(xiàn)異常，導(dǎo)致步進(jìn)電機(jī)的工作頻率也隨之發(fā)生變化。（3）磁場(chǎng)耦合作用也是造成單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)受到電磁干擾的重要因素之一。步進(jìn)電機(jī)在實(shí)際工作中需要頻繁的通斷電，線路在進(jìn)行突然通電的工程中，會(huì)導(dǎo)致線路中出現(xiàn)磁場(chǎng)耦合作用。由于該操作過(guò)于頻繁，對(duì)線路的電磁干擾不斷增加，損壞系統(tǒng)元件，縮短元件的使用壽命。（4）由于系統(tǒng)的布線存在不規(guī)范的現(xiàn)象，導(dǎo)致單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)受到不同線路產(chǎn)生的電磁感應(yīng)的通過(guò)干擾。

三 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電磁干擾的抑制方式

第一，隔離相鄰電路。單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)之間電磁相互干擾，是單片控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電磁干擾的重要來(lái)源。因此，相關(guān)部門(mén)必須重視部件間的線路隔離。目前，很多企業(yè)采用光電隔離的方式切斷線路之間的聯(lián)系，使得單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)作為兩個(gè)單獨(dú)的運(yùn)行系統(tǒng)，降低相互間的電磁干擾。此外，采用適當(dāng)方式進(jìn)行線路隔離，可以避免單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)并聯(lián)入公共線路和地線中，降低線路頻繁通斷電中強(qiáng)大的電流對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾，提高單片機(jī)脈沖信號(hào)的準(zhǔn)確性。

第二，接地線路的合理化。由于接地線路信號(hào)頻繁變化，增加了線路的電壓負(fù)荷，易產(chǎn)生電磁波，干擾系統(tǒng)的正常運(yùn)行。進(jìn)行單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)接地線路的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循由小到大的原則，通過(guò)降低電流驟增的次數(shù)達(dá)到控制線路間電磁相互干擾的目的。

第三，延長(zhǎng)開(kāi)關(guān)開(kāi)通時(shí)間。金氧半場(chǎng)效晶體管主要用于步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)中，達(dá)到控制系統(tǒng)回路電流的目的。使用金氧半場(chǎng)效晶體管控制實(shí)現(xiàn)電路的快速導(dǎo)電時(shí)，電路中的瞬時(shí)電流會(huì)增大，對(duì)控制系統(tǒng)的電路產(chǎn)生干擾。因此，應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)開(kāi)關(guān)開(kāi)通的時(shí)間，通過(guò)延緩開(kāi)關(guān)速度，降低電流瞬間增大而產(chǎn)生的尖峰電流，可有效控制電磁對(duì)單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的干擾。此外，還可以利用旋轉(zhuǎn)控制裝置吸收接地線路中的歸路電流，避免線路中出現(xiàn)電磁的強(qiáng)度增大，擴(kuò)大電磁干擾范圍。

第四，布線的規(guī)范化。由于線路在通電期間會(huì)產(chǎn)生大量的電壓波或形成回路電流，使得相鄰線路之間產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁干擾，增加電磁強(qiáng)度。對(duì)此，企業(yè)可以從三個(gè)方面合理設(shè)置線路：（1）了解電磁干擾源的電磁強(qiáng)度，控制線路與單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)之間的距離，降低電磁干擾源對(duì)控制系統(tǒng)的電磁干擾強(qiáng)度。（2）對(duì)單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布線時(shí)，應(yīng)盡量避免平行布線，降低相鄰線路的電磁干擾。同時(shí)，根據(jù)線路間的用途，分開(kāi)布線，并保證交叉線路在同一回路中的位置相等，可減少線路電磁干擾。（3）根據(jù)布線的需要，可在單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)附近設(shè)置屏蔽線，降低線路電磁干擾的強(qiáng)度。

第五，變壓器結(jié)構(gòu)的合理化。變壓器作為步進(jìn)電機(jī)重要的組成部分，其易出現(xiàn)漏磁的現(xiàn)象，干擾步進(jìn)電機(jī)的正常運(yùn)行，因此，選擇變壓器的內(nèi)置鐵芯時(shí)應(yīng)考慮到鐵芯的漏磁強(qiáng)度。目前，人們常用C型鐵芯設(shè)計(jì)變壓器內(nèi)置結(jié)構(gòu)，使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)逐步趨于合理化。

四 結(jié)束語(yǔ)

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)逐漸成為企業(yè)生產(chǎn)中必不可少的設(shè)備之一。然而，該系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中往往受到外界電磁源的干擾，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)作。因此，應(yīng)合理布置線路，適當(dāng)采用屏蔽線降低電磁干擾強(qiáng)度，提高步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的工作性能。

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〔責(zé)任編輯：李爽〕