激光粒度仪三维对中系统及步进电机驱动器设计

作     者：徐莉 

作者单位：济南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：江海鹰

授予年度：2012年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

主      题：激光粒度仪 自动对中 光电探测器 步进电机驱动器 

摘      要：在现实生活中，颗粒无处不在，许多制品和原料都是以颗粒的形态存在，而且颗粒的粒度分布则直接影响了制品和原料的质量和性能。目前，激光粒度仪是测量颗粒大小的主要手段之一，在工业、农业、医药等领域已有广泛应用。激光粒度仪一般采用小角前向散射原理，他的多元光电探测器由同心的多个半圆环组成，测量颗粒粒度时要求其圆心必须与入射光轴重合，此调整过程称为激光粒度仪的对中。手动对中不仅会增大人为因素的干扰，而且对操作人员的技术要求非常高。为了减少人为因素的干扰和降低对操作人员的要求，本论文采用自动对中方式代替手动对中。 本论文的主要设计内容是基于单片机的步进电机驱动器设计和激光粒度仪的自动对中设计。主要工作包括以下方面： 1、步进电机驱动器的设计，本系统单片机采用Cygnal公司生产的C8051F系列单片机，该系列单片机内置有2路12位D/A转换器、2路电压比较器等资源，可以进行外围电路的设计。这种高集成度的系统器件为设计低功耗、小体积、高可靠性和高性能的驱动器提供了方便，同时也降低了驱动器的成本。本系统采用斩波恒流细分驱动控制技术，以C8051F单片机为控制核心，通过对输入信号以及当前状态的判断，查找内部电流细分表，得到相应的电流阶梯值，然后经过内部D/A转换输出相应的控制电压。电流检测电路检测电机绕组内电流的大小，然后通过单片机内部的电压比较器与D/A转换输出的控制电压进行比较，产生PWM信号，接着PWM信号控制H桥工作，使步进电机绕组内电流处于参考值附近。 2、三维移动平台的设计，光电探测器安装在一个上下、左右、前后三个方向可调的移动台上，三维精密移动工作台由支撑装置、滑动装置构成。在本设计中为了减少误差的影响，在底座的设计中尽量保证主动件与从动件之间运动的线性关系，导轨的结构设计及其工艺上尽量保证导轨有较好的运动直线性。 3、步进电机对移动平台的控制，在对中时，由步进电机控制移动平台的上下、左右、前后运动以实现激光粒度仪的对中。系统程序有主程序、正转程序、反转程序和速度控制程序等构成，主程序根据各点的状态分别调用其他的子程序。设定步进电机正转可以带动三维移动平台向上、前、右运动，反转则相反， 4、C8051F20单片机控制步进电机进行对中，步进电机的单片机控制中，控制信号由单片机产生。其基本控制作用如下：控制步进电机的转向，控制步进电机的速度。如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔时间越短，步进电机就转得越快。因此，脉冲的频率决定了步进电机的转速。调整步进电机发出脉冲的频率，就可以对步进电机进行调速。 该系统将利用C8051F单片机控制两相混合式步进电机，带动执行机构沿X方向、Y方向和Z方向运动（左右、上下、前后），同时控制转动步数，实现自动对中。