基于串行总线的多电机智能驱动器设计

摘要

步进电机作为一种典型的运动执行元件，广泛应用于工业自动化系统中，步进电机的性能优劣很大程度上决定于步进电机驱动器的性能好坏。当前步进电机驱动器的控制输入主要有两种方式:脉冲序列+方向信号或正负脉冲序列，当电机数量较多时，信号连线比较复杂，而且要求控制器要有数量相当的控制输出接口，单个运动控制器很难满足这种要求。针对这种现状，本课题对网络化步进电机驱动器进行研究，开发一种通过网络连接的驱动器，采用串行通信实现对各步进电机的运动控制，对电机数量比较多的运动控制系统具有较高的实用价值。
　　基于以上分析，本文首先对现场总线和工业以太网相关技术进行分析论述，对常见现场总线的通信规范做了比较详细的探讨。
　　其次，对网络化步进电机驱动器的硬件进行设计。分析了步进电机的控制方式和典型步进电机驱动电路的特点，根据课题目标提出了自己的驱动方案，以STM32F103微控制器芯片为核心，采用集成驱动电路L298为功率驱动芯片的全数字化设计。同时，对串行通信接口进行设计，基于多方面的对比分析，选用DeviceNet现场总线作为本设计的串行通信总线。
　　再次，对通信协议以及数据解析进行了分析设计。对DeviceNet的两种报文格式进行了分析，针对本课题设备通信特点，该网络化运动控制系统采用源/目的模式实现通信，便于多节点灵活配置以及反馈信息的传输，采用问答式通信，减少总线竞争概率、提高信息传输效率。结合多电机驱动器的功能要求和特点，对报文数据格式及其解析做了详细规划设计。
　　最后，基于课题设计的硬件平台和通信规范，进行了相关软件开发设计，主要完成了控制器和驱动器之间通信模块开发和步进电机驱动控制模块程序设计。
　　本课题主要解决了步进电机驱动器与控制器之间的通信问题，将传统的脉冲驱动模式改为通信控制模式，对于多电机运动控制系统具有重要的实用价值。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．2 步进电机应用概述

1．3 网络化运动控制系统概述

1．4 课题的主要研究内容

2 步进电机驱动器硬件设计

2．1 功能需求分析

2．2 整体方案规划

2．3 步进电机驱动电路设计

2．4 驱动器控制电路设计

2．5 通信接口设计

2．6 本章小结

3 通信协议及报文数据解析设计

3．1 基于总线的网络化运动控制的通信特点分析

3．2 通信协议分析

3．3 控制报文数据结构设计

3．4 本章小结

4 网络化驱动器软件开发

4．1 软件功能模块结构规划

4．2 关键程序模块设计

4．3 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献