基于CAN-BUS和STM32的智能步进电机驱动控制模块设计

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。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 步进电机驱动控制模块

1.3 课题研究的内容和论文结构安排

第2章 步进电机及其应用架构的讨论

2.1 步进电机简介

2.2 步进电机应用系统架构讨论

2.3 本章小结

第3章 系统总体方案的确定

3.1 系统总体方案的设计要求

3.2 控制器的选择

3.3 系统通信方案设计

3.4 系统总体框架

3.5 本章小结

第4章 系统硬件设计

4.1 主节点硬件设计

4.2 通信电路设计

4.3 子节点硬件设计

4.4 电源模块

4.5 硬件抗干扰部分

4.6 硬件实物图

4.7 本章小结

第5章 系统应用层协议的设计与实现

5.1 CAN通信协议简介

5.2 系统应用层协议的设计

5.3 CAN总线报文传输

5.4 本章小结

第6章 系统软件设计

6.1 上位机软件设计

6.2 下位机软件实现方法概述

6.3 串口通信的实现

6.4 CAN通信的实现

6.5 子节点智能驱动软件设计

6.6 本章小结

第7章 系统测试及结果分析

7.1 整机测试

7.2 电机绕组电流波形测试

7.3 其他测试内容

7.4 本章小结

第8章 总结和展望

8.1 本文总结

8.2 工作展望

致谢

参考文献

附录1

附录2