王安敏，牛传猛，崔伟（青岛科技大学机电工程学院，青岛266061）

摘要：为实现X-Y二维工作平台的精确定位，以容栅传感器作为位置检测环节，实时的将工作台的运动状态反馈给单片机，单片机根据设定程序对两个方向的步进电机进行闭环控制。通过将容栅传感器输出的串行信号转换成并行信号的方法，方便地实现了单片机对容栅传感器输出信号的处理。试验证明，这种控制方法能实现工作平台的精确定位，具有较高的实用价值。

关键词：步进电机；单片机；容栅传感器；闭环控制

中图分类号：TM383. 6；TP271 +.4    文献标志码：A    文章编号：1001-6848(2010)01-0103-03

           

O 引  言

    在对X-Y两轴运动的工作平台进行控制时一般采用单片机为主控制单元对X-Y两轴驱动步进电机进行控制。步进电机的主要优点之一是能在开环系统中保证一定的控制精度，但开环系统也具有一些缺点：无法知道步进电机在点位运动的匀速阶段和起动的升速阶段是否失步，在步进结束时是否超步，以及由于负载变化而引起的速度变化，尤其当负载转矩较大且有冲击现象时，失步和丢步问题就显得十分突出，从而使步进电机的开环控制的应用受到一定程度的影响。

    为实现X-Y工作平台的准确定位，采用了以容栅传感器作为位置检测环节的全伺服控制，其根本的方法就是容栅传感器将检测到的工作平台的实际位移反馈给控制器，控制器根据检测到的实际位移和速度状态，来实时调整输入的脉冲数、频率，使步进电机稳定在正常运行状态，并使实际位置和指令位置一致，从而达到精确定位和稳速要求。

 

以X轴运动为例，其闭环系统结构图如图1所示。

  该泵统采用容栅式位移传感器检测X-Y工作台的位移信息，此信息经处理转变为与工作台位移量及位移速度成比例的脉冲信号反馈给位置控制器，位置控制器根据位置给定值与反馈值之差，按事先设计好的控制规律来控制整个系统的运行，保证工作台的位移严格跟随指令要求来运动；D/F

（数字／脉冲）转换器将位置控制器输出的数字信号转换成指令脉冲；细分驱动器的功能是以小步距驱动步进电机转动，并使工作台位移具有所要求的分辨率，实现对系统的高精度控制。

    整个系统是一个两级的控制系统，上位系统主要由一台586PC机构成，下位控制系统由两块

PHILIPS公司生产的P87 LPC764单片机组成，如图2所示。上位机主要负责二维定位平台运动位置的采集和控制下位单片机；下位单片机分别完成一路步进电机驱动、解读容栅位移传感器输入信号、限位开关输入信号、和PC机进行通信。PC机与两单片机之间通过RS232串行接口通信，其中X轴单片机控制平台X方向运动的步进电机，与PC机的串口1( COMI)相连，Y轴单片机控制平台Y方向运动的步进电机，与PC机的串口2(COM)相连。平台X、Y方向分别装有容栅式位移传感器，经串并接口转换后分别和单片机相连，将平台的运动状态反馈给单片机。为了防止工作平台运动

出界，在X、Y两轴的极端位置分别设置了限位开关，可以在平台超出运动范围时自动切断电机的电源，使平台停止运动。

    单片机采用近年来市场上比较流行的AT89C52单片机，它采用CHMOS工艺及高密度、非易失存储技术制造，与80C51引脚和指令系统完全兼容，其内部所含功能部件如下：

    (1)1个8位CPU；

    (2)1个片内振荡器及时钟电路；

    (3)8 KB PEROM:

    (4)3个16值定时／计数器；

    (5)21个特殊功能寄存器；

    (6)4个8位并行I/O口，共32条可编程I/O端线；

    (7)1个可编程全双工串行口；

    (8)8个中断源。

    开关采用OMRON公司的接近开关TL-Q5MFI，它的输入是12 V -24 V电压，属常闭型开关。由于选用的步进电机的工作电压为24 V，因此我们将接近开关的输出作为步进电机的工作电压输入，可以在平台超出运动的极