基于labview的步进电机控制系统设计

摘 要：本文以虚拟仪器技术为理论基础，应用labVIEW软件替代硬件电路的方式，实现了步进电机控制系统的设计。本文详细介绍了利用485串口进行通信，采用labview编程来实现控制步进电机的正、反转的过程。系统具有良好的软件交互界面和良好的实时性，可以根据需要实时对步进电机运行速度和时间进行设置。该系统提高了步进电机控制过程的自动化和智能化水平，为步进电机在控制领域的应用，提供了一种简便易行的方法。

关键词：步进电机；labVIEW；控制系统

中图分类号：TP273 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20160732006

步进电机越来越多运用到众多领域，尤其在现代速度、位置等控制领域中更得到广泛应用。步进电机的测控系统的设计也在不断的改革创新，已从传统的运用逻辑电路或单片机实现控制向以软件控制为主的方式转变。通过用LabIEW系统软件编程实现对步进电机的位置控制和速度控制，解决了传统的步进电机控制系统中靠硬件来实现的线路复杂、不易调整的问题，是一种很好的控制方式。

1 labVIEW与步进电机简介

labVIEW是一款虚拟仪器开发平台软件， 主要应用于数据采集和分析、仪器控制、测试测量等领域。它应用各种图表、图形符号、连线等方式进行编程，是一种图形化语言。它的特点是编程方式直观简便、设备驱动程序众多并且是源码级别的、分析和表达功能多种多样。labVIEW的这些优势使用户在实际应用中能够快捷地构筑自己所需要的控制系统。

步进电机是一种感应电机，不像普通的直流电机和交流电机可以在常规下使用，它必须与相应的控制系统配套使用。步进电机的运转只与脉冲信号的频率、脉冲数有关，它把双环形电脉冲信号转变成线位移或角位移，即脉冲个数决定角位移量，脉冲频率决定步进电机转动的速度和加速度。而且位移速度与脉冲频率、角位移量与脉冲数均成正比关系，加上步进电机只存在周期性的误差而没有累积误差等特点，使得在速度、位置等控制领域使用步进电机来控制变得异常简单。

2 步进电机控制系统组成

系统由一台计算机、一台步进电机（含步进电机驱动器）、一台脉冲发生器、一台无线路由器、一台串口服务器组成。整个系统结构框图如图1所示。

系统利用LabVIEW软件编写上位机程序发送脉冲数指令，通过无线路由器的无线传送方式与串口服务器通讯，串口服务器再通过自身的485接口传送给脉冲发生器，脉冲发生器发送相应的脉冲数来驱动步进电机。

3 控制系统原理

本系统的速度控制是利用脉冲发生器向步进电机发出脉冲，通过调节脉冲频率来实现电机的速度变化。这种方法可以在步进电机运行过程中实时改变旋转速度，并且可以实现低速运转。步进电机的启/停控制，可实现在运转状态下，正向或反向的切换；在停止状态下，可正向或反向启动电机。

考虑到现场工作的实用性，在设计本系统时提出了手动控制和自动控制2种运行模式。手动控制是在LabVIEW前面板上设置行进脉冲总数和速度运行基数输入栏，电机正向运行、反向运行和停止铵钮。用户通过点动鼠标和键盘输入的方式来控制步进电机。自动运行是按照预先设定的脉冲总数、运行速度和旋转方向自动运行。手动控制前面板子程序如图2所示。

4 软件程序设计

本系统的软件设计主要包括串口数据通讯程序和步进电机控制程序2部分。

串口数据通讯程序实现了上位机与步进电机的通讯。此功能采用仪器控制类型，即一问一答方式。上位机发出一个指令，等待下位机做出响应，并返回相应数据给上位机，上位机读取出来进行处理。程序框图如图3所示。

在编制此程序时，上位机发送指令和下位机返回数据之间要设有一定的延时。因为作为底层硬件的串口，数据从上位机软件到串口上需要一点时间，执行设备对指令做出响应也需要一点时间，这些时间加起来肯定比软件运行2个节点的时间要短，所以加延时是必须的。此程序中在VISA WRITE和VISA READ之间加了500ms的延时。

步进电机控制程序主要是实现电机的启/停，正向/反向，转速控制等功能。这些功能的实现是通过计算公式来计算电机的转速和脉冲数，并把电机当前各种运行状态运用逻辑运算公式进行组合形成数组，以数组的形式发送给下位机实现步进电机的控制。步进电机控制程序框图如图4所示。

5 结束语

由于步进电机必须和驱动控制器配合使用，而不能接到交直流电源上工作，所以步进电机的控制以脉冲发生器、串口服务器和485串口为硬件基础，采用labview软件编程来实现步进电机的精确运动控制，具有成本低、硬件结构简洁、软件人机交互性好、易于升级、方便控制等优点。同时本控制系统的软件移植性强，可以很方便地被其他应用程序凋用，以构成功能更齐全的程序。

参考文献

[1]刘继英.基于虚拟仪器的步进电机控制系统设计[J].辽宁省交通高等专科学校学报，2011（6）：26.

[2]李光提，李淑君，李汝莘.步进电机的虚拟仪器控制系统[J].山东农业大学学报，2008（40）：103.

[3]洪涛，严滔.labview的步进电机控制方法研究[J].中国计量学院学报，2008（6）：146.

作者简介：范志华（1973-），女，吉林省农业机械研究院正高级工程师，主要从事软件开发和自动化技术研究。