爬行机器人步进行走系统硬件基础开发

王文明 董绍江 刘娟等

摘 要：研究机器人体系结构的目的是简化机器人系统的设计和开发。随着机器人控制和功能的日益复杂化，机器人体系已硬件结构的设计越来越受到重视，其中通过步进电机驱动器来控制系统行走机构是重点。所以研究步进电机的控制系统，对提高机器人控制精度和响应速度具有重要意义。

关键词：STC89C52 步进电机 ULN2003驱动

中图分类号：TM307.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）07（a）-0233-01

1 设计方案

本设计的目的是以单片机为核心设计出一个单片机控制步进电机的控制系统。本系统采用STC89C52作为控制单元，通过键盘实现对步进电机转动方向及转动速度的控制，并且将步进电机的转动用四个LED灯指示。

2 硬件选择

目前常用的步进电机有三类如表1所示。

通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。在本设计中采用常用的永磁式步进电机。

STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C52具有以下標准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。在本设计采用STC89C52单片机。

ULN2003工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V的电压，输出还可以在搞负载电流并行运行。在本设计中采用ULN2003作为驱动。

3 软件设计

应用系统中的应用软件是根据系统功能要求设计的，本系统中，软件设计要求做到以下几点。

（1）软件结构清晰，简捷，流程合理。

（2）各功能程序实现模块化。

（3）程序存储区，数据存储区要合理规划，既能节约内存容量，又使操作方便。

（4）运行状态实现标志化管理。各个功能程序运行状态，运行结果以及运行要求都要设置状态标志以便查询，程序转移，控制都可通过状态标志条件来控制。

4 硬件连接

连接好硬件电路，上电复位，程序开始运行。

（1）此时步进电机不转动，LED不显示；按下启停键，步进电机开始转动，LED数码管显示数值当前数值，即当前步进电机的转速为25转/分。

（2）此时每按下加速键一次，LED亮的个数值加1，步进电机转动速度相应增加；此时每按下减速键一次，LED亮的个数值减1，步进电机转动速度相应减少；此时若按下方向控制键，步进电机立即向相反方向转动，转动速度保持不变。

参考文献

[1] 宋锦河.步进电机控制系统的快速实现[J].鄂州大学学报，2004（10）：4-6.

[2] 黄坚，自动控制原理及其应用[M].北京：高等教育出版社，2004：124-126.

[3] 徐薇莉，曹柱中.控制理论与设计[M].上海：上海交通大学出版社，2003：87-88.