基于单片机的自动分拣机控制系统设计(4)

徐刚：基于单片机的自动分拣机控制系统设计

2.2 步进电机

2.2.1 步进电机概述

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的执行器件。脉冲数和脉冲信号频率决定了电机的转速和停止的位置。当步进电机的驱动器接收到了一个驱动脉冲信号后，步进电机就会按照设定的方向转一个固定的角度，称为步进角。用户可以通过控制脉冲的个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，同时还可以通过控制脉冲频率控制电机的转速和加速度，从而达到调速的目的。

2.2.2 步进电机分类

常见的步进电机分为三类：永磁式（PM）、反应式（VR）和混合式（HB）。永磁式步进电机一般分为两厢，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反应式步进电机一般分为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动较大；混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点，它分为两相和五相，两相步进角一般为1.8度，五相步进角一般为0.72度，这种步进电机因性能优异应用比较广泛。

2.2.3步进电机工作原理

步进电机有三线式、五线式和六线式，但其控制方式均相同，都要以脉冲信号电流来驱动。假设每转一圈需要48个脉冲信号来励磁，可以计算出每个励磁信号能使步进电机前进7.5度，其旋转角度与脉冲的个数成正比。步进电机的正、反转由励磁脉冲产生的顺序来控制。六线式四相步进电机是比较常见的，它的控制等效电路如图2-4，实物外形如图2-5。

图2-4 步进电机等效电路图 图2-5 步进电机实物图

从图可以看出，六线式四相步进电机有两组线圈（每组线圈各有两相）和4条励磁信号引线A、A、B、B。2组线圈中间有一个端点引出作为公共端，这样一共有6根引出线。

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华东交通大学理工学院毕业设计

要使步进电机运转，只要轮流给个引出端通电即可。由图2-4知，只要AC、AC、BC、BC四相轮流通电就能驱动步进电机运转。通电的方式有多种，若将公共端C接正电源，那么只需要开关元件（三极管、驱动器）将A、A、B、B轮流接地即可。由于每出现一个脉冲信号，步进电机就能走一步。因此只要依序不断的送出脉冲信号，步进电机就能实现连续转动。

2.2.4 本文选择的步进电机

根据题目要求，本系统共需要六个步进电机。本文选择六线四相步进电机，该步进电机使用的步进角为 7.5度 。一圈 360 度,需要48个脉冲完成。其与单片机接线图如图2-6。

图2-6 步进电机与单片机接线图

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第三章 硬件设计

3.1 接近开关

3.1.1 接近开关概述

接近开关称为无触点行程开关。是一种非接触型的检测装置，可以完成行程和限位控制。特点是工作可靠、功耗低、复定位精度高、寿命长、操作频率高等。是一种用于工业自动化控制系统中以实现检测、控制并与输出环节全盘无触点化的新型开关元件。当开关接近某一物体时，即发出控制信号。

3.1.2 接近开关的分类与选择

接近开关主要分为：无源接近开关、涡流式接近开关、电容式接近开关、霍尔接近开关、热释电式接近开关、光电式接近开关等七类。根据实际情况及控制需求，本文选取光电式接近开关作为该自动邮件分拣控制系统的接近开关。

3.1.3 光电式接近开关概述

光电式接近开关简称光电开关，主要利用光电效应原理做成。将发光器件与光电器件按一定方向装在同一个检测头内。当有反光面（被检测物体）接近时，光电器件接收到反射光后便在信号输出，由此便可“感知”有物体接近。其主要特点有结构简单、响应速度快、高精度、高分辨率、抗干扰能力强（不受电磁辐射影响，本身也不辐射电磁波）、可实现非接触式测量等特点；可以直接检测光信号、温度、压力、位移、速度、加速度等。发展速度快、应用范围广。

3.1.4 基本原理

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被测量使光源的光通量变化 光电元件接收到光通量变化 输出量也做相应的变化 华东交通大学理工学院毕业设计

3.1.5 主要分类

主要分为吸收式、遮光式、反射式和辐射式四类。

?吸收式：

光源 被测物 光电元件

说明：被吸收的光通量与被测物体的透明度有关 ?遮光式：

光源 被测物 光电元件

说明:光源发出的光经过被测物体时被遮挡部分，使得光电元件上

的光通量减弱，减弱的程度与被测物体在光学通路的位置有关。

?反射式：

光源

被

测 物

光电元件

说明：自带一个光源和一个光接收装置，光源发出的光经过待测物体的反射被光

敏元件接收，再经过相关电路的处理得到所需要的信息。可以用来检测地面明暗和颜色的变化，也可以探测有无接近的物体。反射光通量取决于反向表面的性质、状态和光源之间的距离。

?辐射式：

被测物 光电元件

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说明: 被测物体本身就是辐射源，所发出的光直接照在光电元件上（或经过一定

的光通路照在光电元件上），使光电元件产生相应的变化，其辐射强度与温度有关。

3.2 74LS138译码器 3.2.1 74LS138译码器概述

译码器是组合逻辑电路的一个重要的器件，是一种具有“翻译”功能的逻辑电路，这种电路能将输入二进制代码的各种状态，按照其原意翻译成对应的输出信号。译码器设有一个和多个使能控制输入端，又成为片选端，用来控制允许译码或禁止译码。74LS138是一种3线—8线译码器 ，三个输入端A0、A1、A2共有8种状态组合，可译出8个输出信号Y0—Y7。其实物图如图3-1，电路图如图3-2。

图3-1 74LS138译码器实物图 图3-2 74LS138译码器电路图

3.2.2本文应用

本文主要利用74LS138译码器来控制六个步进电机驱动芯片的片选信号，对芯片进行分时的读写操作，从而控制对应步进电机动作。其具体应用原理图如图3-3。

图3-3 74LS138应用原理图

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