wifi的场测量系统空间定位与传感器指向机构(附件)
在电磁场与电磁波、声学、光学、热力学等学科的科学研究与教学中，经常需要对上述信号场的进行测量。为了方便准确地进行场测量，本课题研究一种基于WIFI的场测量系统。该系统包括多自由度的空间定位与传感器指向机构、基于WIFI的信号传输及测量控制系统。本次设计我们以声场为实验对象，因为要进行测量，必须要对声场进行小范围的定位，本课题就是以声场为目标，完成对它的空间定位。
本文主要讲述了使用单片机AT89C51为核心设计出步进电机控制系统，通过软硬件结合的方式产生脉冲信号并且发出方向的指令，再设计一个适合步进电机的驱动器实现对步进电机的控驱动，实现它的正反转，及对速度的控制，从而连接丝杆实现对声源或电磁波的定位。
关键词 定位，单片机，步进电机，丝杆
目 录
1.1本课题研究背景 1
1.2本课题国内外研究现状 1
2课题设计方案 3
2．1 课题整体目标 3
2.2本课题研究内容 3
3步进电机 4
3.1步进电机的选用 4
3.2步进电机控制系统 6
4步进电机定位控制的硬件设计 7
4.1主控制模块 7
4.2 驱动控制模块 8
4.3 键盘显示模块 10
4.4硬件抗干扰模块 11
5定位换向 11
5.1 位移控制和三维空间定位 11
5.2 定位方法 12
6电机与丝杆的转换计算 12
6.1滚动丝杆介绍 12
6.2电机转速和扭矩的转换计算 13
6.3丝杆与步进电机的转换计算 13
7系统实现 13
8结论与建议 15
8.1结论 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
15
8.2建议 15
致谢 16
参考文献 17
1 引言
1.1本课题研究背景
在现在的科学研究过程中，对于电磁场、声场等的测量显得越来越重要，因此人们对于它的研究也越来越多，测量的前提便是要对测量目标进行定位，所以定位技术的发展变得尤为引人注目。目前发展较为迅猛的便是步进电机伺服系统。
伺服系统,可以说它是在自动控制领域中一个特别重要的控制系统。随着科学技术的发展,伺服系统在现代工业、军事等领域发挥着日益重要的作用。对我们的生活、军事都产生了很大的影响。
我们所说的步进电机伺服系统，其实是用来精确地跟随或者复现某个过程的一种控制系统。而步进电机伺服系统则是由电机本体、驱动器和控制器来组成的。它们是密不可分的三个组成部分[1]。当步进电机选定之后,系统的性能是由驱动器和控制器的品质来决定。伴随着电子信息技术和自动化操作的不断发展,以单片机为控制器的步进电机伺服控制系统得到广泛应用。主要就是因为它超高的性价比、灵活的使用方式和优良的稳定性。
1.2本课题国内外研究现状
1.2.1步进电机控制系统研究现状
经历了很多年的发展与改良，在步进电动机的控制方式中，最常用到的是开环步进驱动技术。除此之外，还有升频升压控制技术，恒流斩波控制技术，微步进细分控制技术以及位置、速度反馈控制技术。对于如何实现步进电机的精确定位和稳定的运转，他们大多由控制方式和步进电机驱动器的方面来研究分析[2]。例如闭环控制方式的运用，通过反馈保证步进电机的性能；还有的使用细分驱动器，将控制环节做出细分，改变其步距角以此来加强精确定位。这些方式，也能完成步进电机要求的精确性，但设备仪器的成本却也随之大提高，对于那些小型的设备仪表，这些方式就不合适使用了。 步进电机主要功能是由控制系统来实现的。目前最常见的是以下三种方法，由此方法完成对步进电机的控制和驱动：专用芯片；单片机；DSP。
1.2.1.1 专用芯片步进电机控制系统
目前技术条件下，想完成对步进电机的控制，使用专用芯片依旧是我们市场的主要方式。高性能集成化的专用芯片比比皆是，其中较为出名的有下面几种芯片：
(1)MC3479，它是由一家美国公司：MOTOROLA研制的专用IC，利用了双极方式驱动，特别适合二相混合式步进电机的使用。
(2)UC3770，它是由UNITRODE公司研制而成，是一种全桥驱动IC，使用了恒流斩波来操控，特别适合低功率步进电机 。
(3)STK672-020，它是由日本三洋公司研制的，是一种专业的芯片，并在其内部有一个环形分配器。特别适合四相步进电机的使用。
(4)HA13532T，它由日本日立公司研制而成，该芯片是一种高性能PWM集成芯片 ，一般适合三相混合式步进电机的使用。
(5)TB6560，它是由东芝公司研制出的。它具有低功耗、高集成的特点，是一种两相混合式步进电机驱动芯片。此外还有很多专用芯片，就不在不再一一陈述了。
1.2.1.2 单片机步进电机控制系统
伴随微处理器技术的高速发展，单片机凭借其超高的价格优势，在实现步进电机控制中它的使用正在成为一种潮流[3]。单片机的使用已经是越来越多，分布也越来越广泛。步进电机，它本来就是一种离散型的自动化执行元器件，根据接收到的控制脉冲来完成电机的运转。故而它更加可以利用单片机及嵌入式系统来操控它的运转。和专用芯片相比较，单片机具有更加全面的能力，依靠单片机去实现步进电机的控制运转，可以拥有更高的灵活性，相对而言更加容易去完成对步进电机的高难度的操控。
1.2.1.3 DSP 步进电机控制系统
DSP(数字信号处理器)是电机完成全数字控制的核心[4]。很多的生产开发商都研制出了很多款芯片，全都是分别针对不同电机进行控制的。DSP正在飞速发展，凭借其超高的计算能力、低廉的价格优势和亲和的研发环境等优点，目前一步步成为工程开发人员的新爱。利用数字信号处理器来完成对步进电机的操控具有很大的优势以及发展潜力。
1.2.2 步进电机控制系统研究现状
中国对伺服控制系统的研发较晚些.,20世纪60年代之前,中国早期的伺服控制系统所使用的伺服控制系统产品均从国外进口而来,对于伺服控制技术方面,呈现一片空白的局面[5]。
20世纪80年代,中国通过各种渠道引进国外伺服控制的技术，而后自己学习相关知识，从而加速了我们自主研发伺服驱动控制的技术，通过一次又一次的技术攻关，中国取得了很好成绩，但是由于经验不足的问题，中国的产品的可靠性，稳定性相对于国外来说处于劣势，严重影响着中国人对驱动技术的使用，导致一些公司不得不花大价钱来买国外的伺服系统[6]。
2．1 课题整体目标
在场信号测量的过程中，为了排除测量人员对场信号的影响，采用无线远距离控制测量设备的方法来达到此目的。在本课题设计基于WIFI的场测量系统，利用WIFI来控制硬件设备进行测量行为和数据的交互。
本课题采用模块化的思想进行任务分配，分为四个部分：空间定位与传感器指向机构的控制硬件部分和软件部分、测量信号调理与传输部分、基于PC机WIFI的测量控制部分。
步进电机的技术指标有步距角、响应频率、精度、转矩、运行频率等。
（1)步距角
步距角就是当电信号接入电机后，电机中转子转过的角度步距角即为步进电动机通入电信号后,电动机转子所转过的角度值。
功能
1
SYNG
斩波器输出口
1.1本课题研究背景 1
1.2本课题国内外研究现状 1
2课题设计方案 3
2．1 课题整体目标 3
2.2本课题研究内容 3
3步进电机 4
3.1步进电机的选用 4
3.2步进电机控制系统 6
4步进电机定位控制的硬件设计 7
4.1主控制模块 7
4.2 驱动控制模块 8
4.3 键盘显示模块 10
4.4硬件抗干扰模块 11
5定位换向 11
5.1 位移控制和三维空间定位 11
5.2 定位方法 12
6电机与丝杆的转换计算 12
6.1滚动丝杆介绍 12
6.2电机转速和扭矩的转换计算 13
6.3丝杆与步进电机的转换计算 13
7系统实现 13
8结论与建议 15
8.1结论 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
15
8.2建议 15
致谢 16
参考文献 17
1 引言
1.1本课题研究背景
在现在的科学研究过程中，对于电磁场、声场等的测量显得越来越重要，因此人们对于它的研究也越来越多，测量的前提便是要对测量目标进行定位，所以定位技术的发展变得尤为引人注目。目前发展较为迅猛的便是步进电机伺服系统。
伺服系统,可以说它是在自动控制领域中一个特别重要的控制系统。随着科学技术的发展,伺服系统在现代工业、军事等领域发挥着日益重要的作用。对我们的生活、军事都产生了很大的影响。
我们所说的步进电机伺服系统，其实是用来精确地跟随或者复现某个过程的一种控制系统。而步进电机伺服系统则是由电机本体、驱动器和控制器来组成的。它们是密不可分的三个组成部分[1]。当步进电机选定之后,系统的性能是由驱动器和控制器的品质来决定。伴随着电子信息技术和自动化操作的不断发展,以单片机为控制器的步进电机伺服控制系统得到广泛应用。主要就是因为它超高的性价比、灵活的使用方式和优良的稳定性。
1.2本课题国内外研究现状
1.2.1步进电机控制系统研究现状
经历了很多年的发展与改良，在步进电动机的控制方式中，最常用到的是开环步进驱动技术。除此之外，还有升频升压控制技术，恒流斩波控制技术，微步进细分控制技术以及位置、速度反馈控制技术。对于如何实现步进电机的精确定位和稳定的运转，他们大多由控制方式和步进电机驱动器的方面来研究分析[2]。例如闭环控制方式的运用，通过反馈保证步进电机的性能；还有的使用细分驱动器，将控制环节做出细分，改变其步距角以此来加强精确定位。这些方式，也能完成步进电机要求的精确性，但设备仪器的成本却也随之大提高，对于那些小型的设备仪表，这些方式就不合适使用了。 步进电机主要功能是由控制系统来实现的。目前最常见的是以下三种方法，由此方法完成对步进电机的控制和驱动：专用芯片；单片机；DSP。
1.2.1.1 专用芯片步进电机控制系统
目前技术条件下，想完成对步进电机的控制，使用专用芯片依旧是我们市场的主要方式。高性能集成化的专用芯片比比皆是，其中较为出名的有下面几种芯片：
(1)MC3479，它是由一家美国公司：MOTOROLA研制的专用IC，利用了双极方式驱动，特别适合二相混合式步进电机的使用。
(2)UC3770，它是由UNITRODE公司研制而成，是一种全桥驱动IC，使用了恒流斩波来操控，特别适合低功率步进电机 。
(3)STK672-020，它是由日本三洋公司研制的，是一种专业的芯片，并在其内部有一个环形分配器。特别适合四相步进电机的使用。
(4)HA13532T，它由日本日立公司研制而成，该芯片是一种高性能PWM集成芯片 ，一般适合三相混合式步进电机的使用。
(5)TB6560，它是由东芝公司研制出的。它具有低功耗、高集成的特点，是一种两相混合式步进电机驱动芯片。此外还有很多专用芯片，就不在不再一一陈述了。
1.2.1.2 单片机步进电机控制系统
伴随微处理器技术的高速发展，单片机凭借其超高的价格优势，在实现步进电机控制中它的使用正在成为一种潮流[3]。单片机的使用已经是越来越多，分布也越来越广泛。步进电机，它本来就是一种离散型的自动化执行元器件，根据接收到的控制脉冲来完成电机的运转。故而它更加可以利用单片机及嵌入式系统来操控它的运转。和专用芯片相比较，单片机具有更加全面的能力，依靠单片机去实现步进电机的控制运转，可以拥有更高的灵活性，相对而言更加容易去完成对步进电机的高难度的操控。
1.2.1.3 DSP 步进电机控制系统
DSP(数字信号处理器)是电机完成全数字控制的核心[4]。很多的生产开发商都研制出了很多款芯片，全都是分别针对不同电机进行控制的。DSP正在飞速发展，凭借其超高的计算能力、低廉的价格优势和亲和的研发环境等优点，目前一步步成为工程开发人员的新爱。利用数字信号处理器来完成对步进电机的操控具有很大的优势以及发展潜力。
1.2.2 步进电机控制系统研究现状
中国对伺服控制系统的研发较晚些.,20世纪60年代之前,中国早期的伺服控制系统所使用的伺服控制系统产品均从国外进口而来,对于伺服控制技术方面,呈现一片空白的局面[5]。
20世纪80年代,中国通过各种渠道引进国外伺服控制的技术，而后自己学习相关知识，从而加速了我们自主研发伺服驱动控制的技术，通过一次又一次的技术攻关，中国取得了很好成绩，但是由于经验不足的问题，中国的产品的可靠性，稳定性相对于国外来说处于劣势，严重影响着中国人对驱动技术的使用，导致一些公司不得不花大价钱来买国外的伺服系统[6]。
2．1 课题整体目标
在场信号测量的过程中，为了排除测量人员对场信号的影响，采用无线远距离控制测量设备的方法来达到此目的。在本课题设计基于WIFI的场测量系统，利用WIFI来控制硬件设备进行测量行为和数据的交互。
本课题采用模块化的思想进行任务分配，分为四个部分：空间定位与传感器指向机构的控制硬件部分和软件部分、测量信号调理与传输部分、基于PC机WIFI的测量控制部分。
步进电机的技术指标有步距角、响应频率、精度、转矩、运行频率等。
（1)步距角
步距角就是当电信号接入电机后，电机中转子转过的角度步距角即为步进电动机通入电信号后,电动机转子所转过的角度值。
功能
1
SYNG
斩波器输出口
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