1、- 1 - 本科毕业设计 (论文 )开题报告 电气工程及自动化 单片机步进电机驱动控制系统 一、课题研究意义及现状 电机产品在自身大量出口欧美等国际市场的同时也随着风扇、空调器等家电主机产品畅销国际市场，成为国机电出口业务的主要部分。第二阶段，随着汽车工业的快速发展，车用小功率电机的需求也迅速增长，带动了以永磁直流和无刷直流电机为主体的车用功能型小功率电机的兴起。但是，由于这些产品具有相对技术难度大、设备投入大、品种规格变化大的特点，另外，电机本身产品的技术质量直接关系到整车的可行性及品牌声誉。针对这种情况，国内一些小功率 电机主导企业主动出击，通过技术引进、国际合作和技术攻关，逐步掌握了这类
2、产品的生产技术，其产品已逐渐被世界知名汽车制造企业所接受，正在成为世界汽车制造业的主要供应商。尽管小功率电机的生产厂家众多，市场竞争激烈，但正在向生产相对集中的方向发展。随着国体制改革的不断深入，以长江三角洲和珠江三角洲为主体的小功率电机产业密集带正在逐步形成，小功率电机的龙头企业的市场占有率不断提高。以空调用送风电机为例，国内生产厂家主要有卧龙控股集团、杭州松下电机、广东威灵、江苏天马等几家企业，占据了国内 60%左右的市场份额。这些厂家 具有一定的投资规模，装备先进，生产工艺成熟，技术设计较为领先，品种规格齐全，产品质量档次高，具有很强的市场竞争能力。特别是卧龙集团最近与日本松下公司合资，
3、在新品开发和技术升级方面取得领先优势，在未来 3年内可发展成为世界最大的空调电机生产企业。小功率电机兼有技术密集型和劳动密集型的双重特点，日本、欧美等工业发达国家将产品转移到国外生产，国因具有巨大的市场潜力和丰富廉价的劳动力优势，已经成为欧、美、日等发达国家产业转移的主要接受地区，使小功率电机产业的发展在今后相当长时间内具有良好的发展前景，可以充分利用先进的 技术、管理手段、原材料及劳动力等有利条件，逐步发展成为全球小功率电机制造中心。而且国主要的几家行业龙头企业生产的小功率电机均符合 iec国际标准。 步进电机最早是在 1920年代由英国人所开发。 1950年代后期晶体管的发明也逐渐应用在步
4、进电机上，对于数字化的控制变得更为容易。往后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其- 2 - 以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令 动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。近 10多年来我国微电机市场一直吸引国内外企业投资。由于长期使用磁阻式电机，使得两种机型并存，造成与国外的差距加大。在高性能、高技术含量电动机方面，如无刷直流电动机、交流伺服电动机、直线电机等差距更大一些。这主要是由于我国电子技术落后，投入不足和人才短缺。 二、课题研
5、究的主要内容和预期目标 应用所学的单片机技术（单片机可选用学习板或自己熟悉的某种型号且市场上容易买到、较易开发的单片机），设计相应的硬件和软件，开发一套针对小功率步进电机驱动控制的嵌入式系统，可实现正反转控制 和转速调节。 主要内容： 1）在熟悉所选择的单片机的基础上（也可用已有的学习板），进行原理图设计； 2） PCB 设计； 3）系统制作； 4）编写控制软件，实现正反转和转速控制； 基本要求： 1）完成相应的电路设计和简单调试系统制作； 2）软件流程清晰易懂； 预期目标： 1）仔细阅读任务书，明确设计思路，完成开题报告和开题答辩； 2）根据开题答辩结果和要求完成整改； 3）完成相应的电路设
6、计和软件设计； 4）利用实验室设备进行系统组装连接； 5）完成模拟实验，测量调试结果，与设计目标比较，直到达到设计指标要求； 6）准备毕业答辩； 综合以上内容，设计一个由单片机控制，开发一套针对小功率步进电机驱动控制的嵌入式系统，可实现正反转控制和转速调节的步进电机。 三、课题研究的方法及措施 步进电动机双开槽结构的特点还在于槽口相对来说比较宽。一般槽宽都大于齿宽，而槽不深，通常槽深（齿高）的槽宽相近或略大一些。这一结构特点使得定转子具内磁场分布不均匀，且与定转子具的相对位置有关，加上步进电动机齿磁负荷一般很高，故齿部磁压降占- 3 - 脉冲信号 信号分配 功率放大 步进电机 负载 相当份量不
7、容忽略。这种情况下使得任何用一般电动机磁路的方法计算定转子齿部时，都将造成很大误差。 步进电动机 绕组内的电流不是稳定的直流，也不是正弦交流。各相绕组的电流值呈现各种复杂的组合，电动机内的磁状态也就复杂多样，又不适宜于叠加的方法来处理，因而使得问题进一步复杂化。 总的来说步进电机的控制流程图如下图： 四、课题研究进度计划 2011 年 6月 7 日至 2011年 7月 15 日 :确定课题，明确设计任务，查找资料，和导师沟通并确定总体设计方案； 2011 年 7月 16 日 -2011 年 11 月 12 日 :撰写文献综述，完成外文翻译和开题报告，准备开题答辩； 2011 年 11 月 13
8、 日 -2011 年 12月 1日：硬件设计； 2011 年 12 月 2 日 -2012 年 2月 2日：软件设计； 2012 年 2 月 3 日 -2012 年 3月 3日：系统调试； 2012 年 3月 4 日 -2012 年 4 月 4 日：撰写毕业论文，做好论文答辩的 PPT 资料，准备答辩，并提交所有电子文档材料。 五、参考文献 1Matthew Grant， Quick Start for Beginners to Drive a Stepper Motor， Freescale Semiconductor Application Note AN2974， Rev.1,06/20
9、05 2余永权 ,李小青 ,陈林康 .单片 机应用系统的功率接口技术 M.北京 :航空航天大学出版社 ,1992. 3李忠杰 ,李守信 .步进电动机应用技术 M.北京 :机械工业出版社 ,1988. 4谭建成 .电动机控制专用集成电路 M.北京 :机械工业出版社 ,2002. 7王尔乾 ,梁鹿亭 ,刘和益 ,等译 .TTL 集成电路设计和应用手册 M.北京 :中国计算机服务公司 ,北京半导体二厂 ,1984. 8王福瑞 .单片机测控系统设计大全 M.北京 :北京航空航天大学 ,1999. - 4 - 9白恩远 ,王俊元 .现代数控机床伺服及监测技术 M.北京 :机械工业出 版社 ,1991. 10张华鹏 ,周世双 .单片机在多参数实时显示系统中的应用 J.洛阳工业高等专科学校 学报 ,2001,(03). 11龚志广 ,孙维连 ,李新领 ,高中彭 .OMRON CPM2A PLC与 AT89C52 单片机的串行通信及应用J.微计算机信息 ,2006,(29).
