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  • stm32压力传感器步进电机
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    2019-12-17 22:00:43

    基于stm32c8t6的压力传感器控制步进电机正反转。

    主控:stm32c8t6 ,压力传感器:悬壁式压力传感器+HX711 ,步进电机:24BYJ48(电机)+ULN2003(驱动)

    实现功能:通过压力传感器测量平台上的压力,在将数字量传输给单片机,单片机控制步进电机正反转。且可通过串口1发送数据

     

    HX711:

    HX711是一款专为高精度电子秤而设计的24位A/D转换器芯片。与同类型其它芯片相比,该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路,具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。降低了电子秤的整机成本,提高了整机的性能和可靠性。该芯片与后端MCU 芯片的接口和编程非常简单,所有控制信号由管脚驱动,无需对芯片内部的寄存器编程。输入选择开关可任意选取通道A 或通道B,与其内部的低噪声可编程放大器相连。通道A 的可编程增益为128 或64,对应的满额度差分输入信号幅值分别为±20mV或±40mV。通道B 则为固定的32 增益,用于系统参数检测。芯片内提供的稳压电源可以直接向外部传感器和芯片内的A/D转换器提供电源,系统板上无需另外的模拟电源。芯片内的时钟振荡器不需要任何外接器件。上电自动复位功能简化了开机的初始化过程。

     

     

     

    其余详细参数见百度https://baike.sogou.com/v74131339.htm?fromTitle=HX711

     

     

    悬臂式压力传感器

     

     

     

    底座必须固定!!!!另一端自由称重

     

    步进电机

     

    我们先来解释“4 相永磁式”的概念,28BYJ-48 的内部结构示意图 9-4 所示。先看里圈,它上面有 6 个齿,分别标注为 0~5,这个叫做转子,顾名思义,它是要转动的,转子的每个齿上都带有永久的磁性,是一块永磁体,这就是“永磁式”的概念。再看外圈,这个就是定子,它是保持不动的,实际上它是跟电机的外壳固定在一起的,它上面有 8 个齿,而每个齿上都缠上了一个线圈绕组,正对着的 2 个齿上的绕组又是串联在一起的,也就是说正对着的2 个绕组总是会同时导通或关断的,如此就形成了 4 相,在图中分别标注为 A-B-C-D,这就是“4 相”的概念。

     

    现在我们分析一下它的工作原理:

    假定电机的起始状态就如图 9-4 所示,逆时针方向转动,起始时是 B 相绕组的开关闭合,B 相绕组导通,那么导通电流就会在正上和正下两个定子齿上产生磁性,这两个定子齿上的磁性就会对转子上的 0 和 3 号齿产生最强的吸引力,就会如图所示的那样,转子的 0 号齿在正上、3 号齿在正下而处于平衡状态;此时我们会发现,转子的 1 号齿与右上的定子齿也就是 C 相的一个绕组呈现一个很小的夹角,2 号齿与右边的定子齿也就是 D 相绕组呈现一个稍微大一点的夹角,很明显这个夹角是 1 号齿和 C 绕组夹角的 2 倍,同理,左侧的情况也是一样的。

     

    接下来,我们把 B 相绕组断开,而使 C 相绕组导通,那么很明显,右上的定子齿将对转子 1 号齿产生最大的吸引力,而左下的定子齿将对转子 4 号齿,产生最大的吸引力,在这个吸引力的作用下,转子 1、4 号齿将对齐到右上和左下的定子齿上而保持平衡,如此,转子就转过了起始状态时 1 号齿和 C 相绕组那个夹角的角度。

     

    再接下来,断开 C 相绕组,导通 D 相绕组,过程与上述的情况完全相同,最终将使转子2、5 号齿与定子 D 相绕组对齐,转子又转过了上述同样的角度。

     

    那么很明显,当 A 相绕组再次导通,即完成一个 B-C-D-A 的四节拍操作后,转子的 0、3 号齿将由原来的对齐到上下 2 个定子齿,而变为了对齐到左上和右下的两个定子齿上,即转子转过了一个定子齿的角度。依此类推,再来一个四节拍,转子就将再转过一个齿的角度,8 个四节拍以后转子将转过完整的一圈,而其中单个节拍使转子转过的角度就很容易计算出来了,即 360 度/(8*4)=11.25 度,这个值就叫做步进角度。而上述这种工作模式就是步进电机的单四拍模式——单相绕组通电四节拍。

     

    我们再来讲解一种具有更优性能的工作模式,那就是在单四拍的每两个节拍之间再插入一个双绕组导通的中间节拍,组成八拍模式。比如,在从 B 相导通到 C 项导通的过程中,假如一个 B 相和 C 相同时导通的节拍,这个时候,由于 B、C 两个绕组的定子齿对它们附近的转子齿同时产生相同的吸引力,这将导致这两个转子齿的中心线对比到 B、C 两个绕组的中心线上,也就是新插入的这个节拍使转子转过了上述单四拍模式中步进角度的一半,即 5.625度。这样一来,就使转动精度增加了一倍,而转子转动一圈则需要 8*8=64 拍了。另外,新增加的这个中间节拍,还会在原来单四拍的两个节拍引力之间又加了一把引力,从而可以大大增加电机的整体扭力输出,使电机更“有劲”了。

     

    除了上述的单四拍和八拍的工作模式外,还有一个双四拍的工作模式——双绕组通电四节拍。其实就是把八拍模式中的两个绕组同时通电的那四拍单独拿出来,而舍弃掉单绕组通电的那四拍而已。其步进角度同单四拍是一样的,但由于它是两个绕组同时导通,所以扭矩会比单四拍模式大,在此就不做过多解释了。

     

    八拍模式是这类 4 相步进电机的最佳工作模式,能最大限度的发挥电机的各项性能,也是绝大多数实际工程中所选择的模式。

     

     

     

     

    硬件连接:

    串口1

    PA9 PA10

    HX711

    #define HX711_SCK PBout(0)// PB0

    #define HX711_DOUT PBin(1)// PB1

    ULN2003

    IN1:PA3 IN2:PA2 IN3:PA1 IN4:PA0

     

    软件代码

     

     

     

     

     

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    我做过很多工业用压力采集产品,用过很多高分辨率的AD芯片,其中有两款值得推荐。一个是海芯科技出的HX711等24位AD,一个是塞普拉斯出的CS5532等24位AD。国产芯片和进口芯片有差距,但是国产芯片也解决了很多应用的问题,替代了很多进口产品。

    最近在用海芯科技出的HX720,芯片内部集成了低噪声稳压管,这样降低成本,也省去选参考源的麻烦。给24位AD选参考源是很头疼的事,参考源选的指标过高,AD新能不一定能达到,参考源选的指标低了不能实现想要的精度。

    HX720内部带有128倍放大器,这也是专为压力传感器输出小信号设计的,降低了成本,提高了性能和可靠性。芯片内部带有振荡器,内部带有50Hz、60Hz滤波器,宽温度范围 -40~+85℃,8脚封装。缺点是输出速率比较低,10Hz、40Hz,对于很多应用也是可以的。精度和进口芯片也小有差距。

    典型设计如下:

    电气参数如下:

    厂家给出原理图和PCB供大家参考

    基于这些资料,设计了STM32控制HX720的压力采集模块。下面分别说下各部分功能。完整图纸如下:

    电源部分,供电来自USB的5V,考虑到HX720的稳定性,没有采用HX720输出的3.3V为单片机和其他部分电路供电。而是单独加了LM1117稳压芯片为处理AD以外电路供电。

    USB接口除了供电以外,还设计了CH340做USB转UART,方便和PC通信。CH340是江苏沁恒股份有限公司的芯片,这家公司出了很多好用的芯片,我还经常用他家USB、以太网、数码管驱动等芯片。

    AD部分,依照参考设计,AD芯片和传感器之间可以选用4线接线方式,也可以用6线接线方式,可以做实验对比。

    单片机部分,很多demo都有51做主控,现在很少有产品用51了,所以这样的demo不实用。我选用了比较流行的STM32,方便扩展其他功能。

     

    这两排是扩展的端子

    数码管部分,我直接用单片机的IO口驱动的数码管,现在单片机端口足够多,驱动能力也够强。

     

    按键部分没有加滤波消抖电路,最终还是要加软件滤波消抖。

    LED部分要加限流电阻,电流计算方式是 单片机电压减去二极管结电压再除以电阻值,有一点要注意,不同颜色的发光二极管结电压不一样。通常红色为1.6V左右,绿色有2V和3V两种,黄色和橙色约为2.2V,蓝色为3.2V左右。对于常用的几毫米大小的二极管,其工作电流一般在2毫安至20毫安之间,电流越大亮度越高。

     

    PCB如下

    实物如下

     

     

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    最近在用海芯科技出的HX720,芯片内部集成了低噪声稳压管,这样降低成本,也省去选参考源的麻烦。给24位AD选参考源是很头疼的事,参考源选的指标过高,AD新能不一定能达到,参考源选的指标低了不能实现想要的精度。

    HX720内部带有128倍放大器,这也是专为压力传感器输出小信号设计的,降低了成本,提高了性能和可靠性。芯片内部带有振荡器,内部带有50Hz、60Hz滤波器,宽温度范围 -40~+85℃,8脚封装。缺点是输出速率比较低,10Hz、40Hz,对于很多应用也是可以的。精度和进口芯片也小有差距。

    实现单片机数据采集/传输/显示,使用C#编写上位机显示压力功能。

    原理图
     
    PCB
     


    实物
     
    上位机
     

    201933yk8y7kg53q8277iu.png.thumb.jpg(121.81 KB, 下载次数: 0)

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    上位机程序

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    HX720内部带有128倍放大器,这也是专为压力传感器输出小信号设计的,降低了成本,提高了性能和可靠性。芯片内部带有振荡器,内部带有50Hz、60Hz滤波器,宽温度范围 -40~+85℃,8脚封装。缺点是输出速率比较低,10Hz、40Hz,对于很多应用也是可以的。精度和进口芯片也小有差距。

    实现单片机数据采集/传输/显示,使用C#编写上位机显示及标定功能。

    原理图如下

    PCB如下

    实物如下

    上位机如下

     

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