国际先进研究期刊》的研究在电子、电子、仪表工程
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阿尔温德•库马尔1和m . Valarmathi太太2
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无线设计步进电机控制器使用高速集成电路硬件描述语言(VHDL)和实现SPARATAN现场可编程门阵列(FPGA)。该电动机控制器是由使用脉宽调制技术(PWM)因此给予非常高的精度。由于步进电机的高转矩是能够处理大型工业自动化系统。在这个系统的GUI将使用虚拟仪器设计给无线连接步进电机的控制参数。相同的系统也可以用于移动机器人的功能在危险区域,可以很好地配备了核反应堆控制棒控制运动。最好的使用是跟踪太阳能,因为解决步进电机将高度增加即0.915 e。
关键字 |
| 现场可编程门阵列(FPGA),脉宽调制技术(PWM),精度高、无线电机控制,图形用户界面(GUI),虚拟仪器工程实验室工作台(虚拟仪器)。 |
介绍 |
| 这里我们使用无线设计步进电机控制器使用高速集成电路硬件描述语言(VHDL)和实现在XILINX SPARATAN现场可编程门阵列(FPGA)。该电动机控制器是由使用脉宽调制技术(PWM)因此给予非常高的精度跟踪太阳能因为解决步进电机将会高度增加即0.915。这里不需要光传感器,因为高精度电机将会表现得像一个传感器提供更有效率和权力比早些时候提出系统优化系统。整体力量收集效率增加从固定面板只有45%到60%以上为同一小组跟踪系统。由于步进电机的高转矩能够处理大型太阳能电池板。在本系统将使用图形用户界面使用虚拟仪器给无线连接步进电机的控制参数。相同的系统也可以用于移动机器人的功能在危险区域,可以很好地配备了核反应堆控制棒控制运动。 |
以前的工作 |
| 步进电机控制器使用集成电路实现了[12]使用微控制器AT89C51单片机。这些模型使用三相波形发生器生成PWM信号。但是他们定制的特定应用程序。一个基于FPGA实现开环步进电机驱动程序在[11]。提出了调整的责任周期的电流和电压输入到每个阶段电动机和一个模拟数字转换器(ADC),定期取样进行精确定位的目的。这个设计包括一个数字的离散组件h桥电路,放大器,抗混叠滤波器和ADC。一种新颖的基于FPGA硬件实现的步进电机控制器在[10]。提出了用速度剖面生成器计算指数脉冲通过时间滞后序列生成算法。最新的论文[4]是一个成本有效的无线可重构控制器,利用PWM技术来生成所需的信号来控制步进电机。脉宽调制是通过操纵系统时钟产生信号需要精确定位运动。 While in this paper PWM is generated by algorithm written for counter module in the FPGA kit and to precisely control the motor the PWM waveform is varied by increasing the bit count of the counter, thus increasing the bit count of the counter results in manipulation of duty cycle of the PWM waveform. |
| 脉冲宽度调制(PWM)或脉冲宽度调制(PDM)是一种调制技术,符合脉冲的宽度,正式的脉冲持续时间。,其主要用途是允许电力供应的控制电气设备,特别是汽车等惯性负载。工作周期描述的比例”这个词“定期间隔时间或时期的时间;一个工作周期对应于低功率低,因为大部分时间的权力。责任周期用百分比表示,完全在100%。 |
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步进电机模型 |
| 步进电机是一种无刷,开环机电设备,它可以旋转,在一个小角度的分辨率。是高效的运动控制应用的高精度和高转矩控制的性能。相反,它是低成本、简单和提供更好的扭矩性能广泛的速度范围[3]。步进电机用于广泛的精密运动和测量应用,如核电站、航空、机械、汽车、医疗、制造业等。理想的例子是选择和地点机器用于表面安装技术(SMT)线。此外,步进电机也应用远程危险和极端环境如火山地区,原子或化工厂,狭窄的空间,如在倒塌的建筑物或地下,山区和机器人飞行机器人等应用程序。步进电机是一种电驱动汽车,创建从电流到电机驱动旋转。身体上,步进电机可以大但通常是足够小的电流的毫安。图2显示了步进和直流电机的区别。电流脉冲应用于电动机,生成离散电机轴的旋转。这是展览与直流电机连续旋转。 Although it is possible to drive a stepper motor in a manner where it has near continuous rotation, doing so requires more finesse of the input waveform that drives the stepper motor. |
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| 输入电脉冲的数量成正比的角位移。而脉冲宽度决定了步进电机的角速率。因此通过控制脉冲宽度和脉冲的数目可以达到所需的旋转角度。 |
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建议的体系结构 |
| 建议的体系结构显示在图3中包括蓝牙适配器模块和FPGA开发工具包。GUI设计使用虚拟仪器是用来控制步进电机的不同参数[5]。GUI显示在系统监控,系统的集成蓝牙模块作为发射器,传输控制信号蓝牙接收器模块,现在在蓝牙接收器模块接收到的控制信号传输通过RS232电缆FPGA工具包。现在根据操作员命令信号发送特定命令的ASCII代码将匹配在FPGA硬件描述语言(VHDL)模块设备和特定模块将执行传输信号的最终控制元件。 |
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GUI对步进电机控制器 |
| 为了控制步进电机的精确图形用户界面设计的笔记本电脑使用NI虚拟仪器版本8.6。所以GUI将包括„3 A¢控制即- |
| •角设置 |
| •设置方向(正向和反向) |
| •和最后一个设置速度,电机轴旋转。 |
| 现在,这个控制信号传输到FPGA装备,从特定的硬件描述语言(VHDL)的代码将触发从步进电机获得所需的输出。这将控制信号传送到FPGA工具包通过便携式USB蓝牙发射机将序列化控制信号来自于笔记本电脑和将发送给接收机,信号将被接收。 |
| 接收者将包括一个编码器电路,将编码控制信号,控制信号将会传送到FPGA通过DB9有线电视设备。从FPGA工具包,驱动信号会增加,使用驱动电路,然后它将给步进电机,所以它应该能够驱动步进电机。 |
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步进电机控制器硬件描述语言(VHDL)模型 |
| 控制步进电机的主要参数是角速度,方向和角位移。这些信息将传送给步进电机控制器在115 KHz的频率使用蓝牙无线控制器。控制器接收到的信息是使用蓝牙模块解码RS232控制器设计在硬件描述语言(VHDL)紧随其后。然后美联储数据信号编码器,将数据转换为一种可以理解的格式由电动机驱动模块。步进电机控制器的RTL视图如图4所示。 |
| 接收器模块,信息从GUI送入rs - 232控制器通过在设计输入Rxd波特率为115000位每秒。然后连接信息和转移缓冲寄存器8倍,保存为一个8位的数据。 |
| 发射机模块发送触发时,数据被分配到一个8位寄存器。每一位在寄存器发送到Txd输出设计的波特率是115000位每秒。所有的八个比特传输后,观察到模块传输到下终止发送。 |
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结果 |
| 控制器的VHDL设计在斯巴达3 e FPGA实现。结果表明,可获得所需的角位移通过内部设置的脉冲计数的数量计算的算法,只要用户输入所需的角位移值,他希望。如果给出了脉冲在特定序列步进电机的线圈在一个方向上旋转,否则如果序列是相反的方向旋转相反的方向。在测试中,控制器可以通过GUI系统进行无线通讯的距离10米。 |
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| 表1显示了设计利用率的总结提出了系统使用Xilinx ISE 13.1,设计实现后,我们可以验证设备利用率通过回顾“设计总结”一节。利用之间的一些变化预计报道合成和利用报道后的地图。例如,片逻辑分布、合成估计将如何包装设计和放置到目标架构,和地图提供了细节后利用包装和放置发生。此外,设置物理合成地图属性,如全局优化,重复注册,或逻辑优化,可能导致不同的设备利用率。 |
结论 |
| 本文描述了步进电机控制器设计使用硬件描述语言(VHDL)和FPGA中实现。系统能够控制步进电机的步角为0.915。除此之外,我们可以让它在不同——不同的速度旋转,位移无线顺时针和逆时针方向。GUI是用于输入用户定义的控制参数忠实地在工业自动化控制系统。 |
| 使用虚拟仪器的一个主要优势是,它作为一个虚拟仪器,从而降低了项目的成本通过消除的必要性控制面板。它是用户友好的降低编程复杂度和可以很容易地识别和纠正错误。 |
承认 |
| 我真诚地感谢所有认真,我们提供的赞助Dr.C主任。奋进号Muthamizhchelvan、工程与技术,这个项目。我想表达我深深的谢意和真诚的感谢我们的教授和部门负责人s Malarvizhi博士,给她鼓励,及时对我提供的帮助和建议。我真诚的感谢我们的项目协调员AVM Manikandan先生,助理教授,电子和通信部门,对他的鼓励和建议。我非常感激我的向导m . Valarmathi太太,曾指导和鼓舞人心的奉献,不懈的努力和巨大的热情在这个项目成功,像样的。 |
| 我扩展我的感激之情和心脏完全感谢所有电子和通信部门的人员和非教学人员,我的父母和朋友,扩展他们的友好合作的宝贵的意见和及时的帮助在这个项目工作。 |
引用 |
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