步進(jìn)電機是一種將脈沖信號轉(zhuǎn)換為直線或角位移的伺服執(zhí)行元件，由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、控制方便、控制性能好，并且具有步距值不受諸如電壓和溫度變化的影響、誤差不長期積累等優(yōu)點，所以在儀器儀表、機器人、數(shù)控機床、工業(yè)控制、樓宇自動化等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。其基本原理是每施加一個脈沖信號，其轉(zhuǎn)軸就轉(zhuǎn)過一定的角度，稱為一步。隨著輸入到步進(jìn)電機的脈沖數(shù)增加，直線或角位移也隨之增加。如果將脈沖信號的頻率變大，則步進(jìn)電機的旋轉(zhuǎn)速度就隨之而變快，反之則變慢。

為了實現(xiàn)步進(jìn)電機的運動控制，較多采用的一種方案是以傳統(tǒng)的單片機作為控制系統(tǒng)的微處理器，通過一些大規(guī)模集成電路來控制其脈沖輸出頻率和脈沖輸出數(shù)，實現(xiàn)步進(jìn)電機的速度和位置控制。但是，這種方案中微處理器本身不具備網(wǎng)絡(luò)通訊能力，要想和上位機器連接需要加上其他的通訊接口且可靠性較差，實現(xiàn)起來麻煩，并且在使用一些智能控制算法時，傳統(tǒng)單片機不容易實現(xiàn)并且程序處理速度也成為制約提高系統(tǒng)實時控制性的一個瓶頸。 由于lonworks技術(shù)將底層控制和網(wǎng)絡(luò)通訊結(jié)合起來，并且通過其主要部件神經(jīng)元芯片來進(jìn)行控制，可以在局域或遠(yuǎn)程計算機上(簡稱上位控制機)隨時將控制信號傳遞給lonworks智能控制器，實現(xiàn)對步進(jìn)電機旋轉(zhuǎn)角度和速度控制。同時由于采用neuronc進(jìn)行編程，可以很方便地實現(xiàn)智能控制算法，并將程序下載到所設(shè)計的智能控制器中，所以采用lonworks技術(shù)進(jìn)行步進(jìn)電機的控制系統(tǒng)的設(shè)計將具有更高的精度、靈活性、適應(yīng)性并且可以通過網(wǎng)絡(luò)對步進(jìn)電機進(jìn)行實時監(jiān)視和控制。

2 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

要采用lonworks技術(shù)進(jìn)行步進(jìn)電機智能控制器的設(shè)計，首先必須進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)的規(guī)劃，這里采用的控制方法分為兩種：

(1)讓步進(jìn)電機按照上位控制機發(fā)出的控制信號進(jìn)行，包括轉(zhuǎn)角的大小和運行的速度。

(2)讓步進(jìn)電機按照外部測量和控制設(shè)備的信號進(jìn)行運動。 設(shè)計的智能控制器的整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。執(zhí)行／停止按鈕接在神經(jīng)元芯片的io4腳，用來控制電機按照控制器內(nèi)部的程序進(jìn)行運行。正向點動按鈕接神經(jīng)元芯片的io5腳，用來手動控制步進(jìn)電機進(jìn)行正向點動，每步的點動時間由程序來決定，按一下點動一下，如按住按鈕不放，則進(jìn)行連續(xù)點動。反向點動按鈕接神經(jīng)元芯片的io6腳，用來手動控制步電機進(jìn)行反向點動，控制方式同正向點動按鈕。所有按鈕一端接470ω的電阻后接+5v電源，另一端接神經(jīng)元芯片的相應(yīng)的io口引腳并同時接地。a／d轉(zhuǎn)換電路和神經(jīng)元芯片的io7，io8，io9，io10腳相聯(lián)，用來將測量裝置的模擬量信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號再送人神經(jīng)元芯片進(jìn)行處理。io0～io3用于提供步進(jìn)電機驅(qū)動電路所需要波形信號。

具體的操作過程是這樣的，首先將設(shè)計好的程序進(jìn)行編譯，然后下載到控制器中，按下執(zhí)行按鈕，步進(jìn)電機將按照下載的程序控制方法進(jìn)行運動，同時我們也可以實時地在上位控制機上向智能控制器傳遞控制信號，讓步進(jìn)電機在控制器內(nèi)部程序的控制之下，按照我們的指定的運動方式進(jìn)行。

3 具體硬件的設(shè)計

3．1 lonworks控制模塊的設(shè)計

使用lonworks技術(shù)進(jìn)行智能控制器離不開控制模塊，他是lonworks智能控制器的最基本的一個控制單元，按照echelon公司的思想，控制模塊實際上是設(shè)計lonworks智能節(jié)點的一個通用模塊，是與外部接口電路分離的不同單元。圖2是所設(shè)計的控制模塊的電路板圖。

神經(jīng)元芯片采用toshiba公司的tmpn3150，存儲器采用atmel公司的at29c256，收發(fā)器選用echelon公司的ftt-10a自由拓?fù)潆p絞線收發(fā)器，2中左20插腳分別與神經(jīng)元；s片的11個i／o，reset，service，電源及接地引腳等直接相連，右6個插腳中間2個用來接雙絞線接口。在智能控制器的開發(fā)時，控制模塊只需設(shè)計一次，其他同類型的產(chǎn)品都可以采用。

3．2 a／d轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計

為了讓控制器能夠根據(jù)測量的模擬信號進(jìn)行步進(jìn)電機的控制，所以必須將模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，這里考慮到步進(jìn)電機的控制精度，所以必須選用精度躬高的a／d轉(zhuǎn)換芯片。另外考慮到神經(jīng)元芯片和a／d芯片在進(jìn)行連接時，使用串行方式可以節(jié)省神經(jīng)元芯／的io端口，所以選用maxim公司的8路輸入12b精度的高速、低功耗串行a／d轉(zhuǎn)換器maxl86。可以有單+5v電源輸人或者土5 v電源輸入。模擬輸入可以通過軟件配置為雙極性／單極性、單端／差分工作方式。maxl86具有四線串行接口，可以直接與spi、qspi或microwire外部邏輯的設(shè)備直接相連，maxl86