步进和直流电机小车浅析

word式整理版步进电机车和直流电机小车浅谈写在前面可能是亿学通电子做了不少竞赛车体，在高校竞赛圈中也有些小名气，每届电子竞赛前夕，几位客服同事都会接到或收到客户打来或发来咨询小车的电话和mail。而其中又以咨询“步进电机小车最为集中。所以今天这里就自己的认识简单谈一下步进电机小车和直流电机小车的优缺点。步进电机介：步进电机和直流电机一样都是将电能转换成机械能。步进电机将电脉冲转换成特定的旋转运动，每个脉冲所产生的运动是精确的，并可重复。通俗的讲就是，我们给步进电机一个脉冲信号，电机就转动一个特定角度。以1.8°步角电机为例，在控制器没有细分的情况下，我们给步进电机一个脉冲信号，步进电机就要转过1.8°。如果给步进电机200个冲信号，电机就要转过360°，也就是一圈。（有关步进电机的内容，请看论坛帖子：【扫盲】步进电机浅浅谈和【载】步进电机的控制原理及其单片机控制实现）就是由于步进电机这种输入脉冲和转动角度之间的比例控制关系，使得步进电机在一些设计到角度或转动转圈的应用中应用非常广泛，如雕刻机、云台等。虽然直流电机的转动角度通过反电动势也可以粗略测量，但精度远没有步进电机高，尤其是针对小功率直流电机，必须加电机转速测量传感器，才可以很好处理好电机驱动信号和电机转速的关系。这也是为什么很多同学要选择步进电机来做小车的原因，因为这样一来就可以省却了电机转速测量传感器。步进电机车的好处：从上面的分析可以看出，步进电机小车的主要优势在于控制简单。我们在控制步进电机时，只需要按照一定的规律给步进电机脉冲信号就可以，省却了处理测速传感器的环节。这样就将直流电机的闭环控制变成了开环控制了。而脉冲和转动角度的精确比例关系，我们也非常方便计算小车的位移：小车轮胎外侧周长L控制脉冲N，步距角w，则位移S=L*(Nw/360°而步距角w是固定的或可设定的，所以只要我们知道脉冲数量N可以计算位移S。样我们根据脉冲的周期就可以计算小车的速度。步进电机车劣势既然步进电机小车有这么大的优势，为什么步进电机小车很少见呢？笔者分析原因可能有以下几种：1、步进电机驱动器较为复杂、成本较高工作电压高。我们知道在驱动直流电机时，自己用三极管或管做一个桥电路就可以了，就简单的直接使用电机驱动芯片如L293\L298类，一片就可以驱动两路电机。但步进电机的驱动就相对复杂一些，大家可以查一些这方面的资料，自己做有些难度，如果购买价格也较高（根据驱动电流和细分数不同，价格在人民币元不等；而这也只是控制一路步进电机驱动器的价格）。对于驱动器的工作电压一般在，比常用电源电压稍高。2、体积大、重量沉。文档可编辑

word式整理版这是步进电机小车的第二个劣势。市场上销售的价格可接受的步进电机，一般来讲，同等扭矩，步进电机要比直流电机体积大，重量也沉很多。像我们网站带减速箱的240直流电机扭矩为CM直径24mm，重量；而要达到同样扭矩的步进电机机身宽度为即42型步进电机），重量为280g。所以步进电机适合用于做一些体积较大的车体。3容易失步。这应该是步进电机小车遇到的最大问题。什么是失步？我们知道步进电机是给一个脉冲信号，就转动一个角度的电能/动能转换机构。如果电机带动负载较大，扭矩超过电机额定数值，当我们给步进电机一个脉冲，这个时候电机可能就不会转动一个角度，这就导致前面我们说的那种脉冲和角度对应关系失效。假如说我们给步距角为1.的步进电机200脉冲，理论上电机应该转过一圈，小车位移是轮胎周长S。但由于失的出现，电机转动角度就不够一圈，同样位移也小于周长。而这些变化，我们控制器是不知道的，这就产生了误差。什么时候会出现失步？很多同学问我们的大功率坦克车体、四驱版竞赛小车或越野型基础车电机能不能换成步进电机。如果同样大小的直流电机换成了同样大小的步进电机，那么步进电机的扭矩就远小于直流电机原本设计的扭矩，在使用过程中就会出现失步。所以上面说，步进电机适合用于大体积车体制作。直流电机：前面说了步进电机的长处，当然这就是直流电机的短处。很多同学说使用亿学通电子车体在长距离走直线时，小车会出现走偏现象。这是正常的。直流电机开环控制是会出现这种情况的，即使您使用同一路驱动信号给左右两路电机（电机参数并不是一致）。如何让小车走直线，或按照一定角度转弯的问题就让很多同学头疼。解决这个问题也很简单，就是给直流电机加速度反馈。这个问题以前帖子有介绍，这里就不多说了（有关机器人转速测量的方法探讨以上内容都是根据同事和笔者处理客户问题时遇到的实际问题所作的总结，不保证内容或观点完全正确，只希望能为初学者提供一种思路。预祝大家竞赛取得好成绩。为中国机器人创新教育尽一份心力，亿学通电子永远是您坚强的后盾。文档可编辑

word式整理版有关机器转速测量的方法探讨在做轮式机器人（智能车）的时候，为让机器人能有一个良好的运动状态，转速测量是一个必不可少的环节。在如何测量电机转速方面，有不少同学感觉有困难。分析一下，困难无外乎这么几种：1、买来的机器人车体电机或轮子样式各异，没有相对通用的测量传感器和测量方法；2、现成的载体上缺少转速传感器安装位置和应用电路焊接位置；3、没有合适的传感可选择。这里就把常用的几款传感器的测量方法，给大家做一下分享，希望可以起到抛砖引玉的作用。1、反射式光电传感器方法1.1图例文档可编辑

word式整理版电机转速测（反射式1.2应用介绍以上是两种利用反射式光电传感器来完成的转速测量装置。原理就是利用一对光电管，一个发射，一个接收。发射出来红外光遇到白色漫反射强，黑色漫反射弱（吸收），而接收管则根据反射回来红外光的强弱输出对应电信号，从而可以很容易的区分出黑白区域。应用电路可以将传感器对黑白色块的文档可编辑

word式整理版信号转化为高低电平，这样当黑白条轮子转动时，就有脉冲输出，测量脉冲数量就可以计算转速，再根据轮子周长就可以计算出小车位移。从上面的使用方法，我们也可以知道，要提供转速的精度，可以通过提高黑白条的数量来实现。1.3方法点评在实际使用过程中，由于不同材质的黑白条对红外光的吸收不同，使得输出脉冲的边沿不是太规则。其次这种方法测量精度还要取决于传感器的体积，传感器体积越小，理论上黑白条也可以越窄；但由于黑色条块需要吸引一定数量红外光，所以其面积不能太小，这也导致一个轮子上的黑白条的数量不能太多。根据不同轮子大小，色块一般在左右，如果轮子大还可以适当增加。2、对射式光电传感器测速方法2.1图例文档可编辑

word式整理版2.2工作介绍这个测速方法使用的是码盘（光栅）和对射式光电传感器。在圆盘的两侧有一个红外发光二级管和一个红外传感器。圆盘转时外围的间隔孔阻隔了发光二级管发出的光线，因此另一边的传感器就接受到了光脉冲。脉冲的频率直接和鼠标移动的距离和速度相关。2.3方法点评由于采用的是透射式测速方法，光强较反射式要大很多，即使是很窄的空穿透的光线也足以使接收传感器感应，所以这种方法码盘（或光栅）孔的数量可以很多（一个直径左的金属码盘可以做200个，只要空间允许可以更多）。这种测速方式在一些较精密的场合有应用，如旋转编码器：旋转编码器直接与旋转轴连接时，可以测定旋转圈数，即每转一圈会发数一点数目的脉冲信号，这样就可以根据脉冲数的多少计算出旋转的圈数。例：与计数器相接时，圈数侧得脉冲数/有脉冲数。这是一般的旋编。轮子型的可以直接测定物体运行的距离。推荐：亿学通电子新推出的一款凹槽式型光电开关-WTK-10，电平输出，非常适合用在机器人转速测量上：文档可编辑

word式整理版3霍尔传感器转速测量3.1图例3.2工作原理霍尔传感器的外形图和与磁场的作用关系如右图所示。磁场由磁钢提供，所以霍尔传感器和磁钢需要文档可编辑

word式整理版霍尔传感器检测转速示意图如下。在非磁材料的圆盘边上粘贴一块磁钢，霍尔传感器固定在圆盘外缘附近。圆盘每转动一圈，霍尔传感器便输出一个脉冲。通过单片机测量产生脉冲的频率就