[发明专利]无齿轮步进电机在仪表应用上的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用无齿轮步进电机作为仪表指针的控制和驱动方法，具体地说，本发明是关于各类指针式指示仪表的指针驱动的控制方法。

背景技术

传统的仪表中，一般采用机械式或十字线圈来带动指针指示到所需位置。这类驱动方式通常比机械结构复杂，加工难度高，指示精度和稳定性较差，而且指示分辨率很低。因而，在表盘另需设置挡针保证零位位置，这样，便增加了生产成本和工艺难度。随着技术发展，开始出现带齿轮的步进电机用作指针驱动。这类电机由内部齿轮传动去驱动指针，从而提高了分辨率。但是由于内部存在齿轮结构，导致电机运行时噪音较大，而无齿轮步进电机内部没有齿轮结构，这样不光有效消除了电机运行时的噪音，而且制造成本较低，运行平滑，十分适合应用在各类仪表的指针驱动。

通常步进电机的驱动方式有两种，包括分步方式和微步方式。分步方式步距角大，力矩小，而且应用于仪表上时，指针运行不平滑，且噪音较大。为了达到较好的运行效果，一般采用微步方式驱动无齿轮步进电机。

微步方式驱动步进电机所需信号由PWM(脉宽调制)驱动模块提供。可选择单片机自带的PWM模块或是采用集成驱动芯片，本发明涉及的各类控制方式都是基于单片机自带的PWM模块。通过图1可以看到当PWM信号改变时，电机线圈就会产生不同的电流值，从而实现步进电机的微步运行。

发明内容

综上所述，如何控制仪表上的表头指针驱动，乃是本发明所要解决的技术问题，为此，本发明的目的在于提供一种无齿轮步进电机在仪表应用上的控制方法。

本发明的技术方案如下：

根据本发明的一种无齿轮步进电机在仪表应用上的控制方法，包括步骤：S1、建立微步驱动电流波形图；S2、根据微步驱动电流波形图中的电流值计算出对应的电流矢量；S3、采用PWM波模拟出各个电流矢量；S4、采用定时器按所需时间间隔触发不同占空比的PWM波去驱动所述仪表指针。

进一步，步骤S4对仪表指针的驱动过程按照速度大小划分为若干个阶段，对应每一阶段采用不同的电流矢量来控制仪表指针的加速或减速。

进一步，对指针的驱动过程，最终把指针稳定运行在600rad/s的转速。

本发明的优点是：指针运行平滑，无噪音，成本较低。

附图说明

图1为通过PWM模块改变电流值的原理示意图。

图2为本发明的一个实施例的驱动波形示意图。

图3为不同指针的当前速度F₀和下一速度Fi的关系图。

具体实施方式

本发明所涉及的电机是一种精密步进电机，内部为无齿轮结构，通过内部磁场产生精确力矩，带动电机精确运做，从而实现仪表指针的控制和驱动。该电机在仪表中的工作方式如下：

初次上电，采用分步回零方式，回零角度为300度，回零速度快；

点火后，采用分步回零方式，回零角度为10-20度，回零速度快；

平时运转，PWM微步方式走步，最小走部为1/13度，走部非常平滑；

熄火后，PWM微步方式回零。

下面根据图2～图3给出本发明一个较佳实施例，并予以详细描述，使本领域的技术人员更易于理解本发明的方法特征，而不是用来限定本发明的范围。

本实施例采用24微步驱动方式，也就是每个步距角内步进电机运行24微步，则每一个微步为a/24°，其中a为步距角。同理也可以采用48微步或96微步驱动。微步细分越多，则每一步角度越小，指针运行越平滑。其中要说明的是24微步是由无齿轮步进电机的磁钢来决定的。磁钢越多微步数就越多，制造工艺要求也就越难。

本发明的方法首先建立微步驱动电流波形图(如图2)，接着根据微步驱动电流图中的电流值计算出对应的电流矢量(见表1)，然后采用PWM波模拟出各个电流矢量，最后采用定时器按所需时间间隔触发不同占空比的PWM波去驱动仪表指针。其中，对仪表指针的驱动过程按照速度大小划分为若干个阶段，对应每一阶段采用不同的电流矢量来控制仪表指针的加速或减速。