技術(shù)文章
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LabJack 數(shù)據(jù)采集卡可用于控制各種類型的電機(jī)，包括步進(jìn)電機(jī)和PID 控制器
LabJack 設(shè)備可用于控制各種類型的電機(jī)，包括步進(jìn)電機(jī)和PID 控制器。此外，LabJack 設(shè)備可以輸出 PWM 信號，用于精確的占空比控制、電壓調(diào)節(jié)和電機(jī)速度控制，以在低速時(shí)實(shí)現(xiàn)最大扭矩。 www.dhqcn.com
將步進(jìn)電機(jī)連接到 T 系列 LabJack數(shù)據(jù)采集卡的方法
設(shè)備
要使用 LabJack 成功連接和操作步進(jìn)電機(jī)，您需要以下材料：
帶 USB、以太網(wǎng)或 WiFi 的計(jì)算機(jī)
LabJack T4 或 T7
PS12DC - 電源開關(guān)板
單極步進(jìn)電機(jī)
PS12DC 每通道可處理高達(dá) 28V 的 750mA 電流，因此大多數(shù) NEMA17 單極步進(jìn)電機(jī)都可以工作。始終使用 PS12DC 數(shù)據(jù)表驗(yàn)證電機(jī)額定值。
雙極電機(jī)將無法工作，因?yàn)樗鼈冃枰?2 組 H 橋，而 PS12DC 只是一個(gè)高側(cè)開關(guān)器件，因?yàn)樗褂?P 溝道 MOSFET。
電源
這里我們將使用 12VDC，但任何不超過 PS12DC 額定值的都可以
連接線
基本連接
首先按照PS12DC 數(shù)據(jù)表中的說明將 PS12DC 連接到您的 LabJack 。如上所述，一個(gè)普通的兩相單極步進(jìn)電機(jī)應(yīng)該總共有六個(gè)引線，每個(gè)相位有兩個(gè)線圈端和中心抽頭。將其中一相的兩個(gè)線圈端連接到 PS12DC 上的 S0 和 S1，并將線圈的中心抽頭連接到 GND1。同理，將另一相的兩個(gè)線圈端接S2、S3，接第二相的中心抽頭GND2。然后，將 VS1 連接到 VS2，將 GND1 連接到 GND2。最后，VS1接12V電源正極，GND1接12V電源負(fù)極。
筆記：可以使用位于 PS12DC 同一塊中的任何一對 S 通道并具有相同的操作。默認(rèn)的 LUA 腳本 unipolar_full_step.lua 和 unipolar_half_step.lua 使用 S0+S1 和 S4+S5 作為 I/O 通道，所以在加載和使用它之前確保用您的應(yīng)用程序特定的 S 通道更新 LUA 腳本。
PS12DC 的每個(gè) S 通道對應(yīng)一條 LabJack 數(shù)字 I/O 線。通過將給定 S 通道的相應(yīng) I/O 線設(shè)置為高電平，來自電源的 12V 將被引導(dǎo)通過該 S 通道。因此，用戶可以通過簡單的 I/O 線路切換，以編程方式選擇何時(shí)為每個(gè)線圈端完全通電。S0:S7 對應(yīng) EIO0:EIO7，S8:S11 對應(yīng) CIO0:CIO3。
識別線索
萬用表可用于將每相的引線識別為線圈端或中心抽頭。一種方法是測量不同導(dǎo)線對之間的電阻。兩個(gè)線圈端引線之間的電阻應(yīng)是線圈端引線與中心抽頭引線之間電阻的兩倍。通過測試幾對引線之間的電阻，您應(yīng)該能夠推斷出哪些是中心抽頭，哪些是線圈末端，并能夠在上面的配置中連接它們。
用 LabJack 控制步進(jìn)電機(jī)
要控制步進(jìn)電機(jī)，數(shù)字 I/O 線路狀態(tài)需要以特定模式從上述驅(qū)動模式之一高速切換。雖然這些波形可以通過直接從計(jì)算機(jī)設(shè)置 I/O 線來創(chuàng)建，但利用 LabJack 的 Lua 腳本功能并創(chuàng)建混合應(yīng)用程序更有效，其中一些邏輯在主機(jī)上并具有步進(jìn)電機(jī)控制代碼直接在 T 系列設(shè)備上執(zhí)行。以下功能框圖概述了如何使用 LabJack 控制步進(jìn)電機(jī)：
在較高層次上了解需要完成的工作后，可以遵循以下基本工作流程：連接到設(shè)備、配置設(shè)備和控制設(shè)備。
連接到 LabJack
大多數(shù) LabJack 應(yīng)用程序的第一步是使用 LJM 庫打開到設(shè)備的連接。這是利用 LJM_Open 函數(shù)完成的，該函數(shù)可以傳遞設(shè)備類型、表示設(shè)備序列號或 IP 地址的標(biāo)識符以及打開特定設(shè)備的連接類型。打開函數(shù)也可以用 LJM_Open(LJM_dtANY, LJM_ctANY, LJM_idANY,...) 調(diào)用，它將打開任何連接的設(shè)備。打開與設(shè)備的連接后，open 函數(shù)將返回一個(gè)句柄，然后可使用該句柄為應(yīng)用程序主體讀取或?qū)懭?LabJack 設(shè)備。應(yīng)用程序主體完成后，最好使用該 LJM_Close函數(shù)關(guān)閉與設(shè)備的連接。有關(guān)連接到 LabJack 設(shè)備的更多信息。
為步進(jìn)電機(jī)控制配置 LabJack
要將 LabJack 配置為單極步進(jìn)電機(jī)控制器，首先將 LUA 腳本 unipolar_full_step.lua 或 unipolar_half_step.lua（源代碼可在我們網(wǎng)站的Lua 腳本示例部分找到）加載并運(yùn)行到 LabJack 上并保存腳本作為開機(jī)默認(rèn)值。有關(guān)將 LUA 腳本加載和保存到 LabJack 的指南，請參閱獨(dú)立 Lua 腳本教程。腳本也可以通過外部程序加載，如此處的 python 示例所示以及下面討論的 LabVIEW 示例。這些 lua 腳本從上面的連接指南中聲明 FIO 通道，然后定義數(shù)組來標(biāo)識線圈端引線應(yīng)通電的順序，以便在全步或半步模式下成功地將電機(jī)移動所需的步數(shù)。然后，LUA 腳本聲明了以下 USER_RAM 寄存器，可以通過外部程序修改這些寄存器以控制電機(jī)：
USER_RAM1_I32( 46080): 目標(biāo)位置（步數(shù)）
USER_RAM2_I32( 46082): 當(dāng)前位置（步數(shù)）
USER_RAM0_U16( 46180)：啟用（1 = 啟用，0 = 禁用）
USER_RAM1_U16( 46181): 急停（1 = 急停，0 = 運(yùn)行）
USER_RAM2_U16( 46182): 保持位置（1 = 鎖定電機(jī)位置，0 = 當(dāng)前移動后釋放電機(jī)）
USER_RAM3_U16( 46183): 設(shè)置主頁（1 = 將當(dāng)前位置設(shè)置為 0 步位置） 了解基本腳本后，可以開發(fā)高級腳本，實(shí)現(xiàn)更高級的應(yīng)用，例如：
使用旋轉(zhuǎn)電機(jī)時(shí)，可以按度數(shù)跟蹤位置。
如果步進(jìn)電機(jī)控制線性滑塊，則可以通過距離跟蹤位置。
在一個(gè)方向上全速移動電機(jī)。
將步進(jìn)電機(jī)連接到 T 系列 LabJack數(shù)據(jù)采集卡的方法
設(shè)備
要使用 LabJack 成功連接和操作步進(jìn)電機(jī)，您需要以下材料：
帶 USB、以太網(wǎng)或 WiFi 的計(jì)算機(jī)
LabJack T4 或 T7
PS12DC - 電源開關(guān)板
單極步進(jìn)電機(jī)
PS12DC 每通道可處理高達(dá) 28V 的 750mA 電流，因此大多數(shù) NEMA17 單極步進(jìn)電機(jī)都可以工作。始終使用 PS12DC 數(shù)據(jù)表驗(yàn)證電機(jī)額定值。
雙極電機(jī)將無法工作，因?yàn)樗鼈冃枰?2 組 H 橋，而 PS12DC 只是一個(gè)高側(cè)開關(guān)器件，因?yàn)樗褂?P 溝道 MOSFET。
電源
這里我們將使用 12VDC，但任何不超過 PS12DC 額定值的都可以
連接線
基本連接
首先按照PS12DC 數(shù)據(jù)表中的說明將 PS12DC 連接到您的 LabJack 。如上所述，一個(gè)普通的兩相單極步進(jìn)電機(jī)應(yīng)該總共有六個(gè)引線，每個(gè)相位有兩個(gè)線圈端和中心抽頭。將其中一相的兩個(gè)線圈端連接到 PS12DC 上的 S0 和 S1，并將線圈的中心抽頭連接到 GND1。同理，將另一相的兩個(gè)線圈端接S2、S3，接第二相的中心抽頭GND2。然后，將 VS1 連接到 VS2，將 GND1 連接到 GND2。最后，VS1接12V電源正極，GND1接12V電源負(fù)極。
筆記：可以使用位于 PS12DC 同一塊中的任何一對 S 通道并具有相同的操作。默認(rèn)的 LUA 腳本 unipolar_full_step.lua 和 unipolar_half_step.lua 使用 S0+S1 和 S4+S5 作為 I/O 通道，所以在加載和使用它之前確保用您的應(yīng)用程序特定的 S 通道更新 LUA 腳本。
PS12DC 的每個(gè) S 通道對應(yīng)一條 LabJack 數(shù)字 I/O 線。通過將給定 S 通道的相應(yīng) I/O 線設(shè)置為高電平，來自電源的 12V 將被引導(dǎo)通過該 S 通道。因此，用戶可以通過簡單的 I/O 線路切換，以編程方式選擇何時(shí)為每個(gè)線圈端完全通電。S0:S7 對應(yīng) EIO0:EIO7，S8:S11 對應(yīng) CIO0:CIO3。
電源開關(guān)換向電路的另一個(gè)選擇是我們的LJTick-RelayDriver。LJTRD 可以插入 LabJack，其 INA/INB 端子連接到任何數(shù)字 I/O 線路，如LJTick-Relay Driver Datasheet中所示。然后，電源的電源和地可以連接到LJTRD的VR和GNDR端。現(xiàn)在，與 PS12DC 類似，數(shù)字 I/O 線可以設(shè)置為高電平以關(guān)閉 LJTRD 內(nèi)的固態(tài)開關(guān)，并將電源電壓引導(dǎo)至相應(yīng)的 RA/RB 端子。如果相位的線圈端連接到這些 RA 和 RB 端子，LJTRD 將允許用戶決定何時(shí)為每個(gè)相位完全通電。也可以使用具有類似功能和額定值的任何其他固態(tài)繼電器或晶體管。
識別線索
萬用表可用于將每相的引線識別為線圈端或中心抽頭。一種方法是測量不同導(dǎo)線對之間的電阻。兩個(gè)線圈端引線之間的電阻應(yīng)是線圈端引線與中心抽頭引線之間電阻的兩倍。通過測試幾對引線之間的電阻，您應(yīng)該能夠推斷出哪些是中心抽頭，哪些是線圈末端，并能夠在上面的配置中連接它們。
用 LabJack 控制步進(jìn)電機(jī)
要控制步進(jìn)電機(jī)，數(shù)字 I/O 線路狀態(tài)需要以特定模式從上述驅(qū)動模式之一高速切換。雖然這些波形可以通過直接從計(jì)算機(jī)設(shè)置 I/O 線來創(chuàng)建，但利用 LabJack 的 Lua 腳本功能并創(chuàng)建混合應(yīng)用程序更有效，其中一些邏輯在主機(jī)上并具有步進(jìn)電機(jī)控制代碼直接在 T 系列設(shè)備上執(zhí)行。以下功能框圖概述了如何使用 LabJack 控制步進(jìn)電機(jī)：
在較高層次上了解需要完成的工作后，可以遵循以下基本工作流程：連接到設(shè)備、配置設(shè)備和控制設(shè)備。
連接到 LabJack
大多數(shù) LabJack 應(yīng)用程序的第一步是使用 LJM 庫打開到設(shè)備的連接。這是利用 LJM_Open 函數(shù)完成的，該函數(shù)可以傳遞設(shè)備類型、表示設(shè)備序列號或 IP 地址的標(biāo)識符以及打開特定設(shè)備的連接類型。打開函數(shù)也可以用 LJM_Open(LJM_dtANY, LJM_ctANY, LJM_idANY,...) 調(diào)用，它將打開任何連接的設(shè)備。打開與設(shè)備的連接后，open 函數(shù)將返回一個(gè)句柄，然后可使用該句柄為應(yīng)用程序主體讀取或?qū)懭?LabJack 設(shè)備。應(yīng)用程序主體完成后，最好使用該 LJM_Close函數(shù)關(guān)閉與設(shè)備的連接。有關(guān)連接到 LabJack 設(shè)備的更多信息。
為步進(jìn)電機(jī)控制配置 LabJack
要將 LabJack 配置為單極步進(jìn)電機(jī)控制器，首先將 LUA 腳本 unipolar_full_step.lua 或 unipolar_half_step.lua（源代碼可在我們網(wǎng)站的Lua 腳本示例部分找到）加載并運(yùn)行到 LabJack 上并保存腳本作為開機(jī)默認(rèn)值。有關(guān)將 LUA 腳本加載和保存到 LabJack 的指南，請參閱獨(dú)立 Lua 腳本教程。腳本也可以通過外部程序加載，如此處的 python 示例所示以及下面討論的 LabVIEW 示例。這些 lua 腳本從上面的連接指南中聲明 FIO 通道，然后定義數(shù)組來標(biāo)識線圈端引線應(yīng)通電的順序，以便在全步或半步模式下成功地將電機(jī)移動所需的步數(shù)。然后，LUA 腳本聲明了以下 USER_RAM 寄存器，可以通過外部程序修改這些寄存器以控制電機(jī)：
USER_RAM1_I32( 46080): 目標(biāo)位置（步數(shù)）
USER_RAM2_I32( 46082): 當(dāng)前位置（步數(shù)）
USER_RAM0_U16( 46180)：啟用（1 = 啟用，0 = 禁用）
USER_RAM1_U16( 46181): 急停（1 = 急停，0 = 運(yùn)行）
USER_RAM2_U16( 46182): 保持位置（1 = 鎖定電機(jī)位置，0 = 當(dāng)前移動后釋放電機(jī)）
USER_RAM3_U16( 46183): 設(shè)置主頁（1 = 將當(dāng)前位置設(shè)置為 0 步位置） 了解基本腳本后，可以開發(fā)高級腳本，實(shí)現(xiàn)更高級的應(yīng)用，例如：
使用旋轉(zhuǎn)電機(jī)時(shí)，可以按度數(shù)跟蹤位置。
如果步進(jìn)電機(jī)控制線性滑塊，則可以通過距離跟蹤位置。
在一個(gè)方向上全速移動電機(jī)。
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