[發明專利]一種儀表步進電機標定方法

有效

• 申請號: 201210217864.X
• 申請日: 2012-06-28
• 公開（公告）號: CN102735285A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 楊進超;王凌志;謝志斌;王榮明
• 申請（專利權）人: 惠州市德賽西威汽車電子有限公司
• 主分類號: G01D18/00
• 分類號: G01D18/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 任海燕

技術領域

本發明涉及步進電機標定，尤其涉及一種儀表用步進電機的標定方法。

背景技術

目前，汽車儀表普遍使用單片機驅動步進電機的技術方案，指針安裝在步進電機軸上，電機轉過一定的角度，反映在指針上即為對應刻度讀數的變化。步進電機轉動的速度與角度受控于單片機的驅動方式。

如圖1所示，汽車儀表所用的步進電機定子10一般使用兩組線圈，轉子20為永磁體，單片機控制輸出到定子線圈的電流的變化，從而改變定子10所形成的磁場方向，轉子20自身磁場方向與其相互作用產生作用力推動轉子轉動，當定子線圈上電流變化所形成的磁場方向偏轉一定角度，轉子會轉動跟隨這一偏轉。

微步驅動步進電機是汽車儀表應用中普遍采用的一種驅動方法，該方法將定子磁場方向轉過360°劃分為若干步，單片機控制每一步輸出信號的電平方向和占空比，在定子線圈上模擬出電流的正弦變化，并且定子兩個線圈的電流變化保持要求的相位差，這一相位差取決于步進電機的設計。

汽車儀表所用步進電機從轉子到輸出軸需要經過齒輪30減速，其輸出軸一般都不能360°旋轉，是由于在輸出軸的齒輪上有限位擋塊40，當輸出軸齒輪擋塊40與電機外殼上的固定擋塊50接觸時，輸出軸齒輪不能再繼續轉動，步進電機到達機械零位，此時轉子也不能繼續轉動。

汽車儀表應用中，對指針歸零的操作一般是驅動電機向機械零位方向運動一定角度，當電機的初始位置不同時，實際要求轉過的角度也會不同，但是如果沒有使用電機的零位檢測功能，那么步進電機到達機械零位后就沒有任何信號反饋，只能繼續驅動電機向機械零位方向走完剩下的角度，并最終停止。對同一個電機而言，定子最終停止驅動時所保持的磁場方向不同，會對轉子及指針造成不同的影響，以兩極轉子為例：

假設當電機剛好到達機械零位時轉子處于如圖1所示位置，而如果最終停止驅動時，定子的磁場方向保持如圖2所示的狀態，那么此時輸出軸齒輪上的擋塊會對電機外殼上的固定擋塊有一個力的作用。如果以此位置為起始，驅動電機使指針向順時針方向運動，即驅動定子磁場向逆時針方向轉動，那么在剛開始的一定角度內，轉子不會發生轉動，指針也不會轉動。轉子上這個角度的最大理論誤差為180°，如果從轉子到輸出軸的減速比為180:1，那么反映在指針上的最大理論誤差為偏逆時針方向1°，起始位置的偏差會反映在后面的每一個位置上。

反之，如果最終停止驅動時，定子磁場保持如圖3所示狀態，那么由于與轉子磁場間的相互作用，會產生力的作用推動轉子轉動，最終達到與定子磁場相反的方向，即轉子向逆時針方向轉過了一定的角度，如圖3所示。此時輸出軸齒輪上的擋塊會離開固定擋塊一定的間隙，并且指針會比機械零位時的位置向順時針方向有一定角度的偏離。如果以此位置為起始，驅動電機使指針向順時針方向運動，即驅動定子磁場向逆時針方向轉動，那么在驅動之前，已經產生了順時針方向一定角度的偏差。轉子的最大理論誤差為180°，如果從轉子到輸出軸的減速比為180:1，那么反映在指針上的最大理論誤差為偏順時針方向1°，起始位置的偏差會反映在后面的每一個位置上。

對于上述誤差，如果不做任何處理，那么就會影響指針的指示精度，解決方法可以使用電機零位檢測功能，但是并不是所有的單片機都能夠支持這一功能，也不是所有電機的性能都能夠滿足這一功能的要求。

發明內容

基于此，有必要提供一種操作簡單、無需額外設備的儀表步進電機標定方法。

一種儀表步進電機標定方法，其包括步驟：

在儀表未安裝指針時驅動步進電機向機械零位方向運動到位，使指針被安上后指向起始刻度以下；

控制儀表處于診斷模式下，驅動步進電機以低速向機械零位方向運動，當指針出現反向跳動時，控制儀表記錄當前驅動的步數序號A；

根據所述步數序號A推算步數序號C；其中，如果驅動步進電機向機械零位方向運動時電機定子磁場順時針轉動，則步數序號C為步數序號A對應的定子磁場順時針轉過270°或逆時針轉過90°所對應的步數序號；如果驅動步進電機向機械零位方向運動時定子磁場逆時針轉動，則步數序號C為步數序號A對應的電機定子磁場逆時針轉過270°或順時針轉過90°所對應的步數序號；以及

將所述步數序號C記錄在所述存儲芯片內；所述步數序號C與電機到達機械零位后定子應該停止的磁場方向對應。

在優選的實施例中，所述的儀表步進電機標定方法進一步包括步驟：根據所述步數序號C驅動步進電機回歸機械零位；以及驅動步進電機使指針分別運動到多個校準點，當指針指示誤差滿足預設范圍時控制儀表分別記錄指針運動到所述多個校準點對應的電機步數。