[发明专利]一种仪表步进电机标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及步进电机标定，尤其涉及一种仪表用步进电机的标定方法。

背景技术

目前，汽车仪表普遍使用单片机驱动步进电机的技术方案，指针安装在步进电机轴上，电机转过一定的角度，反映在指针上即为对应刻度读数的变化。步进电机转动的速度与角度受控于单片机的驱动方式。

如图1所示，汽车仪表所用的步进电机定子10一般使用两组线圈，转子20为永磁体，单片机控制输出到定子线圈的电流的变化，从而改变定子10所形成的磁场方向，转子20自身磁场方向与其相互作用产生作用力推动转子转动，当定子线圈上电流变化所形成的磁场方向偏转一定角度，转子会转动跟随这一偏转。

微步驱动步进电机是汽车仪表应用中普遍采用的一种驱动方法，该方法将定子磁场方向转过360°划分为若干步，单片机控制每一步输出信号的电平方向和占空比，在定子线圈上模拟出电流的正弦变化，并且定子两个线圈的电流变化保持要求的相位差，这一相位差取决于步进电机的设计。

汽车仪表所用步进电机从转子到输出轴需要经过齿轮30减速，其输出轴一般都不能360°旋转，是由于在输出轴的齿轮上有限位挡块40，当输出轴齿轮挡块40与电机外壳上的固定挡块50接触时，输出轴齿轮不能再继续转动，步进电机到达机械零位，此时转子也不能继续转动。

汽车仪表应用中，对指针归零的操作一般是驱动电机向机械零位方向运动一定角度，当电机的初始位置不同时，实际要求转过的角度也会不同，但是如果没有使用电机的零位检测功能，那么步进电机到达机械零位后就没有任何信号反馈，只能继续驱动电机向机械零位方向走完剩下的角度，并最终停止。对同一个电机而言，定子最终停止驱动时所保持的磁场方向不同，会对转子及指针造成不同的影响，以两极转子为例：

假设当电机刚好到达机械零位时转子处于如图1所示位置，而如果最终停止驱动时，定子的磁场方向保持如图2所示的状态，那么此时输出轴齿轮上的挡块会对电机外壳上的固定挡块有一个力的作用。如果以此位置为起始，驱动电机使指针向顺时针方向运动，即驱动定子磁场向逆时针方向转动，那么在刚开始的一定角度内，转子不会发生转动，指针也不会转动。转子上这个角度的最大理论误差为180°，如果从转子到输出轴的减速比为180:1，那么反映在指针上的最大理论误差为偏逆时针方向1°，起始位置的偏差会反映在后面的每一个位置上。

反之，如果最终停止驱动时，定子磁场保持如图3所示状态，那么由于与转子磁场间的相互作用，会产生力的作用推动转子转动，最终达到与定子磁场相反的方向，即转子向逆时针方向转过了一定的角度，如图3所示。此时输出轴齿轮上的挡块会离开固定挡块一定的间隙，并且指针会比机械零位时的位置向顺时针方向有一定角度的偏离。如果以此位置为起始，驱动电机使指针向顺时针方向运动，即驱动定子磁场向逆时针方向转动，那么在驱动之前，已经产生了顺时针方向一定角度的偏差。转子的最大理论误差为180°，如果从转子到输出轴的减速比为180:1，那么反映在指针上的最大理论误差为偏顺时针方向1°，起始位置的偏差会反映在后面的每一个位置上。

对于上述误差，如果不做任何处理，那么就会影响指针的指示精度，解决方法可以使用电机零位检测功能，但是并不是所有的单片机都能够支持这一功能，也不是所有电机的性能都能够满足这一功能的要求。

发明内容

基于此，有必要提供一种操作简单、无需额外设备的仪表步进电机标定方法。

一种仪表步进电机标定方法，其包括步骤：

在仪表未安装指针时驱动步进电机向机械零位方向运动到位，使指针被安上后指向起始刻度以下；

控制仪表处于诊断模式下，驱动步进电机以低速向机械零位方向运动，当指针出现反向跳动时，控制仪表记录当前驱动的步数序号A；

根据所述步数序号A推算步数序号C；其中，如果驱动步进电机向机械零位方向运动时电机定子磁场顺时针转动，则步数序号C为步数序号A对应的定子磁场顺时针转过270°或逆时针转过90°所对应的步数序号；如果驱动步进电机向机械零位方向运动时定子磁场逆时针转动，则步数序号C为步数序号A对应的电机定子磁场逆时针转过270°或顺时针转过90°所对应的步数序号；以及

将所述步数序号C记录在所述存储芯片内；所述步数序号C与电机到达机械零位后定子应该停止的磁场方向对应。

在优选的实施例中，所述的仪表步进电机标定方法进一步包括步骤：根据所述步数序号C驱动步进电机回归机械零位；以及驱动步进电机使指针分别运动到多个校准点，当指针指示误差满足预设范围时控制仪表分别记录指针运动到所述多个校准点对应的电机步数。