單片機在雙電機定位系統(tǒng)中應(yīng)用研究

1、單片機在雙電機定位系統(tǒng)中應(yīng)用研究                        摘要：雙電機定位是指在空間兩個垂直方向上各放置一個電機，通過電機運轉(zhuǎn)來帶動執(zhí)行機械。就單片機在雙電機定位系統(tǒng)中應(yīng)用進行分析，就電機控制電路設(shè)計進行重點分析。 關(guān)鍵詞：單片機；電力控制電路；Aimegao 1單片機簡介 單片機具有集成度高、功能強、結(jié)構(gòu)合理、抗干擾性強和指令豐富的特

2、點，它的應(yīng)用打破了傳統(tǒng)的設(shè)計思想，原來很多用模擬電路、脈沖數(shù)字電路、邏輯部件來實現(xiàn)的功能，現(xiàn)在都可通過軟件來完成。ATMEL公司于1997年研發(fā)并推出了全新配置的、采用精簡指令集RISC結(jié)構(gòu)的新型單片機，簡稱單片機。在AVR家族中，Atmega8是一個非常特殊的單片機，它的芯片內(nèi)部集成了較大容量的存儲器和豐富強大的硬件接口電路，具有AVR高檔單片機系列的MEGA全部性能和特點，但由于采用了小引腳封裝(為DIP28和TQEP/MLF32)。所以其價格僅與低檔單片機相當(dāng)，成為具有極高性價比、深受廣大用戶喜愛的單片機。 2單片機系統(tǒng)的硬件設(shè)計 單片機系統(tǒng)主要完成給定的輸入，兩路控制脈沖的輸出，調(diào)速電

3、壓的控制信號RWM波的輸出，還有對反饋脈沖的輸入。具體的是單片機通過通用異步串行通訊口，接收上位機來自圖像處理器的目標(biāo)數(shù)據(jù)，然后單片機在其內(nèi)部轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的控制信號，并輸出給它的下一綴，也即主電路，從而控制電機的正反轉(zhuǎn)和啟停。同時單片機還要完成PWM波的輸出，控制斬波電路，從而控制電機兩端的電壓。進而控制電機的轉(zhuǎn)速。當(dāng)電機轉(zhuǎn)動起來以后，單片機要實時檢測來自光電碼盤的反饋脈沖。并與目標(biāo)值(給定值)相比較，決定關(guān)閉輸出的時刻。 2.1單片機系統(tǒng)的時鐘振蕩電路 Atmega8的XATU和XATL2引腳分別是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入、輸出端。可在外部連接一個石英晶體或陶瓷振蕩器，組成系統(tǒng)的時鐘源。無論

4、外接使用的是石英晶體還是陶瓷振蕩器，電容Cl和c2的值總是相等的。本系統(tǒng)中電容C1，c2的值選擇為30pF。其中，+5V的電源接到了單片機的電源輸入端。同時單片機的電源輸入端還外接了一個電容。然后接地，這樣設(shè)計的目的是為了防止外接干擾信號對單片機的電源產(chǎn)生影響，因為電源電壓的波動會影響到單片機輸出口輸出的高電平的電壓大小，也就影響了單片機輸出的控制信號，從而影響到后級電路。這樣設(shè)計也是硬件可靠設(shè)計的一個方面。 2.2單片機復(fù)位電路 單片機的復(fù)位方式有上電復(fù)位和手動按鍵復(fù)位2種。復(fù)位電路中的電阻。電容數(shù)值的設(shè)置，是為了確保引RST腳至少保持z個機器周期的高電平而完成復(fù)位過程。工作原理，上電瞬間，

5、RST端電壓與VCC相同，隨著充電電流的減少。RST端的電位逐漸下降。只要RST端有足夠長的時間的電壓在閡值以上就可以復(fù)位。 3 電機位置檢測電路設(shè)計方案 對電動機的控制可以分為開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)兩大類。開環(huán)系統(tǒng)比較簡單，能夠滿足一般的控制要求，閉環(huán)系統(tǒng)則用于精度控制的要求。 由于本系統(tǒng)工作的環(huán)境范圍只是在一個有限的，且相對很小的空間里，所以對電機轉(zhuǎn)過的圈數(shù)(確切地說是電機實際角位移量)的精度要求比較高。實現(xiàn)對這些物理量的精確控制，就必須通過精度較高的檢測傳感器對這些物理進行檢測，將檢測的結(jié)果轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，反饋給單片機，通過單片機對這些數(shù)進行處理，處理的結(jié)果作為控制量對電機進行控制，從而實現(xiàn)了

6、閉環(huán)控制。在本系統(tǒng)中，對電機位置的檢測，可以說是系統(tǒng)的一個非常重要的環(huán)節(jié)，因為它直接決定電機的實際轉(zhuǎn)數(shù)。確切的說。電機的實際轉(zhuǎn)數(shù)又決定了執(zhí)行器件也即攝像頭的位置。也就是本系統(tǒng)二維定位的中心環(huán)節(jié)。所以如何設(shè)計電機位置檢測與反饋環(huán)節(jié)，是本文的一個重點。 4自制光電碼盤 基于對電動機角位移要求較高的設(shè)甘要求，控制系統(tǒng)必須是個閉環(huán)控制系統(tǒng)。以滿足系統(tǒng)的整體設(shè)計要求。但是如何對電動機實際角位移進行實時檢測，并把檢測到的實際角位移量反饋給單片機，這也是本次設(shè)計的一個比較重要的硬件設(shè)計。在此情況下自制的光電碼盤便應(yīng)運而生。       &

7、#160;                      4.1光電碼盤的制作 光電編碼盤角度檢測傳感器是一種廣泛應(yīng)用的編碼式數(shù)字傳感器，它將測得的角位移轉(zhuǎn)換為脈沖形式的數(shù)字信號輸出。光電編碼盤角度檢測傳感器可分為兩種絕對式光電編碼盤和增量式光電編碼盤。絕對式編碼器是利用自然二進制或循環(huán)二進制葛萊碼方式進行光電轉(zhuǎn)換的。絕對式縮碼器與增量式編碼器不同之處在于圓盤上透光，不透光的線條圖形，絕對編碼器可有若

8、干編碼，根據(jù)讀出碼盤上的編碼，檢測絕對位置。 本系統(tǒng)采用的是增量式光電編碼盤，當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時，在碼盤的兩側(cè)分別安裝光源和光敏元件，當(dāng)碼盤轉(zhuǎn)動時。光源經(jīng)過透光和不透光區(qū)域，相應(yīng)地，每條碼道將有一系列不規(guī)則脈沖信號從光敏元件輸出。這樣碼道上有多少縫晾。當(dāng)碼盤旋轉(zhuǎn)一圈時，就會有多少個這種不規(guī)則脈沖輸出。電動機轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過的角度即可通過自制的光電編碼盤檢測到，并以脈沖的形式反饋給單片機，在單片機中一記錄下來。以便我們進行更為精確的位置計算。 4.2光電碼盤系統(tǒng)的原理 穿插在光電傳感器中間的，表示的碼盤的一部分，碼盤中間一段顏色較淺的部分表示的是碼盤上的孔。發(fā)光二極管發(fā)出的光可以透過碼盤上的孔照射到光敏三極管

9、的基極。光敏三極管基極接收到光信號，之后導(dǎo)通，輸出電壓信號。這樣當(dāng)電機帶動碼盤旋轉(zhuǎn)時，當(dāng)碼盤轉(zhuǎn)到圓孔時則透光，光敏三極管可以接收到信號，光電傳感器的輸出端便有電壓信號輸出，當(dāng)碼盤旋轉(zhuǎn)到它不透光的部位，也就是沒有孔的地方。對準(zhǔn)光電傳感器時，光敏三極管就收不到光信號，因而輸出端沒有電壓信號輸出。 5整形電路設(shè)計 由于光電碼盤的輸出要與單片機相連，單片機T/CO的時鐘源外部輸入引腳與此相連。這樣相連的目的是通過單片機的計數(shù)器來計數(shù)，確定電機的實際位置的。也就是說光電碼盤的輸出要觸發(fā)單片機T/CO計數(shù)，這就要求觸發(fā)脈沖要有足夠陡的上升沿，此波形并不是標(biāo)準(zhǔn)的脈沖信號，它的上升沿坡度很大，為了得到足夠陡的前沿脈沖信號，需要對上述光電碼盤輸出的信號進行整形。已得到較理想的脈沖信號，觸發(fā)計數(shù)，因此需要設(shè)計整形電路。 整形電路的設(shè)計思路是這樣的，讓上述輸出的電壓跟一個定值相比較，如果電壓大于定值了，就表示這是一個可靠的脈沖，計數(shù)器可以計數(shù)(加1)，這樣不僅可以得到前沿足夠陡的脈沖信號，還可以防止小的干擾信號讓計數(shù)器T/CO誤計數(shù)。減小出現(xiàn)計數(shù)出錯的現(xiàn)象的概率。增加了系統(tǒng)整體可靠性。在實際應(yīng)用電路中比較器選用的是集成器件LM339，它是一個內(nèi)部集成了4個比較器的集成芯片，由于LM339內(nèi)部輸出端沒有上拉電阻，所以在外接電路