移動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)

劉靜

摘 要：該論文的控制電路設(shè)計(jì)通過(guò)采用C8051F系列芯片，設(shè)計(jì)了一個(gè)直流電機(jī)的通用控制器，驅(qū)動(dòng)電路采用了美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的LMD18245芯片，我們考慮了電機(jī)的轉(zhuǎn)速和控制處理芯片的性能，發(fā)現(xiàn)使用硬件分頻能夠獲得較好的速度控制效果，且電路結(jié)構(gòu)也并不復(fù)雜，原理清晰，決定使用硬件分頻的方式處理反饋信號(hào)。

關(guān)鍵詞：控制電路 ?反饋 ?脈寬調(diào)制（PWM）

中圖分類(lèi)號(hào)：TP303 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）11（a）-0041-02

1 控制器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

該設(shè)計(jì)考慮到小車(chē)移動(dòng)控制的需要，以及在以后可以采用無(wú)線遙控，故采用主從控制結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

1.1 控制芯片的選擇

C8051Fxxx系列器件使用Cygnal的專(zhuān)利CIP-51微控制器內(nèi)核。經(jīng)過(guò)性能比較，以及電機(jī)控制精度對(duì)芯片的需要，最終選定Cygnal公司的8位單片機(jī)C8051F0XX系列作為控制芯片。

1.2 驅(qū)動(dòng)芯片的選擇

對(duì)直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)的控制我們采用了一種典型的電機(jī)控制電路。如圖2所示。三極管Q1、Q4導(dǎo)通而Q2、Q3關(guān)斷時(shí)，將會(huì)有電流從電機(jī)的左端流向右端，電機(jī)將會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)三極管Q2和Q3導(dǎo)通而Q1、Q4關(guān)斷時(shí)，電流將會(huì)從電機(jī)的右端流入，從左端流出。電流方向跟剛才的相反了，所以電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向跟剛才相反。當(dāng)Q1和Q2或Q3和Q4同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，電機(jī)就不轉(zhuǎn)動(dòng)。

1.3 電機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

整個(gè)硬件接口電路的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1.3.1 控制電路設(shè)計(jì)

控制電路的設(shè)計(jì)首先需要根據(jù)電路對(duì)控制芯片C8051F005進(jìn)行引腳分配。CygnalC8051F005每個(gè)端口I/O引腳都可以被配置為推挽或漏極開(kāi)路輸出。在標(biāo)準(zhǔn)8051中固定的“弱上拉”可以被禁止，這為低功耗應(yīng)用提供了進(jìn)一步節(jié)電的能力。

因?yàn)殡姍C(jī)的工作電壓是24 V，且在工作的過(guò)程中容易產(chǎn)生電磁干擾，單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)驅(qū)動(dòng)芯片的控制信號(hào)需要通過(guò)光耦合電路傳輸。故采用光電耦合元件傳遞開(kāi)關(guān)信號(hào)，本設(shè)計(jì)采用TOSHIBA的光電耦合器TLP521-4傳遞開(kāi)關(guān)信號(hào)。

1.3.2 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)采用LMD18245芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，由于電機(jī)電流的跳變或換向經(jīng)常出現(xiàn)，因此電源線上也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)尖峰電壓或浪涌電流。在電路實(shí)際設(shè)計(jì)中，常采用在芯片的電源端并聯(lián)高頻陶瓷濾波電容及大容量鋁電解電容的方法消除尖峰脈沖及浪涌電流。通常陶瓷電容的容值設(shè)定為1μF左右;鋁電解電容的大小設(shè)置為每安培負(fù)載電流100μF左右。

1.3.3 電源及其監(jiān)控電路

由于需要對(duì)單片機(jī)控制電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路分別供給5V、3V和24電源，而我們決定使用的是24V蓄電池，因此必須通過(guò)轉(zhuǎn)換電路獲得5V電源。+24V變?yōu)?5V，電源電路設(shè)計(jì)原理圖4和電源的監(jiān)控電路見(jiàn)圖5。

在輸入端需要并聯(lián)兩個(gè)4700 u和0.1 u的電容，4700 u的電容起到抗干擾，防電壓沖擊作用;0.1 u電容起到濾波作用;5V輸出端并聯(lián)一個(gè)100 u電容起到抗干擾和防止沖擊電壓的作用。為了防止電流過(guò)大燒壞DC-DC模塊，在電路輸入輸出端都加裝兩個(gè)2A的保險(xiǎn)絲。

通過(guò)同時(shí)調(diào)節(jié)兩個(gè)變阻器，可使到當(dāng)電源電壓大于24 V時(shí)，比較器U_JKB的反相輸入電壓比正相輸入電壓的值小，比較器輸出為高電平，監(jiān)控?zé)袅?當(dāng)電源電壓小于24 V時(shí)，比較器的反相輸入電壓比正相輸入電壓的值要大，比較器輸出為低電平，監(jiān)控?zé)舨涣痢?/p>

2 結(jié)語(yǔ)

該論文在進(jìn)行大量移動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制器設(shè)計(jì)調(diào)研的基礎(chǔ)上移動(dòng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)使用的電機(jī)數(shù)量少，轉(zhuǎn)向靈活，整體結(jié)構(gòu)可以在三個(gè)平面內(nèi)活動(dòng)使得其對(duì)地形的適應(yīng)能力相應(yīng)提高，就移動(dòng)機(jī)構(gòu)的地形適應(yīng)性和相應(yīng)的控制器的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，在該控制器的設(shè)計(jì)中，還存在著諸多不足之處和可以繼續(xù)研究的地方，

參考文獻(xiàn)

[1] 彭鴻才.電機(jī)原理及拖動(dòng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.

[2] 陳傳碩，田麗華.PID控制參數(shù)的整定方法[J].長(zhǎng)春郵電學(xué)院學(xué)報(bào)，1994，12（l）：9-16.

[3] 陶永華，尹怡欣，葛蘆生新型PID控制及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[4] http：//www.xhl.com.cn/.

[5] http：//www.eetchina.com/.endprint

摘 要：該論文的控制電路設(shè)計(jì)通過(guò)采用C8051F系列芯片，設(shè)計(jì)了一個(gè)直流電機(jī)的通用控制器，驅(qū)動(dòng)電路采用了美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的LMD18245芯片，我們考慮了電機(jī)的轉(zhuǎn)速和控制處理芯片的性能，發(fā)現(xiàn)使用硬件分頻能夠獲得較好的速度控制效果，且電路結(jié)構(gòu)也并不復(fù)雜，原理清晰，決定使用硬件分頻的方式處理反饋信號(hào)。

關(guān)鍵詞：控制電路 ?反饋 ?脈寬調(diào)制（PWM）

中圖分類(lèi)號(hào)：TP303 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）11（a）-0041-02

1 控制器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

該設(shè)計(jì)考慮到小車(chē)移動(dòng)控制的需要，以及在以后可以采用無(wú)線遙控，故采用主從控制結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

1.1 控制芯片的選擇

C8051Fxxx系列器件使用Cygnal的專(zhuān)利CIP-51微控制器內(nèi)核。經(jīng)過(guò)性能比較，以及電機(jī)控制精度對(duì)芯片的需要，最終選定Cygnal公司的8位單片機(jī)C8051F0XX系列作為控制芯片。

1.2 驅(qū)動(dòng)芯片的選擇

對(duì)直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)的控制我們采用了一種典型的電機(jī)控制電路。如圖2所示。三極管Q1、Q4導(dǎo)通而Q2、Q3關(guān)斷時(shí)，將會(huì)有電流從電機(jī)的左端流向右端，電機(jī)將會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)三極管Q2和Q3導(dǎo)通而Q1、Q4關(guān)斷時(shí)，電流將會(huì)從電機(jī)的右端流入，從左端流出。電流方向跟剛才的相反了，所以電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向跟剛才相反。當(dāng)Q1和Q2或Q3和Q4同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，電機(jī)就不轉(zhuǎn)動(dòng)。

1.3 電機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

整個(gè)硬件接口電路的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1.3.1 控制電路設(shè)計(jì)

控制電路的設(shè)計(jì)首先需要根據(jù)電路對(duì)控制芯片C8051F005進(jìn)行引腳分配。CygnalC8051F005每個(gè)端口I/O引腳都可以被配置為推挽或漏極開(kāi)路輸出。在標(biāo)準(zhǔn)8051中固定的“弱上拉”可以被禁止，這為低功耗應(yīng)用提供了進(jìn)一步節(jié)電的能力。

因?yàn)殡姍C(jī)的工作電壓是24 V，且在工作的過(guò)程中容易產(chǎn)生電磁干擾，單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)驅(qū)動(dòng)芯片的控制信號(hào)需要通過(guò)光耦合電路傳輸。故采用光電耦合元件傳遞開(kāi)關(guān)信號(hào)，本設(shè)計(jì)采用TOSHIBA的光電耦合器TLP521-4傳遞開(kāi)關(guān)信號(hào)。

1.3.2 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)采用LMD18245芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，由于電機(jī)電流的跳變或換向經(jīng)常出現(xiàn)，因此電源線上也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)尖峰電壓或浪涌電流。在電路實(shí)際設(shè)計(jì)中，常采用在芯片的電源端并聯(lián)高頻陶瓷濾波電容及大容量鋁電解電容的方法消除尖峰脈沖及浪涌電流。通常陶瓷電容的容值設(shè)定為1μF左右;鋁電解電容的大小設(shè)置為每安培負(fù)載電流100μF左右。

1.3.3 電源及其監(jiān)控電路

由于需要對(duì)單片機(jī)控制電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路分別供給5V、3V和24電源，而我們決定使用的是24V蓄電池，因此必須通過(guò)轉(zhuǎn)換電路獲得5V電源。+24V變?yōu)?5V，電源電路設(shè)計(jì)原理圖4和電源的監(jiān)控電路見(jiàn)圖5。

在輸入端需要并聯(lián)兩個(gè)4700 u和0.1 u的電容，4700 u的電容起到抗干擾，防電壓沖擊作用;0.1 u電容起到濾波作用;5V輸出端并聯(lián)一個(gè)100 u電容起到抗干擾和防止沖擊電壓的作用。為了防止電流過(guò)大燒壞DC-DC模塊，在電路輸入輸出端都加裝兩個(gè)2A的保險(xiǎn)絲。

通過(guò)同時(shí)調(diào)節(jié)兩個(gè)變阻器，可使到當(dāng)電源電壓大于24 V時(shí)，比較器U_JKB的反相輸入電壓比正相輸入電壓的值小，比較器輸出為高電平，監(jiān)控?zé)袅?當(dāng)電源電壓小于24 V時(shí)，比較器的反相輸入電壓比正相輸入電壓的值要大，比較器輸出為低電平，監(jiān)控?zé)舨涣痢?/p>

2 結(jié)語(yǔ)

該論文在進(jìn)行大量移動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制器設(shè)計(jì)調(diào)研的基礎(chǔ)上移動(dòng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)使用的電機(jī)數(shù)量少，轉(zhuǎn)向靈活，整體結(jié)構(gòu)可以在三個(gè)平面內(nèi)活動(dòng)使得其對(duì)地形的適應(yīng)能力相應(yīng)提高，就移動(dòng)機(jī)構(gòu)的地形適應(yīng)性和相應(yīng)的控制器的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，在該控制器的設(shè)計(jì)中，還存在著諸多不足之處和可以繼續(xù)研究的地方，

參考文獻(xiàn)

[1] 彭鴻才.電機(jī)原理及拖動(dòng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.

[2] 陳傳碩，田麗華.PID控制參數(shù)的整定方法[J].長(zhǎng)春郵電學(xué)院學(xué)報(bào)，1994，12（l）：9-16.

[3] 陶永華，尹怡欣，葛蘆生新型PID控制及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[4] http：//www.xhl.com.cn/.

[5] http：//www.eetchina.com/.endprint

摘 要：該論文的控制電路設(shè)計(jì)通過(guò)采用C8051F系列芯片，設(shè)計(jì)了一個(gè)直流電機(jī)的通用控制器，驅(qū)動(dòng)電路采用了美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的LMD18245芯片，我們考慮了電機(jī)的轉(zhuǎn)速和控制處理芯片的性能，發(fā)現(xiàn)使用硬件分頻能夠獲得較好的速度控制效果，且電路結(jié)構(gòu)也并不復(fù)雜，原理清晰，決定使用硬件分頻的方式處理反饋信號(hào)。

關(guān)鍵詞：控制電路 ?反饋 ?脈寬調(diào)制（PWM）

中圖分類(lèi)號(hào)：TP303 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）11（a）-0041-02

1 控制器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

該設(shè)計(jì)考慮到小車(chē)移動(dòng)控制的需要，以及在以后可以采用無(wú)線遙控，故采用主從控制結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

1.1 控制芯片的選擇

C8051Fxxx系列器件使用Cygnal的專(zhuān)利CIP-51微控制器內(nèi)核。經(jīng)過(guò)性能比較，以及電機(jī)控制精度對(duì)芯片的需要，最終選定Cygnal公司的8位單片機(jī)C8051F0XX系列作為控制芯片。

1.2 驅(qū)動(dòng)芯片的選擇

對(duì)直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)的控制我們采用了一種典型的電機(jī)控制電路。如圖2所示。三極管Q1、Q4導(dǎo)通而Q2、Q3關(guān)斷時(shí)，將會(huì)有電流從電機(jī)的左端流向右端，電機(jī)將會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)三極管Q2和Q3導(dǎo)通而Q1、Q4關(guān)斷時(shí)，電流將會(huì)從電機(jī)的右端流入，從左端流出。電流方向跟剛才的相反了，所以電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向跟剛才相反。當(dāng)Q1和Q2或Q3和Q4同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，電機(jī)就不轉(zhuǎn)動(dòng)。

1.3 電機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

整個(gè)硬件接口電路的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1.3.1 控制電路設(shè)計(jì)

控制電路的設(shè)計(jì)首先需要根據(jù)電路對(duì)控制芯片C8051F005進(jìn)行引腳分配。CygnalC8051F005每個(gè)端口I/O引腳都可以被配置為推挽或漏極開(kāi)路輸出。在標(biāo)準(zhǔn)8051中固定的“弱上拉”可以被禁止，這為低功耗應(yīng)用提供了進(jìn)一步節(jié)電的能力。

因?yàn)殡姍C(jī)的工作電壓是24 V，且在工作的過(guò)程中容易產(chǎn)生電磁干擾，單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)驅(qū)動(dòng)芯片的控制信號(hào)需要通過(guò)光耦合電路傳輸。故采用光電耦合元件傳遞開(kāi)關(guān)信號(hào)，本設(shè)計(jì)采用TOSHIBA的光電耦合器TLP521-4傳遞開(kāi)關(guān)信號(hào)。

1.3.2 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)采用LMD18245芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，由于電機(jī)電流的跳變或換向經(jīng)常出現(xiàn)，因此電源線上也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)尖峰電壓或浪涌電流。在電路實(shí)際設(shè)計(jì)中，常采用在芯片的電源端并聯(lián)高頻陶瓷濾波電容及大容量鋁電解電容的方法消除尖峰脈沖及浪涌電流。通常陶瓷電容的容值設(shè)定為1μF左右;鋁電解電容的大小設(shè)置為每安培負(fù)載電流100μF左右。

1.3.3 電源及其監(jiān)控電路

由于需要對(duì)單片機(jī)控制電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路分別供給5V、3V和24電源，而我們決定使用的是24V蓄電池，因此必須通過(guò)轉(zhuǎn)換電路獲得5V電源。+24V變?yōu)?5V，電源電路設(shè)計(jì)原理圖4和電源的監(jiān)控電路見(jiàn)圖5。

在輸入端需要并聯(lián)兩個(gè)4700 u和0.1 u的電容，4700 u的電容起到抗干擾，防電壓沖擊作用;0.1 u電容起到濾波作用;5V輸出端并聯(lián)一個(gè)100 u電容起到抗干擾和防止沖擊電壓的作用。為了防止電流過(guò)大燒壞DC-DC模塊，在電路輸入輸出端都加裝兩個(gè)2A的保險(xiǎn)絲。

通過(guò)同時(shí)調(diào)節(jié)兩個(gè)變阻器，可使到當(dāng)電源電壓大于24 V時(shí)，比較器U_JKB的反相輸入電壓比正相輸入電壓的值小，比較器輸出為高電平，監(jiān)控?zé)袅?當(dāng)電源電壓小于24 V時(shí)，比較器的反相輸入電壓比正相輸入電壓的值要大，比較器輸出為低電平，監(jiān)控?zé)舨涣痢?/p>

2 結(jié)語(yǔ)

該論文在進(jìn)行大量移動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制器設(shè)計(jì)調(diào)研的基礎(chǔ)上移動(dòng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)使用的電機(jī)數(shù)量少，轉(zhuǎn)向靈活，整體結(jié)構(gòu)可以在三個(gè)平面內(nèi)活動(dòng)使得其對(duì)地形的適應(yīng)能力相應(yīng)提高，就移動(dòng)機(jī)構(gòu)的地形適應(yīng)性和相應(yīng)的控制器的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，在該控制器的設(shè)計(jì)中，還存在著諸多不足之處和可以繼續(xù)研究的地方，

參考文獻(xiàn)

[1] 彭鴻才.電機(jī)原理及拖動(dòng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.

[2] 陳傳碩，田麗華.PID控制參數(shù)的整定方法[J].長(zhǎng)春郵電學(xué)院學(xué)報(bào)，1994，12（l）：9-16.

[3] 陶永華，尹怡欣，葛蘆生新型PID控制及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[4] http：//www.xhl.com.cn/.

[5] http：//www.eetchina.com/.endprint