单片机在双电机定位系统中应用研究

彭爱红　周华军

摘要：双电机定位是指在空间两个垂直方向上各放置一个电机，通过电机运转来带动执行机械。就单片机在双电机定位系统中应用进行分析，就电机控制电路设计进行重点分析。

关键词：单片机；电力控制电路；Aimegao

中图分类号：G356.6文献标识码：A文章编号：1672-3198(2009)14-0273-02

1单片机简介

单片机具有集成度高、功能强、结构合理、抗干扰性强和指令丰富的特点，它的应用打破了传统的设计思想，原来很多用模拟电路、脉冲数字电路、逻辑部件来实现的功能，现在都可通过软件来完成。ATMEL公司于1997年研发并推出了全新配置的、采用精简指令集RISC结构的新型单片机，简称单片机。在AVR家族中，Atmega8是一个非常特殊的单片机，它的芯片内部集成了较大容量的存储器和丰富强大的硬件接口电路，具有AVR高档单片机系列的MEGA全部性能和特点，但由于采用了小引脚封装(为DIP28和TQEP/MLF32)。所以其价格仅与低档单片机相当，成为具有极高性价比、深受广大用户喜爱的单片机。

2单片机系统的硬件设计

单片机系统主要完成给定的输入，两路控制脉冲的输出，调速电压的控制信号RWM波的输出，还有对反馈脉冲的输入。具体的是单片机通过通用异步串行通讯口，接收上位机来自图像处理器的目标数据，然后单片机在其内部转化成相应的控制信号，并输出给它的下一缀，也即主电路，从而控制电机的正反转和启停。同时单片机还要完成PWM波的输出，控制斩波电路，从而控制电机两端的电压。进而控制电机的转速。当电机转动起来以后，单片机要实时检测来自光电码盘的反馈脉冲。并与目标值(给定值)相比较，决定关闭输出的时刻。

2.1单片机系统的时钟振荡电路

Atmega8的XATU和XATL2引脚分别是片内振荡器的反相放大器输入、输出端。可在外部连接一个石英晶体或陶瓷振荡器，组成系统的时钟源。无论外接使用的是石英晶体还是陶瓷振荡器，电容Cl和c2的值总是相等的。本系统中电容C1，c2的值选择为30pF。其中，+5V的电源接到了单片机的电源输入端。同时单片机的电源输入端还外接了一个电容。然后接地，这样设计的目的是为了防止外接干扰信号对单片机的电源产生影响，因为电源电压的波动会影响到单片机输出口输出的高电平的电压大小，也就影响了单片机输出的控制信号，从而影响到后级电路。这样设计也是硬件可靠设计的一个方面。

2.2单片机复位电路

单片机的复位方式有上电复位和手动按键复位2种。复位电路中的电阻。电容数值的设置，是为了确保引RST脚至少保持z个机器周期的高电平而完成复位过程。工作原理，上电瞬间，RST端电压与VCC相同，随着充电电流的减少。RST端的电位逐渐下降。只要RST端有足够长的时间的电压在阂值以上就可以复位。

3电机位置检测电路设计方案

对电动机的控制可以分为开环系统和闭环系统两大类。开环系统比较简单，能够满足一般的控制要求，闭环系统则用于精度控制的要求。

由于本系统工作的环境范围只是在一个有限的，且相对很小的空间里，所以对电机转过的圈数(确切地说是电机实际角位移量)的精度要求比较高。实现对这些物理量的精确控制，就必须通过精度较高的检测传感器对这些物理进行检测，将检测的结果转换成数字量，反馈给单片机，通过单片机对这些数进行处理，处理的结果作为控制量对电机进行控制，从而实现了闭环控制。在本系统中，对电机位置的检测，可以说是系统的一个非常重要的环节，因为它直接决定电机的实际转数。确切的说。电机的实际转数又决定了执行器件也即摄像头的位置。也就是本系统二维定位的中心环节。所以如何设计电机位置检测与反馈环节，是本文的一个重点。

4自制光电码盘

基于对电动机角位移要求较高的设甘要求，控制系统必须是个闭环控制系统。以满足系统的整体设计要求。但是如何对电动机实际角位移进行实时检测，并把检测到的实际角位移量反馈给单片机，这也是本次设计的一个比较重要的硬件设计。在此情况下自制的光电码盘便应运而生。

4.1光电码盘的制作

光电编码盘角度检测传感器是一种广泛应用的编码式数字传感器，它将测得的角位移转换为脉冲形式的数字信号输出。光电编码盘角度检测传感器可分为两种绝对式光电编码盘和增量式光电编码盘。绝对式编码器是利用自然二进制或循环二进制葛莱码方式进行光电转换的。绝对式缩码器与增量式编码器不同之处在于圆盘上透光，不透光的线条图形，绝对编码器可有若干编码，根据读出码盘上的编码，检测绝对位置。

本系统采用的是增量式光电编码盘，当轴旋转时，在码盘的两侧分别安装光源和光敏元件，当码盘转动时。光源经过透光和不透光区域，相应地，每条码道将有一系列不规则脉冲信号从光敏元件输出。这样码道上有多少缝晾。当码盘旋转一圈时，就会有多少个这种不规则脉冲输出。电动机转子所转过的角度即可通过自制的光电编码盘检测到，并以脉冲的形式反馈给单片机，在单片机中一记录下来。以便我们进行更为精确的位置计算。

4.2光电码盘系统的原理

穿插在光电传感器中间的，表示的码盘的一部分，码盘中间一段颜色较浅的部分表示的是码盘上的孔。发光二极管发出的光可以透过码盘上的孔照射到光敏三极管的基极。光敏三极管基极接收到光信号，之后导通，输出电压信号。这样当电机带动码盘旋转时，当码盘转到圆孔时则透光，光敏三极管可以接收到信号，光电传感器的输出端便有电压信号输出，当码盘旋转到它不透光的部位，也就是没有孔的地方。对准光电传感器时，光敏三极管就收不到光信号，因而输出端没有电压信号输出。

5整形电路设计

由于光电码盘的输出要与单片机相连，单片机T/CO的时钟源外部输入引脚与此相连。这样相连的目的是通过单片机的计数器来计数，确定电机的实际位置的。也就是说光电码盘的输出要触发单片机T/CO计数，这就要求触发脉冲要有足够陡的上升沿，此波形并不是标准的脉冲信号，它的上升沿坡度很大，为了得到足够陡的前沿脉冲信号，需要对上述光电码盘输出的信号进行整形。已得到较理想的脉冲信号，触发计数，因此需要设计整形电路。

整形电路的设计思路是这样的，让上述输出的电压跟一个定值相比较，如果电压大于定值了，就表示这是一个可靠的脉冲，计数器可以计数(加1)，这样不仅可以得到前沿足够陡的脉冲信号，还可以防止小的干扰信号让计数器T/CO误计数。减小出现计数出错的现象的概率。增加了系统整体可靠性。在实际应用电路中比较器选用的是集成器件LM339，它是一个内部集成了4个比较器的集成芯片，由于LM339内部输出端没有上拉电阻，所以在外接电路中需要接上这个上拉电阻。

6结语

本文就单片机在整个系统的控制部分关键作用进行分析。首先详细介绍了硬件控制器，并进行了控制方法原理的详细介绍。除此之外，本章中还对整形电路进行了原理分析，对整形波形进行了理论分析。