基于AVR单片机的柱架控制器的设计

摘要：该文介绍了一种ATmega16单片机为核心的柱架控制系统，该系统利用汇编编程，并采用结构化的编程方法。该系统包含了电池电压的检测和柱架倾斜角的检测，能够在柱架处于特殊情况时，采取自动控制。该文论述了该系统的硬件结构，并给出了软件流程图。

关键词：柱架控制；单片机；直流电动机

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）01-0207-03

柱架平台是一种广泛应用于仓库、建筑、机场、车站、码头、舞台、广告、消防、通信、自动化生产线等场合中的提升设备。根据动力源的不同，可分为液压式的和电动式的[1]。因为无刷直流电机除了具有直流电机优秀的线性机械特性、大启动力矩、宽调速范围、简单的控制电路外，由于它利用电子换向器取代了机械电刷和机械换向器，所以它又具有交流电机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点[2]。所以本系统采用的是直流48V的永磁直流电动机。该文提出了一种以AVR系列的 ATmega16 单片机为 CPU，采用尤奈特BM1418ZXF-350W48V及其配套驱动器，并配有电池电压及倾斜检测的柱架控制系统。因为该电机及其驱动器和单片机都已在行业得到广泛应用，保证了本系统维护的方便性、开发的快速性和成本的最小化。

1 系统结构和原理

1.1 柱架结构

该柱架系统如右图1所示。电机、电池、开关电源、传动系统等装载于蓝色控制盒中，并从中引出操作面板。本系统可以实现柱架的上升、下降、电池电压检测、倾斜检测、电池和市电的切换等功能。本系统结构小巧，装备紧凑，便于移动。

1.2 系统工作原理

该系统的原理框图如图2所示，操作面板上有上升、下降、停止按键及其指示、电池欠压和倾斜报警指示灯。控制单元巡检按键、电池电压信号和倾斜角信号，并将采集到的电池电压和倾斜角信号进行数字滤波处理，根据操作和系统状态发出控制信号。电机驱动器根据收到的控制信号，控制电机转动，完成柱架的上升、下降、停止、三级倾斜自动下降等功能。

3 系统硬件设计

系统硬件设计主要包括电源模块的设计、倾斜传感器驱动设计、按键及指示灯控制电路设计、驱动器控制电路及相关继电器控制电路的设计。由于采用的是DC48V永磁直流电动机且要满足野外工作条件，所以系统配用DC48V电池组。

3.1 单片机选型

该系统选择AVR系列的单片机ATmega16作为系统的 CPU，AVR 是ATMEL公司生产的高性能、低功耗的 8 位新型单片机，采用先进的 RISC 指令结构，执行速度快，可达到1MIPS/MHZ，端口驱动能力强（20～40mA），而且全部具有在线下载功能。ATmega16 属于AVR 的ATmel系列高档单片机，具有 16K字节的系统内可编程 Flash，以及8路 10 位ADC，可以简化电池电压和倾斜检测的A/D电路设计。而且ATmega16单片机还具有JTAG接口，通过JTAG 接口可进行在线程序下载以及片上调试。 本系统就是采用JTAG 接口进行在线程序下载以及片上调试的[3]。

3.2 电压模块及其他控制电路设计

系统采用的单片机是 AVR的ATmega16，该芯片的工作电压为5V，所以采用了LM2576HV电源芯片。该电源芯片可以实现7-60V到5V的转换，且最大可以满足3A的负载。系统倾斜传感器采用的是SSA0030AH，为了达到正负角度的检测，该传感器采用正负15V供电。系统用TPS65130实现5V到正负15V的电源转换。指示灯和继电器用三极管驱动，按键和驱动器的控制直接用单片机的I/O口控制。硬件结构如图3所示。

4 系统软件设计

系统选用的开发软件为AVR STUDIO 4.18版本， 软件质量的高低对整个系统性能起决定性作用。为了提高系统的控制精度和响应速度，抵消A/D测量误差、外部干扰等的影响，在软件上，对按键采用巡检方式，并在软件上做延时去抖动处理。对于电池电压和倾斜检测采用多次测量祛除粗大误差，再求其平均值的办法来抵消测量误差和大的干扰值。软件流程图如图4所示：

5 结束语

本系统通过对简单直流电动机驱动器的扩展实现了柱架升降系统的设计，并调试成功，用在了一些商业系统上。该系统运行稳定，操作方便，能够实现一般柱架控制系统对速度和精度的要求。并且硬件实现简单，大大缩短了开发周期，减少开发成本，并且维护方便。

参考文献：

[1] 温显超.基于剪叉式系统控制器的研究与实现[D].成都：四川大学，2011.

[2] 王晓明.电动机的单片机控制[M].北京：北京航空航天大学出版社，2002.

[3] 吴泽祎.基于AVR单片机的自动对靶喷雾控制系统设计[J].安徽农业科学，2007（22）.