稳定平台角度采集及模拟调节系统

穆海琴

(国营大众机械厂军品第一研究所，山西 太原 030024)

0 引言

本项目需研发一种能自动采集稳定平台的偏转角度，实时显示并模拟对平台的角度控制的系统。主要应用于作业车辆在野外不同路况执行任务时[1]，通过控制使稳定平台自动调整保持水平，保证平台上设备的数据采集、处理等工作更加准确。

根据项目要求系统由供电部分、信号采集部分、控制部分、信号缓冲部分、电机驱动部分五部分组成。

1 供电部分电路设计

本系统采用24 V电源供电，各个模块的正常工作所需电压通过相应电路产生，具体采用如下方案：采用24 V电压直接为电机供电，使其正常工作；将24 V电压经过DC/DC模块稳压后输出稳定的5 V和12 V,5 V给单片机和倾角传感器供电，12 V给电机驱动电路供电，电源分配如图1所示。

图1 电源分配图

2 信号采集部分电路设计

信号采集采用的是瑞丰科技生产的LAC326T双轴数字输出型倾角传感器，它是RION公司推出的新一代数字型小体积MEMS倾角传感器，内置加速度计，通过测量静态重力加速度，转换成倾角变化。从而可以测量传感器输出相对于水平面的倾斜和俯仰角度，它的输出方式是RS485接口。由于内置MCU控制系统[2]，使传感器输出线性度得到二次修正，弥补了模拟型的因为修正不够导致的精度下降。

3 控制部分电路设计

控制器主要用于倾角传感器信号的接收和辨认，控制伸缩杆的电机动作，控制显示倾角角度。本项目选用的是STC15W4K32S4作为主控芯片，单片机接收从倾角传感器输入的逻辑信号和脉冲信号，并将输入的信号进行处理运算，完成各项任务要求。当传感器检测到平台的横滚和俯仰的倾角时[3]，系统需要将平台的状态及时地以电信号的形式反馈到数据处理部分，对数据进行运算处理，从而产生控制信号对电机等各单元进行控制使平台保持平衡。控制环节如图2所示。

图2 控制部分框图

4 信号缓冲部分电路设计

缓冲部分采用的是74HC245缓冲芯片，是典型的CMOS型三态缓冲门电路[4]。由于单片机或CPU的数据/地址/控制总线端口都有一定的负载能力，如果负载超过其负载能力，一般应加驱动器。74HC245是方向可控的八路缓冲器，主要用于实现数据总线的双向异步通信[5]。

5 电机驱动部分电路设计

由于使用L293或L298等全桥芯片来控制直流电机时，虽然简便且成本低廉，但由于它们的内阻较大，在控制大电流的马达时芯片常常过热，导致系统的整体效率较低。使用分立元件搭建的H桥，比如桥臂驱动芯片配合N沟道MOSFET[6]，能够达到非常大的负载电流和非常高的频率，而且可以更换器件，从而具备更多的可定制性。因此采用IR2104半桥驱动器和IRF540组成全桥驱动电路。

6 关键技术及解决办法

本设计中，为了能够使通信距离传输更远，提高抗干扰性和抗噪声性能，传感器接口采用的是RS485接口，中间通过购买的成品RS485转TTL模块，才能使采集到的信号传输到单片机中，从而进行后续的控制过程。