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作者: 发布时间:2017-05-02 来源: 繁体版
  宁红英,李学平,卢秀,刘芳园  (西安理工大学 信息技术与装备工程学院,陕西 西安 710048) 摘要:利用STC12系列单片机作为控制核心,减速电机作为执行机构,以单圈电位器作为检测元件,在有限

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  (西安理工大学 信息技术与装备工程学院,陕西 西安 710048)dmv自动化在线网

       摘要:利用STC12系列单片机作为控制核心,减速电机作为执行机构,以单圈电位器作为检测元件,在有限范围内实现了角度的精确控制。经过实验测试,在0°~235°的控制范围内,最大误差控制在±1°,保证了控制精度和控制速率;经过实际使用验证了该方案安全、可靠。dmv自动化在线网

  关键词:控制器;PWM;减速直流电机;单圈电位器dmv自动化在线网

  中图分类号:TP215文献标识码:ADOI: 10.19358/j.issn.1674-7720.2017.07.010dmv自动化在线网

  引用格式:宁红英,李学平,卢秀,等.基于STC单片机的角度控制[J].微型机与应用,2017,36(7):32-34,38.dmv自动化在线网

0引言dmv自动化在线网

  *基金项目:西安理工大学教学研究重点项目(xjy1670)现代工业控制中控制对象的多样性及复杂性,控制系统中各环节的控制精度、控制速度的要求不断提高,对控制系统的性能提出了更高的要求。随着计算机技术的不断发展,信号处理精度已经普遍能够满足要求,所以衡量系统性能的优劣取决于系统中的检测环节及执行机构。执行机构从所用能源进行分类,可分为电动执行机构、气动执行机构以及液压执行机构[1]。控制系统中,角度对应执行机构的典型输出,本文对电动执行机构进行分析,以通用STC系列单片机为控制核心,以单圈电位器作为检测元件,采用PID算法,对执行机构减速电机进行控制,实现角度的精确控制[2?4]。dmv自动化在线网

1控制系统设计思想dmv自动化在线网

  控制系统结构如图1所示,系统结构为典型的单值闭环控制系统,主要由单片机主控系统、驱动系统、执行机构、角度检测及显示等环节构成。dmv自动化在线网

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  主控系统主要完成信息处理、电机驱动信号输出、驱动显示器件等功能,采用主控芯片STC12C5A60S2单片机,此芯片具有高速、低功耗、超强抗干扰等性能[5]。驱动系统主要根据主控系统的输出信号进行功率放大,驱动后级执行机构,此环节采用专用驱动模块L298N来完成。执行机构采用减速电机,完成被控对象角度的定位。角度检测采用变阻式角度传感器实现,主要完成减速电机转动角度的准确判断,并将角度转换成电压输出,角度调整范围为0~270°,输出电压在一定范围内与角度线性对应,其输出接入到主控系统的A/D转换接口。显示模块采用LCD1602液晶显示器件,主要完成设定值以及实时测量角度的显示。dmv自动化在线网

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  图2负反馈控制结构系统工作过程形成典型的负反馈控制系统,结构如图2所示。角度传感器与执行机构中的减速电机同轴相连,当减速电机旋转时,角度传感器随之一起旋转,将减速电机的旋转角度转换成电压输出,作为反馈信号,送入到主控系统的A/D转换入口。主控系统接收到此信号之后,与设定值进行比较,得到偏差信号,控制系统一方面根据两者偏差调整PWM输出占空比,控制减速电机的转速,当偏差较大时,减速电机快速转动,随着偏差的不断减小,电机旋转速度趋于平缓,既保证了系统调整速度,又可以减小执行机构定位时旋转角度的超调;另一方面,主控系统根据偏差信号的状态,调整减速电机的旋转方向,最后使系统稳定在设定值上。dmv自动化在线网

2实现方案dmv自动化在线网

  2.1硬件电路设计dmv自动化在线网

  (1)电机驱动电路dmv自动化在线网

  控制信号由STC12C5A16S2单片机输出。由于单片机的直流输出电流非常微弱,不能直接用来驱动电机,必须将输出的控制信号输入到电机驱动电路,进行功率放大,再驱动电机工作。本文中采用驱动芯片L298N构造驱动电路,如图3所示。驱动芯片中ENA、ENB为使能控制端,控制电机的停转,高电平有效;根据设计结构,将单片机的PWM输出端接驱动芯片的使能端ENA,单片机输出端P1.4、P1.5接驱动芯片的输入端,控制电机的正转、反转、停止等状态。dmv自动化在线网

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  (2)电机旋转角度检测dmv自动化在线网

  对于电机角度检测,采用高精度的单圈电位器。减速直流电机转轴与电位器同轴相连,电机旋转带动传感器旋转轴的旋转,传感器产生一个与角度依次对应的输出电压,此电压接入单片机A/D采样端口,作为电机的位置反馈信号,软件处理过程中对所采集的信号进行非线性修正,以提高控制精度。dmv自动化在线网

  (3)人机接口dmv自动化在线网

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  人机接口资源分配如图4所示。本系统中,人机接口主要涉及两个问题,一是参考值的设定,另一个是参考值以及反馈值的实时显示。参数设定采用键盘输入,设置3个按键,对角度进行“加”、“减”、“确定”功能设定;数据显示采用LCD1602液晶显示器件,完成对参考值以及反馈值的实时显示。图5电机驱动软件设计流程


基于STC单片机的角度控制
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