專利名稱：單片機控制的直流有刷電機電子調速器的制作方法
技術領域：
本發明涉及到一種單片機控制的直流有刷電機電子調速器，它主要適用于控制小型履帶式機器人或小型履帶式車輛行走的直流有刷電機。
背景技術：
在背景技術中，履帶式車輛的直流有刷電機的控制方法有兩種一種是操作者通過遙控器上的左右兩個操縱桿做前后運動，所產生的兩路脈沖寬度調制信號經功率放大后，分別控制左右兩個電機的速度(含電機轉速大小和旋轉方向)，操作者需要左右手協調配合，控制車輛行走，該方法存在操作難度大、不便于車輛控制、操作者需要較長時間的適應訓練等缺陷；另一種方法是采用市售成品模型遙控發射機，它可以將左右操縱桿分別設置為車輛速度控制模式和車輛方向控制模式，經發射機內的計算機運算后，合成出左右電機的兩路控制信號，市售成品模型接收機接收到這兩路信號后經過功率放大，控制車輛的左右電機運轉，這種控制模式由于速度合成功能是在遙控器上完成的，接收機不具備速度合成功能，因而造成使用不靈活、不便于與其它控制計算機接口等缺陷。為克服這些缺陷，對單片機控制的直流有刷電機電子調速器進行了研制。
發明內容
本發明所解決的技術問題是提供一種單片機控制的直流有刷電機電子調速器，它能有效地在接收控制系統之后采集速度、方向脈沖寬度調制信號實現直流有刷電機速度合成功能，可以很方便地與市售成品模型接收機或其它控制計算機接口。
本發明解決其技術問題采用的技術方案是它包括一塊單片機，一套左電機功率放大電路、一套右電機功率放大電路，單片機根據檢測到的速度和方向脈沖寬度調制信號的脈沖寬度值，通過單片機內的程序運算處理產生控制電機電壓的脈沖寬度調制信號和電機旋轉方向控制信號，經過左電機功率放大電路和右電機功率放大電路放大后控制兩路直流有刷電機運轉，所述的速度和方向兩路脈沖寬度調制信號的參數分別是速度信號周期為18mS，正向最高速度時脈寬1.0mS，零速度時脈寬1.5mS，反向最高速度時脈寬2.0mS，方向信號周期為18mS，左轉極限時脈寬1.0mS，直線行走時脈寬1.5mS，右轉極限時脈寬2.0mS，所述的控制電機電壓的脈沖寬度調制信號的頻率為244Hz或977Hz或3900Hz，占空比都為0％-100％。
本發明同背景技術相比所產生的積極效果1、由于本發明采用了速度合成功能，它位于模型接收機或其它控制計算機之后，使履帶式車輛或機器人的電機控制方式更加靈活、簡便。
圖1為本發明的原理方框圖。
圖2為本發明的電氣原理圖。
圖3為軟件主程序方框圖。
圖4為使用本發明聯接關系圖。
具體實施例方式參看附圖1，直流有刷電機電子調速器包括三個部分單片機、左電機功率放大電路和右電機功率放大電路。它的工作流程是速度和方向脈沖寬度調制信號輸入到單片機，單片機先后測量這兩路信號的脈沖寬度值，經過運算處理，單片機輸出控制左、右電機電壓的脈沖寬度調制信號和電機旋轉方向控制信號，信號經過功率放大后驅動左、右電機運轉。
參看附圖2，本發明使用的單片機型號是PIC16F876，主要引腳功能如下1號——單片機復位輸入端；9、10號——晶體振蕩電路，為單片機產生時鐘信號；28號——速度信號輸入端；27號——方向信號輸入端；13號——左電機電壓脈沖寬度調制信號輸出；12號——右電機電壓脈沖寬度調制信號輸出；23號——左電機旋轉方向控制信號；22號——右電機旋轉方向控制信號；12、13號引腳中串聯的發光二極管做電機電壓指示用，脈沖寬度調制信號的占空比越大，電機兩端電壓越高，電機速度越快，發光二極管發光亮度越高。
電路中Q1、Q4三極管做電平轉換；Q2、Q5做左、右電機驅動之用；繼電器K1、K2做左、右電機旋轉方向切換之用，繼電器切換電路具有結構簡單、可靠、過載能力強等優點；在繼電器和電機之間接有電磁干擾抑制電路。
PIC16F876單片機帶有2路可編程CCP模塊，用于產生控制左、右電機的脈沖寬度調制信號。單片機使用4M晶體，則產生控制電機電壓的脈寬調制信號的周期為T＝(PR2+1)*4Tosc*TMR2 μSPR2取值范圍是0-255，取值為255Tosc是單片機的機器周期，使用4M晶體時Tosc＝0.25μS；TMR2是預分頻值可以分別取值為1、4、16通過TMR2的不同取值，產生的電機電壓的脈寬調制信號的頻率分別為3900Hz、977Hz、244Hz，占空比可以做到從0％到100％變化。
電機電壓的脈寬調制信號的脈沖寬度值和兩個電機的旋轉方向值由輸入的速度和方向脈沖寬度值經過程序運算得到。單片機的程序將檢測到的速度和方向脈沖寬度調制信號的脈沖寬度值轉變為0到255數值之間速度正向最高時對應數值為0，停止時對應數值為127，反向最高時對應數值為255。方向為左轉極限時對應數值為0，直線時對應數值為127，右轉極限時對應數值為255。
數據處理程序將轉換后的速度信號分為0-127和128-255兩段，將轉換后的方向信號分為0-63、64-127、128-191、192-255四段。兩段速度信號和四段方向信號形成八種組合，每一種組合對應一個數據處理子程序，都會產生相應的電機脈寬調制信號和旋轉方向信號。
參看附圖3，單片機的軟件主要分為五個部分1、初始化在計算機啟動時，設置單片機各管腳輸入輸出特性、電機電壓的脈寬調制信號的頻率、電機電壓的脈寬調制信號的初始脈沖寬度、電機旋轉方向等參數；2、脈寬設置將運算得到的電機電壓的脈沖寬度數值置入脈沖寬度控制定時器中，輸出的電機脈寬調制信號就得到更新；3、方向脈寬測量采用“軟件查詢法”對輸入的方向信號進行脈沖寬度的測量，測量完畢后將測量值轉化到0到255之間；4、速度脈寬測量采用“軟件查詢法”對輸入的速度信號進行脈沖寬度的測量，測量完畢后將測量值轉化到0到255之間；5、根據實際測量的方向脈寬數值和速度脈寬數值計算出左右電機控制信號的脈寬數值和旋轉方向數值。
以上程序除初始化部分外，循環執行。
參看附圖4，指令發送器可以是其它計算機或市售的成品接收機。它們都可以發出速度和方向脈沖寬度調制信號，其信號周期為18mS，脈寬為1.0-2.0mS(脈沖寬度連續變化)。直流有刷電機電子調速器接收到這兩路控制信號后，經運算產生左右電機的控制信號，再通過功率放大驅動左右電機運轉。
當操作者發出全速前進的操作指令時，這時速度和方向的脈沖寬度調制信號的脈寬分別為1.0mS和1.5mS，通過程序運算得到的兩個電機電壓脈沖寬度調制信號的占空比都是100％，而電機旋轉方向信號都是正向，車輛就全速前進。
當操作者發出全速前進且有一定半徑順時針轉彎的操作指令時，這時速度脈沖寬度調制信號的脈寬為1.0mS而方向脈沖寬度調制信號的脈寬由操作者控制從1.5mS到1.75mS到2.0mS之間變化。單片機采集這兩路輸入信號，經過程序運算得到左電機電壓脈沖寬度調制信號的占空比是100％，方向信號為正轉，右電機電壓脈沖寬度調制信號的占空比是在100％到0％到100％之間變化，而電機旋轉方向信號由方向脈沖寬度值決定當脈沖寬度值在1.5mS到1.75mS之間變化時電機旋轉方向信號是正向，當脈沖寬度值在1.75mS到2.0mS之間變化時電機旋轉方向信號是反向。其它情況與此類似。
下表是車輛在幾個特定指令下的運動情況
通過改變單片機控制軟件中的相關參數，能夠輸出不同頻率的電機電壓脈沖寬度調制信號，當頻率選為244Hz時控制電路發熱較小，但此時電機噪音較大。當頻率選3900Hz時，控制電路發熱較大，但此時電機噪音較小。頻率點的選用需要根據用戶的具體情況來定。
權利要求
1.一種單片機控制的直流有刷電機電子調速器，它包括一塊單片機，一套左電機功率放大電路、一套右電機功率放大電路，其特征在于單片機根據檢測到的速度和方向脈沖寬度調制信號的脈沖寬度值，通過單片機內的程序運算處理產生控制電機電壓的脈沖寬度調制信號和電機旋轉方向控制信號，經過左電機功率放大電路、右電機功率放大電路放大后控制兩路直流有刷電機運轉，所述的速度和方向兩路脈沖寬度調制信號的參數分別是速度信號參數為周期18mS，正向最高速度時脈沖寬度1.0mS，零速度時脈沖寬度1.5mS，反向最高速度時脈沖寬度2.0mS，方向信號參數為周期18mS，左轉極限時脈沖寬度1.0mS，直線行走時脈沖寬度1.5mS，右轉極限時脈沖寬度2.0mS，所述單片機控制的直流有刷電機電子調速器輸出的控制電機電壓的脈沖寬度調制信號的頻率為244Hz或977Hz或3900Hz，占空比都為0％-100％。
全文摘要
一種單片機控制的直流有刷電機電子調速器，它主要適用于控制小型履帶式機器人或小型履帶式車輛行走的直流有刷電機。它包括一塊單片計算機，一套左電機功率放大電路、一套右電機功率放大電路，主要技術特征是單片機根據檢測到的速度和方向脈沖寬度調制信號的脈沖寬度值，通過單片機內的程序運算處理產生控制電機電壓的脈沖寬度調制信號和電機旋轉方向控制信號，經過左電機功率放大電路、右電機功率放大電路放大后控制兩路直流有刷電機運轉。具有能有效地在接收控制系統之后，快速、方便地實現速度合成等特點。
文檔編號H02P7/06GK1921286SQ200510093258
公開日2007年2月28日 申請日期2005年8月23日 優先權日2005年8月23日
發明者尹波 申請人:江南機器(集團)有限公司