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智能家居系统基于ARM的直流电机调速系统的设计与实现

  <>0  弁言

  在智能小车的研究制造开发中,很重要的一部分就是智能小车要能按照周围停滞物的环境自立的调治行驶速率和行驶标的目的。这篇文章中所设计的直流电机调速体系是智能小车的1个重要组成部分,直流电机调速体系主要由S3C44B0X处理器和电机驱动芯片L298N构成,主要功能是驱动小车的两个车轮,调治小车的行驶速,路程经过过程改变两个车轮的转速差调治行驶标的目的。

  
<>1  硬件设计

  由ARM公司设计的接纳RISC架构的ARM处理器机能强,功耗低,体积小,撑持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集,指令执行速率快。今朝ARM系列微处理器在32位RISC镶嵌式产物中已占领75%以上的市场份额。尤以ARM7TDMI系列应用最广,其性价比也是最高。

  1.1  S3C44B0X简介

  S3C44B0X是由Samsung公司推出的基于ARM7TDMI核的16/32位RISC处理器。此款处理器供给了丰富的通用的片上外设,大大减少了体系电路中除处理器以外的元部件配置。S3C44B0X具有6个16位定时器,每个定时器可以按照间断标准样式或DMA标准样式运行。定时器0,1,2,3,4具有PWM功能,定时器5是1个内部定时器。定时器0和1,2和3,4和5分别共享1个8位的预分频器(Prescaler),预分频值的范围为0—255,路程经过过程寄存器TCFG0设定3个预分频器的值;定时器0,1,2,3还各拥有1个具有5个不同分频信号(1/2,1/4,1/8,1/16,1/32)的时钟支解器(Divider),定时器4和5则各具有1个包罗四个分频信号(1/2,1/4,1/8,1/16)的时钟支解器。这6个定时器的支解值路程经过过程寄存器TCFG1设定。

  定时器输入时钟频率=MCLK/Prescaler/Divider。此中MCLK=60MHz是体系的主频。

  1.2   硬件使成为事实

  为提高体系效率、降低功耗,功放驱动电路接纳基于双极型H桥型脉宽调制方式(PWM)的集成电路L298N。L298N是SGS公司的产物,内部包罗二个H桥的高电压大电流桥式驱动器,吸收标准TTL思维规律电一般信件号,可驱动46伏、2安培以下的电机,事情温度范围从-25度到130度。其内部的1个H桥原理图如图1所示。EnA是节制使能端,节制OUTl和OUT2之间电机的停转, IN一、IN2脚接入节制电平,节制OUTl和OUT2之间电机的转向。当使能端EnA有用,IN1为低电平IN2为高电日常平凡,有3个电极的管子2,3导通,1,4为止,电机反转。当IN1和IN2电平相同时,电机停转。
>> sizset="5" sizcache="0">  另1个H桥的事情原理同上。由EnB节制OUT3和OUT4之间电机的停转,按照IN3、IN4脚的输入电平环境节制OUT3和OUT4之间电机的转向。

  由于S3C44B0X本身就带有5个PWM输出口,直接输出节制信号到L298N便可,无需另加电路。体系原理框图如图2所示。体系中选用了事情在间断标准样式下的定时器1和2作为孕育发生PWM的定时器。路程经过过程编程设定I/O口PE4和PE5作为定时器1,2输出PWM的端口,接入L298N的EnA和EnB端口,按照定时器1,2输出的PWM频率分别节制两个直流电机的转速。 PE6设定为输出端口连接IN1并路程经过过程一逆向器连接IN2;一样,PE7也设为输出端口,接入IN3并经1个逆向器接入IN4。路程经过过程接入逆向器,IN1和IN2,IN3和IN4就不会同时处于高电平或低电平,即不会因为IN1和IN2,IN3和IN4电平相同而使电机遏制转一下。电机的遏制操作可以路程经过过程调制电子脉冲宽度为0即占空比为0或者封闭定时器的使能位使成为事实。如许只需一路信号PE6就可节制IN1和IN2的状态,PE7节制IN3和IN4的状态,从而要得体系的节制信号得到减少,在必然水平上简化了体系。为包管L298N驱动芯片正常事情,还要在其与直流电机之间插手四对续流二极管用以将电机中逆向电动势孕育发生的电流分流到地或电源逆向电动势对L298N孕育发生损害。
>> align=center> > sizset="7" sizcache="0">  <>2  体系的软件设计  

  2.1 定时器事情方式

  在S3C44B0X中,每个定时器具有1个倒计时器,路程经过过程定时器时钟源驱动16位倒计时寄存器TCNTn。定时器启动前,要向定时统计缓和冲突区寄存器(TCNTBn)写入1个初始值,这个值在定时器启动时载入到倒计时器TCNTn中。在定时器的比力缓和冲突器寄存器(TCMPBn)中一样也要写入一初始值,运行时用来载入到比力寄存器TCMPn中与倒计时器TCNTn的值比拟力。体系启动时,需要路程经过过程置手动按F5位的方式,将TCMPBn和TCNTBn这两个缓和冲突区的值载入到TCMPn和TCNTn中。TCMPBn和TCNTBn这两个缓和冲突区的应用(即双缓和冲突器)使定时器可以或许在频率和占空比同时变化时,仍然孕育发生1个稳定的输出。一般启动定时器的步骤如次:

  1),将初始值写入到TCNTBn和TCMPBn中。

  2),设置对应定时器的自动重载位

  3),设置对应定时器的手动更新位,逆向器置为off状态.

  4),设置对应定时器的启动位来启动定时器,同时清除手动更新位。

  此时定时器TCNTn开始倒统计,当TCNTn具有与TCMPn相同的值时,TOUTn的思维规律电平由低变高。当统计器TCNTn到达0时将孕育发生定时器间断哀求,通知CPU定时器操作已完成。此时,如果自动重载节制位使能,TCNTBn的值会自动载入到TCNTn寄存器中,并开始下一操作周期。如果路程经过过程清除定时器使能位等方法使定时器遏制,统计值将不会自动重载。

  2.2  调制PWM

  电子脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation—PWM)是指将输出信号的基本周期固定,路程经过过程调整基本周期内事情周期的大小来节制输出功率。对1个定时器来说,其时钟源输入频率一般不变,即TCFG0(定时器预分频值)和TCFG1(定时器支解值)的值设定后就不需改变。如许对PWM供给了1个稳定的时钟源。电机的转速与电机两头的电压成比例,而电机两头的电压与节制波形的占空比成正比,是以电机的速率与占空比成比例,占空比越大,电机转得越快。体系中PWM电子脉冲频率就由TCNTBn决议,PWM电子脉冲宽度值则由TCMPBn的值来决议,而占空比即为TCMPn/TCNTn。如果要使电机转速下降,即得到1个比力低的PWM脉宽输出值,可以减少TCMPBn的值;要使电机转速增长,即得到1个更高的PWM的输出值,可以增长TCMPBn的值。由于双缓和冲突器的特性,下1个PWM周期的TCMPBn值可以路程经过过程ISR(间断服务步伐)或其他手眼在当前PWM周期中低电日常平凡的任何一点儿写入,即在步伐中可以路程经过过程间断重新设定TCMPBn的值来改变电机的转速。缓和冲突区TCMPBn,TCNTBn的值不必然等于这个周期的TCMPn,TCNTn的值,但必然是TCMPn,TCNTn的下1个周期的值。

  2.3  步伐代码

  这篇文章中的应用步伐是在ADS1.2的开发环境下交叉编译后下载到Flash中运行的。步伐代码(以定时器1为例):

  //初始化端口
  void  Init_PortE( )
  {
  rPCONE=0x5a00; //界说I/O口//PE4,PE5,PE6,PE7的//功能
  rPUPE=0xf8; //克制响应位的电阻上拉使能
  }
  //启动A号电机,此电机由定时器1节制
  void  Start_摩托A ( )
  {
  rTCNTB1=摩托_CONT;//给两个缓和冲突器//赋值
  rTCMPB1=摩托_cont;
  rTCON |=(0x01<<11); //定时器1自动重载
  rTCON |=(0x01<<9); //手动按F5置位
  rTCON &= ~ (0x01<<10); //关逆向器
  rTCON |=(0x01<<8); //启动定时器1
  rTCON &= ~ (0x01<<9); //清手动按F5位
  }
  //A电机遏制
  void  Stop_摩托1()
  {
  rTCON &= ~ (0x01<<8); //清定时器1使能位
  }
  //改变电机占空比和转向
  void SetPWM (int valueA, int drct)
  {
  rPDATE=drct; // drct界说PE6口输出高电平还是低电平,节制电机转向
  rTCMPB1=摩托_COUNT*valueA/0x64;//valueA为占空比,亦可设置valueA为0使电机A停//止转一下。
  }
  另一电机的相关设置同上。小车挺进历程中可以同时改变两组PWM的占空比来调治小车的行驶速率;路程经过过程设置两组不同的占空比形成两个车轮的转速差达到改变行驶标的目的的目的。

  在相比较了100Hz,1KHz,10KHz的PWM输出驱动电机的环境发明:当频率为100 Hz时,电机运行呈间隙转一下状态;当频率为10KHz时,电机运行不服稳;当频率为1KHz时,不同占空比下电机运行都很平顺,转速、转向改变迅速。图3是由示波器孕育发生的PWM频率为1KHz,占空比为30%,电机反转环境下的调制波形。

  <>3  结语

  这篇文章中所设PWM的输出频率为1KHZ,所用直流电机是120转/分钟,定额电压为12V(电机外不加其他感性负载)。本课题最终使成为事实的是基于ARM的镶嵌式智能小车体系,而直流电机的PWM调速节制是此中1个重要的子体系。实际证明验明,Samsung公司的16/32位RISC处理器S3C44B0X对调制PWM使成为事实利便,可编程,电机转速、转向的改变迅速,无搁浅,可以很好的为智能小车服务。

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