基于STC单片机的角度控制_暗记_电机

(西安理工大学 信息技能与装备工程学院，陕西 西安 710048)

：利用STC12系列单片机作为掌握核心，减速电机作为实行机构，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掌握。
经由实验测试，在0°~235°的掌握范围内，最大偏差掌握在±1°，担保了掌握精度和掌握速率；经由实际利用验证了该方案安全、可靠。

：TP215文献标识码：ADOI： 10.19358/j.issn.1674-7720.2017.07.010

引用格式：宁红英，李学平，卢秀，等.基于STC单片机的角度掌握［J］.微型机与运用，2017,36（7）：32-34，38.

0弁言

基金项目：西安理工大学传授教化研究重点项目（xjy1670）当代工业掌握中掌握工具的多样性及繁芜性，掌握系统中各环节的掌握精度、掌握速率的哀求不断提高，对掌握系统的性能提出了更高的哀求。
随着打算机技能的不断发展，旗子暗记处理精度已经普遍能够知足哀求，以是衡量系统性能的利害取决于系统中的检测环节及实行机构。
实行机构从所用能源进行分类，可分为电动实行机构、气动实行机构以及液压实行机构［1］。
掌握系统中，角度对应实行机构的范例输出，本文对电动实行机构进行剖析，以通用STC系列单片机为掌握核心，以单圈电位器作为检测元件，采取PID算法，对实行机构减速电机进行掌握，实现角度的精确掌握［24］。

1掌握系统设计思想

掌握系统构造如图1所示，系统构造为范例的单值闭环掌握系统，紧张由单片机主控系统、驱动系统、实行机构、角度检测及显示等环节构成。

主控系统紧张完成信息处理、电机驱动旗子暗记输出、驱动显示器件等功能，采取主控芯片STC12C5A60S2单片机，此芯片具有高速、低功耗、超强抗滋扰等性能［5］。
驱动系统紧张根据主控系统的输出旗子暗记进行功率放大，驱动后级实行机构，此环节采取专用驱动模块L298N来完成。
实行机构采取减速电机，完成被控工具角度的定位。
角度检测采取变阻式角度传感器实现，紧张完成减速电机迁徙改变角度的准确判断，并将角度转换成电压输出，角度调度范围为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。
显示模块采取LCD1602液晶显示器件，紧张完成设定值以及实时丈量角度的显示。

图2负反馈掌握构造系统事情过程形成范例的负反馈掌握系统，构造如图2所示。
角度传感器与实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，作为反馈旗子暗记，送入到主控系统的A/D转换入口。
主控系统吸收到此旗子暗记之后，与设定值进行比较，得到偏差旗子暗记，掌握系统一方面根据两者偏差调度PWM输出占空比，掌握减速电机的转速，当偏差较大时，减速电机快速迁徙改变，随着偏差的不断减小，电机旋转速率趋于平缓，既担保了系统调度速率，又可以减小实行机构定位时旋转角度的超调；另一方面，主控系统根据偏差旗子暗记的状态，调度减速电机的旋转方向，末了使系统稳定在设定值上。

2实现方案

2.1硬件电路设计

(1）电机驱动电路

掌握旗子暗记由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，必须将输出的掌握旗子暗记输入到电机驱动电路，进行功率放大，再驱动电机事情。
本文中采取驱动芯片L298N布局驱动电路，如图3所示。
驱动芯片中ENA、ENB为使能掌握端，掌握电机的停转，高电平有效；根据设计构造，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，掌握电机的正转、反转、停滞等状态。

(2）电机旋转角度检测

对付电机角度检测，采取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旗子暗记，软件处理过程中对所采集的旗子暗记进行非线性改动，以提高掌握精度。

(3）人机接口

人机接口资源分配如图4所示。
本系统中，人机接口紧张涉及两个问题，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。
参数设定采取键盘输入，设置3个按键，对角度进行“加”、“减”、“确定”功能设定；数据显示采取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

2.2紧张模块软件设计

（1）减速电机驱动

电机驱动软件设计流程如图5所示。
通过将角度传感器输出旗子暗记与设定值进行比较，得到一个偏差旗子暗记，首先根据偏差旗子暗记的状态确定电机的运行状态，当偏差旗子暗记小于0时，掌握电机正转；偏差旗子暗记大于0时，电机反转；偏差旗子暗记即是0时，电机固定在设定位置。
其次在掌握算法中对此偏差旗子暗记进行PID运算，掌握PWM输出占空比，调度电机转速［6］，实现速率的两级掌握，以提高整机的调度效率，减小掌握过程中角度的超调量。

（2）A/D转换

STC12C5A60S2系列单片机自带A/D转换接口，分布在P1口，图6为单片器A/D转换流程图。
图6（a）为A/D转换主流程图，图6（b）为ADC数据处理过程。
数据处理采取求取均匀值的方法［7］，数据处理过程中多次采样，剔除采样结果中最大及最小值，再求取均匀值，以担保采样结果的精确度。

3丈量数据及剖析

系统搭建并调试完成之后，在0°~235°范围内，每隔5°改变一次设定值，对掌握结果进行测试，测试偏差在±1°范围内；在数据测试过程中，每改变一次设定值，系统能够非常迅速地达到新的平衡状态且超调量较小，偏差曲线如图7所示。

4结论

本文紧张论述了掌握系统中对过程变量角度的掌握，依次映射实行机构的掌握过程。
系统采取单片机作为主控芯片，构造紧凑、体积小、集成度高、速率快、抗滋扰能力强、故障率低、操作方便；软件部分采取构造化设计，只要对程序参数稍加改动就可以很快适应新的环境，系统易掩护，集成了数据采集、数据处理、掌握电机运行状态等功能，同时也表示了经典掌握理论在掌握过程中良好的掌握效果。
经由实际测试，角度在0°~235°时，最大偏差可掌握在±1°范围。

参考文献

［1］ 李开元,刘洪运,王卫东,等.基于STC单片机的温控热计费采暖阀门的设计［J］.电子技能运用,2011,37(5):56-59,63.

［2］ 郭天祥.51 单片机C措辞教程 ［M］. 北京 : 电子工业出版社 ,2009.

［3］ 赵新.基于PID算法的PWM单片机的帆板掌握［J］.信息与电脑,2016(7):33-34.

［4］ 赫建立,朱龙英,成磊,等.串联机器人轨迹跟踪掌握模糊自适应PID算法的偏差改动［J］.电子技能运用,2015,41(1):60-63,67.

［5］ 余松科,方方,李婷,等.PWM调速对直流电机运行特性的影响研究［J］.微型机与运用,2015,34(13):28-30,34.

［6］ 史敬灼,刘玉.超声电机大略专家PID速率掌握［J］.中国电机工程学报,2013,33(36):120-125.

［7］ 刘春辉,张颖超,许超,等.自动气候站数据采集器的设计［J］.电子技能运用,2014,40(6):36-38.