一種基于單片機的低成本電動舵機控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及舵機控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于單片機的低成本電動舵機控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]直流電動舵機被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域中，在自動控制中是不可或缺的重要設(shè)備。為了方便用戶的使用且使得直流電動舵機能夠更好的工作，需要配置舵機控制器來驅(qū)動直流電動舵機。目前直流電動舵機大多使用基于DSP的控制器，基于這種設(shè)計的控制器能夠?qū)χ绷麟妱佣鏅C進行高精度的位置控制，但是成本相對較高，且體積及功耗都較大，在一些簡單應(yīng)用場合下經(jīng)濟性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種基于單片機的低成本電動舵機控制方法，以解決上述【背景技術(shù)】中的缺點。
[0004]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
一種基于單片機的低成本電動舵機控制方法，采用舵機控制器控制直流電動舵機，舵機控制器內(nèi)設(shè)置有嵌入式單片機、PWM放大器、電源模塊、電流放大電路及信號調(diào)理器，PWM放大器、電流放大電路分別與直流電動舵機連接，位置傳感器設(shè)置在直流電動舵機一側(cè)，并與嵌入式單片機連接；嵌入式單片機為主控部件，其采集指令輸入信號(離散量)、位置傳感器的反饋信號(模擬量)和霍爾元件輸出信號(模擬量)，并通過程序?qū)⒉杉男盘栟D(zhuǎn)換為數(shù)字信號作為輸入控制參量，再通過嵌入式單片機內(nèi)的控制律計算，以PWM波和相電流的形式輸出直流電動舵機的驅(qū)動信號，其中PWM波經(jīng)過PWM放大器放大，相電流經(jīng)過電流放大電路放大，之后驅(qū)動直流電動舵機運動，信號調(diào)理器通過霍爾元件與嵌入式單片機、直流電動舵機連接，用于信號調(diào)理；位置傳感器采集直流電動舵機的實時位置并以模擬量的方式反饋至嵌入式單片機，形成位置反饋控制系統(tǒng)，對直流電動舵機進行高精度的位置控制；電源模塊為嵌入式單片機、PWM放大器、位置傳感器供電。
[0005]在本發(fā)明中，嵌入式單片機采用商用型Arduino，該類型單片機具備模擬量(離散量)1/0接口、數(shù)字量I/O接口、PWM信號輸出、RS232串行總線接口等，還可以根據(jù)使用情況增加多種功能模塊。
[0006]在本發(fā)明中，舵機控制器所有接口均使用Arduino的基本接口。
[0007]在本發(fā)明中，指令輸入使用1路模擬量輸入、位置反饋使用1路模擬量輸入、霍爾元件輸出經(jīng)信號調(diào)理后使用3路模擬量輸入、PWM波輸出使用板載PWM輸出接口，相電流使用3路模擬量輸出，程序調(diào)試和燒錄使用RS232串行總線，系統(tǒng)工作狀態(tài)指示可以使用2路模擬量輸出進行編碼顯示。
[0008]在本發(fā)明中，PWM放大器的工作原理是利用輸入的PWM波通控制由M0SFET管構(gòu)成的橋式開關(guān)電路調(diào)制直流電源，以達到輸出PWM功率波的目的。PWM放大器可以采用成品輸出放大板。
[0009]在本發(fā)明中，電源模塊為整個控制系統(tǒng)供電，電源輸出模式有三種，分別為交流7V1800Hz、5V DC和 24V DC。
[0010]有益效果:本發(fā)明通過嵌入式單片機結(jié)合PWM放大器、位置傳感器以及電源模塊共同組成舵機控制器，進一步與直流電動舵機共同構(gòu)成位置反饋控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對直流電動舵機的位置閉環(huán)控制，有效降低了使用成本，且體積及功耗小，經(jīng)濟性高。
【附圖說明】
[0011 ]圖1為本發(fā)明的較佳實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0012]為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。
[0013]一種基于單片機的低成本電動舵機控制方法，參見圖1所示，采用舵機控制器控制直流電動舵機，舵機控制器內(nèi)設(shè)置有嵌入式單片機、PWM放大器、電源模塊、電流放大電路及信號調(diào)理器，PWM放大器、電流放大電路分別與直流電動舵機連接，位置傳感器設(shè)置在直流電動舵機一側(cè)，并與嵌入式單片機連接；嵌入式單片機為主控部件，其采集指令輸入信號(離散量)、位置傳感器的反饋信號(模擬量)和霍爾元件輸出信號(模擬量)，并通過程序?qū)⑿盘栟D(zhuǎn)換為數(shù)字信號作為輸入控制參量，再通過嵌入式單片機內(nèi)的控制律計算，以PWM波和相電流的形式輸出直流電動舵機的驅(qū)動信號，其中PWM波經(jīng)過PWM放大器放大，相電流經(jīng)過電流放大電路放大，之后驅(qū)動直流電動舵機運動，信號調(diào)理器通過霍爾元件與嵌入式單片機、直流電動舵機連接，用于信號調(diào)理；位置傳感器采集直流電動舵機的實時位置并以模擬量的方式反饋至嵌入式單片機，形成位置反饋控制系統(tǒng)，對直流電動舵機進行高精度的位置控制；電源模塊為嵌入式單片機、PWM放大器、位置傳感器供電。
[0014]在本實施例中，嵌入式單片機采用商用型Arduino，該類型單片機具備模擬量(離散量)1/0接口、數(shù)字量I/O接口、PWM信號輸出、RS232串行總線接口等，還可以根據(jù)使用情況增加多種功能模塊。
[0015]在本實施例中，舵機控制器所有接口均使用Arduino的基本接口。
[0016]在本實施例中，指令輸入使用1路模擬量輸入、位置反饋使用1路模擬量輸入、霍爾元件輸出經(jīng)信號調(diào)理后使用3路模擬量輸入、PWM波輸出使用板載PWM輸出接口，相電流使用3路模擬量輸出，程序調(diào)試和燒錄使用RS232串行總線，系統(tǒng)工作狀態(tài)指示可以使用2路模擬量輸出進行編碼顯示。
[0017]在本實施例中，PWM放大器的工作原理是利用輸入的PWM波通控制由M0SFET管構(gòu)成的橋式開關(guān)電路調(diào)制直流電源，以達到輸出PWM功率波的目的。PWM放大器可以采用成品輸出放大板。
[0018]在本實施例中，電源模塊輸出模式有三種，分別為交流7V1800Hz、5V DC和24V DC。
[0019]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【主權(quán)項】
1.一種基于單片機的低成本電動舵機控制方法，其特征在于，采用舵機控制器控制直流電動舵機，舵機控制器內(nèi)設(shè)置有嵌入式單片機、PWM放大器、電源模塊、電流放大電路及信號調(diào)理器，PWM放大器、電流放大電路分別與直流電動舵機連接，位置傳感器設(shè)置在直流電動舵機一側(cè)，并與嵌入式單片機連接，信號調(diào)理器通過霍爾元件與嵌入式單片機、直流電動舵機連接；嵌入式單片機采集指令輸入信號、位置傳感器的反饋信號和霍爾元件輸出信號，并通過程序?qū)⒉杉男盘栟D(zhuǎn)換為數(shù)字信號作為輸入控制參量，再通過嵌入式單片機內(nèi)的控制律計算，以PWM波和相電流的形式輸出直流電動舵機的驅(qū)動信號，其中PWM波經(jīng)過PWM放大器放大，相電流經(jīng)過電流放大電路放大，之后驅(qū)動直流電動舵機運動；位置傳感器采集直流電動舵機的實時位置并以模擬量的方式反饋至嵌入式單片機，形成位置反饋控制系統(tǒng)，對直流電動舵機進行高精度的位置控制；電源模塊為嵌入式單片機、PWM放大器、位置傳感器供電。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單片機的低成本電動舵機控制方法，其特征在于，指令輸入使用1路模擬量輸入、位置反饋使用1路模擬量輸入、霍爾元件輸出經(jīng)信號調(diào)理后使用3路模擬量輸入。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單片機的低成本電動舵機控制方法，其特征在于，PWM波輸出使用板載PWM輸出接口。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單片機的低成本電動舵機控制方法，其特征在于，相電流使用3路模擬量輸出。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單片機的低成本電動舵機控制方法，其特征在于，采用成品輸出放大板代替PWM放大器。
【專利摘要】一種基于單片機的低成本電動舵機控制方法，采用舵機控制器控制直流電動舵機，舵機控制器內(nèi)設(shè)置有嵌入式單片機、PWM放大器、電源模塊、電流放大電路及信號調(diào)理器，PWM放大器、電流放大電路分別與直流電動舵機連接，位置傳感器設(shè)置在直流電動舵機一側(cè)，并與嵌入式單片機連接，嵌入式單片機采集信號，并通過程序?qū)⒉杉男盘栟D(zhuǎn)換為數(shù)字信號作為輸入控制參量，以PWM波和相電流的形式輸出直流電動舵機的驅(qū)動信號驅(qū)動直流電動舵機運動；位置傳感器采集直流電動舵機的實時位置反饋至嵌入式單片機，形成位置反饋控制系統(tǒng)，對直流電動舵機進行高精度的位置控制；有效降低了使用成本，且體積及功耗小，經(jīng)濟性高。
【IPC分類】G05D3/20
【公開號】CN105302168
【申請?zhí)枴緾N201510798311
【發(fā)明人】萬明, 許志林, 劉中劍, 韓占朋, 項國輝, 涂良輝, 楊昆
【申請人】江西洪都航空工業(yè)集團有限責(zé)任公司
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年11月19日