基于MSP430的自控式骨矯形器的設(shè)計與實現(xiàn)
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2.2 骨矯形器系統(tǒng)
2.2.1矯形器機械
矯形器的機械結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖中左端頭(1)和右端頭(11)分別與外部部件依靠螺釘固聯(lián)。左端頭(1)與電機(3)、電機支架(4)和外套筒(7)依靠過盈固聯(lián)在一起，為左端部件。而右端頭(11)與內(nèi)套筒(8)依靠螺紋固聯(lián)在一起，為右端部件。在內(nèi)套筒和外套筒之間有一個導向鍵(6),它可以限制內(nèi)套筒和外套筒之間相互的周向旋轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)在長度方向、行程范圍內(nèi)(100 mm)的自由運動。左端部件和右端部件之間沿長度方向的滑動是靠電機來實現(xiàn)的。電機輸出經(jīng)過減速器減速，電機減速器的輸出軸通過電機薄鍵將中心螺桿(9)帶動旋轉(zhuǎn)，然后中心螺桿通過螺紋推動受到導向鍵周向固定的內(nèi)套筒前進，從而實現(xiàn)整個系統(tǒng)的伸縮。電機的精確控制是整個矯形器系統(tǒng)的核心。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/166532.htm
2.2.2電機驅(qū)動
骨矯形器內(nèi)部精密電機最大可承受電壓為6 V，其驅(qū)動電壓為4 V左右，電壓每下降1 V，電機的轉(zhuǎn)速就下降2 800 r/m，因此電機驅(qū)動電路不僅需要很大的驅(qū)動能力，而且其輸出還需要很高的穩(wěn)定性。
本設(shè)計采用電機專用控制芯片LG9110[4]作為電機的驅(qū)動電路。該芯片是為控制和驅(qū)動電機專門設(shè)計的2通道推挽式功率放大專用集成電路器件，它將分立電路集成在單片IC中，不再需要任何外圍器件, 降低了應用成本，提高了整機可靠性。LG9110具有良好的抗干擾能力和較大的電流驅(qū)動能力，兩個輸出端能直接驅(qū)動電機的正反向運動。電機驅(qū)動電路如圖3所示，LG9110的6腳接正轉(zhuǎn)信號，7腳接反轉(zhuǎn)信號，1腳和4腳之間接精密電機。
2.2.3 參數(shù)反饋
本設(shè)計要求實現(xiàn)對骨矯形器精確控制的同時保持系統(tǒng)低功耗的特性,因此骨矯形器內(nèi)部安裝了ZP系列零功耗磁敏傳感器，該傳感器是一種工作時無需外加電源的新型傳感器，為雙磁極交替觸發(fā)工作方式。轉(zhuǎn)盤安裝在電機轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)盤上固定有小磁鐵，當轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動、小磁鐵經(jīng)過磁敏元件正下方時，磁敏元件產(chǎn)生電信號，電信號通過導線傳給外圍電路，而且電信號幅值與磁場的變化速度無關(guān)。
2.2.4 信號處理
ZP系列傳感器輸出信號電流很小，將信號進行后級放大處理后的輸出脈沖信號通過74HC14進行整形后，送入單片機進行計數(shù)。使用MSP430F169具有定時/捕獲功能的16位定時器A對脈沖計數(shù)，采用外部引腳信號作為定時器A的輸入時鐘源，定時器A的工作模式采用增計數(shù)到CCR0模式。
2.3 鍵盤顯示
為了降低系統(tǒng)功耗、減少占用單片機的I/O口數(shù)目，鍵盤模塊設(shè)計為3×3個按鍵的行列式鍵盤，采用中斷方式進行處理,P2.0~P2.2作為行線，P2.5~P2.7作為列線。只要按鍵被按下，便會觸發(fā)中斷，進入鍵盤處理程序，實現(xiàn)設(shè)定初始位移、目標位移，控制骨矯形器微電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和讀取、保存數(shù)據(jù)等功能。
骨矯形器需要為用戶提供豐富的交互信息，本設(shè)計選用HG1286413單色點陣圖形液晶顯示器作為用戶的交互界面，它最大可顯示4行8列32個字符。P3.0~P3.7作為液晶的數(shù)據(jù)線, P5.4~5.7作為液晶使能、內(nèi)部命令寄存器/顯示存儲器選擇控制和讀寫模式控制位，P5.3為復位信號的控制位。LCD顯示屏為用戶顯示操作提示、工作狀態(tài)、電池欠壓告警等信息。
2.4 電源模塊
電機在正常工作時對電源的干擾很大，為不影響單片機的正常工作，系統(tǒng)選用雙電源供電,采用1個5 V/4.8 Ah鋰電池供電。一組經(jīng)AMS1117轉(zhuǎn)換成3.3 V給單片機及外圍電路供電；另一組經(jīng)紋波極低的DC/CD模塊B0505S-1W實現(xiàn)電壓隔離后給電機供電。
LG9110的驅(qū)動電壓不應低于4 V，否則電機不能正常工作，為此設(shè)計了電壓檢測電路。MSP430F169內(nèi)部的比較器A的反向輸入端P2.4電壓取自分壓電阻,同向輸入端為參考電壓，選用內(nèi)部電壓VCC/2,即1.65 V。當電池電壓低于設(shè)定值4 V時，觸發(fā)比較器A中斷，程序進入低壓服務程序，保存現(xiàn)場數(shù)據(jù)到信息存儲器A、B中，同時提示用戶對電池進行充電。而電壓在4 V~5.0 V之間變動時，電路不會產(chǎn)生誤操作。
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