基于LPC2148的步進(jìn)電機(jī)調(diào)速和測(cè)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2．2 霍爾傳感器的測(cè)速模塊
2.2.1 霍爾效應(yīng)
一塊長(zhǎng)度為l，寬度為b，厚度為d的半導(dǎo)體薄片，當(dāng)它被置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中，如果在其相對(duì)兩邊流通控制電流I，且磁場(chǎng)方向與電流方向正交，則在該半導(dǎo)體另外兩邊將產(chǎn)生一個(gè)與控制電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B乘積成正比的電勢(shì)UH，即UH=KHIB，其中KH為霍爾元件的靈敏度，該電勢(shì)稱(chēng)為霍爾電勢(shì)，該半導(dǎo)體薄片就是霍爾元件，其大小和外磁場(chǎng)及電流成比例。霍爾開(kāi)關(guān)傳感器由于其體積小，無(wú)觸點(diǎn)，動(dòng)態(tài)特性好，使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)物體旋轉(zhuǎn)速度領(lǐng)域。這里選用SPRAGUE公司生產(chǎn)的霍爾轉(zhuǎn)速傳感器，它是一種硅單片集成電路，其內(nèi)部含有穩(wěn)壓電路、霍爾電勢(shì)發(fā)生器、放大器、史密特觸發(fā)器和集電極開(kāi)路輸出電路，具有工作電壓范圍寬、可靠性高、外電路簡(jiǎn)單、輸出電平可與各種數(shù)字電路兼容等特點(diǎn)。
2．2．2 工作原理
霍爾傳感器信號(hào)放大器將霍爾電勢(shì)UH放大后再經(jīng)整形、放大，輸出幅值相等、頻率變化的方波信號(hào)，該霍爾電勢(shì)的幅值隨磁場(chǎng)強(qiáng)度變化而變化。
轉(zhuǎn)速的測(cè)量方法有很多種，根據(jù)脈沖計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量的方法主要有M法(測(cè)頻法)、T法(測(cè)周期法)和MPT法(頻率周期法)。該系統(tǒng)采用M法(測(cè)頻法)，霍爾傳感器的測(cè)速電路，如圖4所示。

2．3 其他電路模塊
2．3．1 電源模塊
電源模塊供電時(shí)先經(jīng)過(guò)二極管VD1，可防止提供極性相反的電源燒壞硬件，并采用SPXlll7M3-3．3型三端穩(wěn)壓器為微控制器、RS232、霍爾傳感器提供電源，同時(shí)也為CAT8llR供電。CAT811R微控制器監(jiān)控電路(3．3 V電壓時(shí)，誤差±5％)用來(lái)監(jiān)控?cái)?shù)字系統(tǒng)的電源，它可以產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)，該信號(hào)在電源電壓低干預(yù)置的閾值時(shí)和電源電壓上升到該閾值后的140 ms內(nèi)有效，K1為手動(dòng)復(fù)位按鍵。
2．3．2 RS232接電電路
RS232接口實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)通信，如：向上位機(jī)(主機(jī))發(fā)送測(cè)量到的數(shù)據(jù)，接收上位機(jī)發(fā)來(lái)的控制指令，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置及校準(zhǔn)操作。與上位機(jī)的通信指令采用不定長(zhǎng)的ASC代碼指令，用不同的信令頭(SOT)代表不同的控制，并有CRC糾錯(cuò)以保證數(shù)據(jù)正確傳輸，信令有統(tǒng)一的結(jié)束碼(EOT)。
2．3．3 LCD顯示電路
采用TCM24064B完成圖形顯示、文本顯示以及圖形與文本混合顯示，內(nèi)置128種5×8點(diǎn)陣的ASCI字符字模庫(kù)CGROM，字符代碼為00H～07 H。對(duì)液晶顯示器的軟件設(shè)計(jì)實(shí)際是對(duì)控制器T6963C的指令操作，T6963C最大的特點(diǎn)是具有獨(dú)特的硬件初始值設(shè)置功能，顯示驅(qū)動(dòng)所需的參數(shù)如占空比、驅(qū)動(dòng)傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)／行及字符的字體都有引腳電平設(shè)置數(shù)，初始化在上電時(shí)已基本完成。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
圖5(a)為步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖，主要實(shí)現(xiàn)接收主控制器的頻率，圖5(a)為測(cè)速系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖，用于實(shí)現(xiàn)采集實(shí)際速度m，并對(duì)比輸人速度n，得到是否有偏差(m-n)，把偏差值通過(guò)A／D轉(zhuǎn)換電路反饋給主控制器，最后通過(guò)PC機(jī)調(diào)整輸出頻率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速的調(diào)整。

4 結(jié)束語(yǔ)
該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用LPC2148為核心控制器，利用步進(jìn)電機(jī)調(diào)速電路和基于霍爾傳感器的測(cè)速電路，大大提高了轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性和精確性，而實(shí)驗(yàn)結(jié)果也驗(yàn)證了轉(zhuǎn)速誤差可控制在±0．2 m／s之內(nèi)。在調(diào)試過(guò)程中需要注意的問(wèn)題是，如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過(guò)程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度上升到所希望的高頻；以及解決驅(qū)動(dòng)器通電以后電機(jī)抖動(dòng)不能轉(zhuǎn)動(dòng)的問(wèn)題，遇到這種情況時(shí)，首先檢查電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器L298的連接是否正確；如果沒(méi)有接錯(cuò)，再檢查輸入頻率是否太高；是否升降頻設(shè)計(jì)不合理；如果以上原因都不是，可能是驅(qū)動(dòng)器被燒毀?；?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/LPC">LPC2148的整個(gè)系統(tǒng)有電壓利用率高，功耗低的特點(diǎn)，并且簡(jiǎn)化了外圍接口電路的設(shè)計(jì)。將采集到的信號(hào)進(jìn)行處理，通過(guò)反饋電路把誤差值傳回主控芯片，進(jìn)一步修正輸出頻率，從而提高了轉(zhuǎn)速精度。