黨兆泉

(山東中興電動工具有限公司,山東濟南 250014)

嵌入式單片機在電動工具中的應(yīng)用

黨兆泉

(山東中興電動工具有限公司,山東濟南 250014)

隨著我國經(jīng)濟水平的不斷提高,電動工具行業(yè)也取得了飛速發(fā)展,最初的電動工具自身自動化水平比較低,智能化程度不高。但是隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展,基于單片機的智能控制單元越來越多的應(yīng)用到了電動工具中來,并且極大的提高了電動工具的智能化水平,。本文主要對嵌入式單片機在電動工具中的應(yīng)用做了詳細分析與探討。

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1 引言

對于嵌入式技術(shù)來講,他是一個外延非常廣泛的名詞,通俗來說我們可以將所有具有嵌入式特點的控制系統(tǒng)全部稱作嵌入式系統(tǒng)。當(dāng)今我們所討論的嵌入式系統(tǒng)多是指自身具有操作系統(tǒng)的嵌入式技術(shù)。對于嵌入式系統(tǒng)來講,自身主要由四個部分組成,分別為中央處理單元、存儲單元、輸入輸出設(shè)備以及相應(yīng)的軟件系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)由于其在體積質(zhì)量和控制性能上具有明顯的優(yōu)勢,它被廣泛的應(yīng)用到了電動工具行業(yè)中來。眾所周知,電機是所有電動工具的核心,對于電機的控制也是影響電動工具性能好壞的一項重要內(nèi)容,隨著嵌入式單片機技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用,使得對電機的控制更加簡單可靠,并且能夠優(yōu)化電動機的工作性能。另外,電源部分也是便攜式電動工具的一個至關(guān)重要的組成部分,基于嵌入式單片機的電源管理系統(tǒng)也是當(dāng)今嵌入式單片機一個比較熱門的應(yīng)用領(lǐng)域。

2 嵌入式單片機技術(shù)分析

嵌入式單片機技術(shù)是一種基于單片機的執(zhí)行特定功能的計算機控制系統(tǒng)。一個嵌入式系統(tǒng)主要包括計算機控制系統(tǒng)以及執(zhí)行裝置兩大部分。對于執(zhí)行裝置來講,他是在計算機控制系統(tǒng)的控制下進行特定操作的裝置,執(zhí)行裝置種類很多,有很簡單的執(zhí)行裝置,也有集成多種電機以及相關(guān)傳感器的復(fù)雜裝置。計算機控制系統(tǒng)是整個嵌入式系統(tǒng)的核心部分,它主要由三大部分組成,分別為硬件層、中間層和軟件層。下面我們主要對這三部分進行分析介紹。

2.1 硬件層

該層主要由中央處理器、存儲器以及輸入輸出接口等硬件組成,并且與相關(guān)的電源芯片連接構(gòu)成了整個嵌入式系統(tǒng)的控制核心,整個系統(tǒng)的程序以及相關(guān)操作系統(tǒng)都被寫入到該層的只讀存儲器當(dāng)中。

2.2 中間層

中間層通常也被叫做硬件抽象層,它介于硬件層以及軟件層中間,由此實現(xiàn)將兩個層分離,從而使系統(tǒng)的硬件與自身的底層驅(qū)動程序沒有任何關(guān)系。當(dāng)開發(fā)者進行程序開發(fā)時,可以在不考慮底層程序的情況下直接對處理器進行編程。中間層實際上是軟件層的一種,但是它不是真正意義上的軟件層,其自身與硬件層具有十分緊密的聯(lián)系,該層中包含了關(guān)于硬件初始化以及功能配置等程序,操作者在對單片機進行編程時實際修改的是該層的程序。對于中間層的設(shè)計主要包括兩大部分,首先是硬件初始化程序,其次是設(shè)計相關(guān)的硬件驅(qū)動程序。

2.3 軟件層

對于軟件層來講,它為嵌入式開發(fā)者提供了軟件基礎(chǔ)以及相關(guān)的開發(fā)平臺,它主要由多任務(wù)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、圖形用戶接口以及文件系統(tǒng)等組成。

3 嵌入式單片機在電動工具中的應(yīng)用

對于電動工具來講,電動機是其自身工作的核心部分,早先對于電動機的控制主要是通過模擬器件的簡單控制。然而隨著數(shù)字控制技術(shù)特別是嵌入式單片機技術(shù)應(yīng)用到電機控制領(lǐng)域,使得電動工具自身在工作性能上得到了十分顯著的提升。另外,隨著便攜式移動設(shè)備的不斷發(fā)展,電池電源也成為制約便攜式電動工具應(yīng)用的一個瓶頸,所以基于嵌入式單片機技術(shù)的電池管理系統(tǒng)也是當(dāng)今研究的一個熱點。下面針對這兩方面做以深入分析。

3.1 嵌入式單片機在電動機控制的應(yīng)用

由于當(dāng)今電動工具有趨向于充電式電動工具的傾向,因此我們主要討論基于嵌入式單片機技術(shù)的直流電機控制,并給出了一個具體的實施方案。

對于小功率直流電機來講,單片機主要采用脈寬調(diào)制技術(shù)來對電動機的轉(zhuǎn)速進行控制,所謂的脈寬調(diào)制技術(shù)就是改變電源的接通時間與通電時間的比例來實現(xiàn)的。通過脈寬調(diào)制技術(shù)來對電動機的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)。

本方案單片機采用的是89C51系列單片機,該種單片機廣泛應(yīng)用于當(dāng)今的工業(yè)控制中。DAC0832芯片是由一個八位D/A轉(zhuǎn)換單元以及兩個八位寄存器組成,本方案通過利用兩個寄存器來加大的簡化硬件接口電路的復(fù)雜度。本方案利用霍爾元件以及相關(guān)測速模塊來對電機的轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換成電信號,并傳送給單片機,單片機通過特定程序來對電信號進行處理,并且將執(zhí)行信號傳輸給DAC0832以此實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的控制。

上述控制方案是當(dāng)今直流電機控制領(lǐng)域比較常用的一種控制方式,該種方案在控制性能、信號處理速度以及成本方面都具有相當(dāng)明顯的優(yōu)勢,能夠滿足絕大部分電動工具的要求。

3.2 嵌入式單片機在電源管理中的應(yīng)用

當(dāng)今便攜式電動工具應(yīng)用越來越廣泛,而自身電源電能成為其自身發(fā)展應(yīng)用的一個關(guān)鍵瓶頸。采用嵌入式單片機技術(shù)的電池管理系統(tǒng)將電源運行狀態(tài)進行合理劃分,通過分析電源的使用情況來對電源進行管理。例如,對于當(dāng)今發(fā)展迅速的直流充電電動工具來講,嵌入式技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到了其自身的電池管理系統(tǒng)中,對于電動汽車的電池管理系統(tǒng),他是集電池組數(shù)據(jù)采集、充電保護和狀態(tài)估計于一體的嵌入式系統(tǒng),其中對電池的電流電壓以及溫度信號的采集與處理、對電池充放電的控制都采用了嵌入式單片機技術(shù),以此實現(xiàn)其智能控制。

4 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展,電動工具也受到了越來越廣泛的使用,這也對電動工具自身的性能提出了越來越高的要求。當(dāng)今嵌入式單片機技術(shù)被廣泛的應(yīng)用到了電動工具控制系統(tǒng)中,小到對電動工具的控制大到對電動汽車電源系統(tǒng)的控制,嵌入式單片機技術(shù)都發(fā)揮著無可替代的作用。當(dāng)然,對于某些特定應(yīng)用領(lǐng)域,我們對嵌入式單片機的應(yīng)用還不夠成熟,需要我們不斷努力來提高其應(yīng)用效果。

[1]張毅剛,彭喜元.單片機原理與應(yīng)用設(shè)計[M].北京:北京市海淀區(qū)四季青印刷廠,2010.

[2]張毅剛.新編MCS-51單片機運用設(shè)計.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2003.

[3]周立功.直流電機原理與驅(qū)動[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2008.1.