穆海琴

(國營大眾機(jī)械廠軍品第一研究所，山西 太原 030024)

0 引言

本項目需研發(fā)一種能自動采集穩(wěn)定平臺的偏轉(zhuǎn)角度，實時顯示并模擬對平臺的角度控制的系統(tǒng)。主要應(yīng)用于作業(yè)車輛在野外不同路況執(zhí)行任務(wù)時[1]，通過控制使穩(wěn)定平臺自動調(diào)整保持水平，保證平臺上設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、處理等工作更加準(zhǔn)確。

根據(jù)項目要求系統(tǒng)由供電部分、信號采集部分、控制部分、信號緩沖部分、電機(jī)驅(qū)動部分五部分組成。

1 供電部分電路設(shè)計

本系統(tǒng)采用24 V電源供電，各個模塊的正常工作所需電壓通過相應(yīng)電路產(chǎn)生，具體采用如下方案：采用24 V電壓直接為電機(jī)供電，使其正常工作；將24 V電壓經(jīng)過DC/DC模塊穩(wěn)壓后輸出穩(wěn)定的5 V和12 V,5 V給單片機(jī)和傾角傳感器供電，12 V給電機(jī)驅(qū)動電路供電，電源分配如圖1所示。

圖1 電源分配圖

2 信號采集部分電路設(shè)計

信號采集采用的是瑞豐科技生產(chǎn)的LAC326T雙軸數(shù)字輸出型傾角傳感器，它是RION公司推出的新一代數(shù)字型小體積MEMS傾角傳感器，內(nèi)置加速度計，通過測量靜態(tài)重力加速度，轉(zhuǎn)換成傾角變化。從而可以測量傳感器輸出相對于水平面的傾斜和俯仰角度，它的輸出方式是RS485接口。由于內(nèi)置MCU控制系統(tǒng)[2]，使傳感器輸出線性度得到二次修正，彌補了模擬型的因為修正不夠?qū)е碌木认陆怠?/p>

3 控制部分電路設(shè)計

控制器主要用于傾角傳感器信號的接收和辨認(rèn)，控制伸縮桿的電機(jī)動作，控制顯示傾角角度。本項目選用的是STC15W4K32S4作為主控芯片，單片機(jī)接收從傾角傳感器輸入的邏輯信號和脈沖信號，并將輸入的信號進(jìn)行處理運算，完成各項任務(wù)要求。當(dāng)傳感器檢測到平臺的橫滾和俯仰的傾角時[3]，系統(tǒng)需要將平臺的狀態(tài)及時地以電信號的形式反饋到數(shù)據(jù)處理部分，對數(shù)據(jù)進(jìn)行運算處理，從而產(chǎn)生控制信號對電機(jī)等各單元進(jìn)行控制使平臺保持平衡?？刂骗h(huán)節(jié)如圖2所示。

圖2 控制部分框圖

4 信號緩沖部分電路設(shè)計

緩沖部分采用的是74HC245緩沖芯片，是典型的CMOS型三態(tài)緩沖門電路[4]。由于單片機(jī)或CPU的數(shù)據(jù)/地址/控制總線端口都有一定的負(fù)載能力，如果負(fù)載超過其負(fù)載能力，一般應(yīng)加驅(qū)動器。74HC245是方向可控的八路緩沖器，主要用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)總線的雙向異步通信[5]。

5 電機(jī)驅(qū)動部分電路設(shè)計

由于使用L293或L298等全橋芯片來控制直流電機(jī)時，雖然簡便且成本低廉，但由于它們的內(nèi)阻較大，在控制大電流的馬達(dá)時芯片常常過熱，導(dǎo)致系統(tǒng)的整體效率較低。使用分立元件搭建的H橋，比如橋臂驅(qū)動芯片配合N溝道MOSFET[6]，能夠達(dá)到非常大的負(fù)載電流和非常高的頻率，而且可以更換器件，從而具備更多的可定制性。因此采用IR2104半橋驅(qū)動器和IRF540組成全橋驅(qū)動電路。

6 關(guān)鍵技術(shù)及解決辦法

本設(shè)計中，為了能夠使通信距離傳輸更遠(yuǎn)，提高抗干擾性和抗噪聲性能，傳感器接口采用的是RS485接口，中間通過購買的成品RS485轉(zhuǎn)TTL模塊，才能使采集到的信號傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中，從而進(jìn)行后續(xù)的控制過程。