一種基於單片機控制的自動旋轉餐桌驅動裝置的製作方法

2023-12-12 08:07:17 1

專利名稱：一種基於單片機控制的自動旋轉餐桌驅動裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型發明屬於電子控制領域。涉及一種自動旋轉餐桌的控制驅動裝置，特別是一種基於單片機控制的自動旋轉餐桌裝置。
背景技術：
隨著社會的發展，各種電子控制智能化產品日益走入尋常百姓家。其中自動旋轉的餐桌可以提高餐廳的檔次，也可給進餐者提供方便。為了實現更加人性化的服務，滿足日益提高的用餐需求，需要對餐桌轉盤的轉速進行合理地控制，所以電機減速裝置就變得至關重要。在各類機電系統中，由於步進電機具有瞬間啟動和急速停止的優越特性，同時精度高且轉速容易控制，其應用範圍十分廣泛。隨著電力電子技術的發展，步進電機驅動系統具有開環控制精度高、驅動形式簡單、易於實現數位化控制等特點，在數控系統中得到日益廣泛的應用。但是，步進電機由於受到其本身結構的限制，步距角不可能做的很小。因而，在運行時輸出轉矩明顯波動；在低頻工作時，會產生共振現象；高頻時容易失步，而且電機噪聲較為明顯，這些缺陷都嚴重影響步進電機在這個項目中的應用。由於步進電機的運行性能不僅取決於電機本身的機電性能，而且在很大程度上還取決於其驅動電路的性能。採用PWM細分恆流驅動技術可以大大提高步進電機的步距解析度，減小轉矩波動，避免低頻共振及降低運行噪聲。
發明內容本實用新型的目的在於，提供一種自動旋轉餐桌用電機控制裝置，該裝置採用單片機控制，整個電路結構簡單，可靠性高，操作維護方便，電機的轉速精度可達到較高水平。為了實現上述任務，本實用新型採取如下的技術解決方案一種基於單片機控制的自動旋轉餐桌驅動裝置，其特徵在於，包括和餐桌相連接的三相混合式步進電動機，三相混合式步進電動機連接有驅動器，驅動器上連接有電源，驅動器和脈衝發生控制器相連接。本實用新型的其他一些特點是所述的脈衝發生控制器選用MC9S12DG128B單片機。所述的三相混合式步進電動機的型號為86BYG350BL-0601。所述的步進電動機驅動器的型號為SH-30806。本實用新型的自動旋轉餐桌用電機控制裝置，採用脈衝發生控制器對脈衝頻率和轉速兩個參數進行實時處理，實現了步進電動機的PWM控制，在運行中獲得了良好的低頻特性。由於系統性價比高，結構簡單，具有實用價值和推廣意義。本實用新型的自動旋轉餐桌用電機控制裝置具有以下優點(I)結構簡單，實用性強，體積小，適合中小微型步進電機的控制。(2)微處理器技術先進，性能穩定，可靠性高。( 3 )主電路線路簡單，需要的功率器件少，效率高，功耗低。[0016](4)開關頻率聞，電流容易連續，諧波少，電機損耗小。(5)採用PWM恆流細分驅動電路，整個電路精度高、響應速度快、平穩性好、功率損耗低。(6)系統頻帶覽，動態響應快，抗幹擾能力強。(7)實驗結果表明，本實用新型的自動旋轉餐桌用電機驅動控制電路運行穩定可靠，電機轉速調節響應快，能夠滿足實際需求，有很好的應用前景。

圖I是本實用新型的自動旋轉餐桌用電機控制裝置連接圖； 圖2是驅動器原理圖；圖3是電樞電壓「佔空比」與平均電壓關係以下結合附圖對本實用新型作進一步的詳細說明。
具體實施方式
參見圖1，本實施例給出一種自動旋轉餐桌用電機控制裝置，包括和餐桌相連接的三相混合式步進電動機，三相混合式步進電動機連接有驅動器，驅動器上連接有電源(24V^70V直流電)，驅動器和脈衝發生控制器相連接。三相混合式步進電動機其必須加驅動才可以運轉，驅動信號必須為脈衝信號，沒有脈衝的時候，步進電機靜止，如果加入適當的脈衝信號，就會以一定的角度轉動，轉動的速度和脈衝的頻率成正比。步進電機是以「步」為單位旋轉的，數字特徵比較明顯，控制方便。其過載性好，轉速不受負載大小的影響。步進電機使用時對速度和位置都有嚴格要求。傳統的機械速度和位置控制結構比較複雜，調整困難，使用步進電機後，使得整體結構變得簡單和緊湊。I.總體設計MC9S12DG128B單片機是裝置的核心，利用MC9S12DG128B單片機中的PWM模塊對驅動器進行相應控制，驅動器繼而控制三相混合式電機的旋轉，將三相混合式電機固定在餐桌上，三相混合式電機的旋轉即可實現餐桌的自動旋轉。考慮到對自動旋轉餐桌轉盤的低轉速要求以及普通直流和交流電機的轉速特點，選擇三相混合式步進電機作為動力輸出裝置較為合適。三相混合式步進電機優秀的啟停和反轉響應，較寬的轉速範圍，僅僅將負載直接連接到電機的轉軸上也可以極低的轉速同步旋轉，更重要的是，它易於利用單片機實現精確控制，滿足實際需求。步進電機需要專門的步進電機驅動器才可工作。利用單片機作為電子控制單元產生一個步進脈衝信號，驅動器接收到該信號即可驅動三相混合式步進電動機按設定的方向轉動一個固定的角度(步距角)。MC9S12DG128B單片機可以通過控制脈衝的個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈衝頻率來控制三相混合式電機的轉動速度和轉向，從而達到電機啟停、正反轉以及調速的目的。I. I步進電機選型本實施例中，三相混合式步進電機選用北京和利時電機技術有限公司製造的86BYG350BL-0601型三相混合式步進電機，它是一種將電脈衝信號轉化為角位移或線位移的執行機構。由於三相混合式步進電機不能直接接到工頻交流或直流電源上工作，而必須使用專用的驅動器，該驅動器由脈衝發生控制單元、功率驅動單元和保護單元等組成。驅動器接收到一個來自脈衝發生控制單元的脈衝信號後，驅動三相混合式步進電動機按設定的方向轉動一個固定的角度(步距角)，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。脈衝發生控制單元可以通過控制脈衝的個數來控制角位移，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈衝頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。考慮自動旋轉餐桌轉盤多以較低轉速旋轉，選擇低速轉動特性好且精度高的三相混合式步進電機較為合適。I. 2驅動器選型驅動器選用北京和利時電機技術有限公司製造的驅動器SH-30806，實現三相混合式步進電機的啟停、正反轉和調速，從而使餐桌按照期望的狀態 旋轉。參見圖2，該驅動器SH-30806主要由環形分配器、信號處理器、推動器、驅動級和保護電路等組成。此驅動器SH-30806在各相繞組導通期間用PWM信號去控制繞組得到平均電壓值，使得平均值隨CP脈衝的頻率成線性變化，即步進電機各相繞組承受電源電壓的平均值與PWM信號脈衝寬度成正比。環形分配器接受來自控制器的CP脈衝，並按步進電機狀態轉換表要求的狀態順序產生各相導通與截止的脈衝信號，此CP脈衝還送入信號處理級用以產生最終的PWM信號，同時還接受來自控制器的方向信號，從而決定其輸出的狀態轉換是按正序還是反序，由此決定步進電動機的轉向；信號處理級將來自控制器的CP脈衝送入PWM信號發生器以產生PWM信號，同時將環形分配器輸出信號進行電壓放大和電流放大，再由信號合成電路實現PWM脈衝信號和三相繞組脈衝分配信號的合成，由此即產生各相的PWM信號，並實現了輸出脈衝的寬度隨著CP脈衝的頻率成線性變化；驅動級中包含了推動級，並接入步進電動機的各相繞組，各相的驅動級電路結構相同；保護電路中設置了過流保護環節。SH-30806型號的驅動器採用細分恆流驅動方式。三相混合式步進電機步距角細分驅動的工作原理為，在每次輸入脈衝切換時，不是將繞組電流全部通入或切除，而是只改變相應繞組中額定的一部分，則三相混合式電機轉子的每步運動也只有步距角的一部分。繞組電流按階梯波變化，額定電流是臺階式的投入或切除，電流分成臺階數的個數與轉子轉過一個步距角的轉動次數相同。這樣將一個步距角細分成若干的驅動方式稱為細分驅動。細分驅動的特點是在不改變三相混合式電機結構參數的情況下，使步距角減小，進而使三相混合式步進電機運行平穩，提高勻速性，並能減弱或解決低速振動的問題。I. 3脈衝發生控制器設計本實施例中，脈衝發生控制器電採用MC9S12DG128B型單片機，它是Motorola公司M68HC12系列16位單片機中的一種，其內部結構主要有單片機基本部分和CAN功能塊部分組成，基本結構包括一個中央處理器單元HCS12 (CPU)，2個異步串行通信口 SCI，2個同步串行通信口 SPI，8通道輸入捕捉/輸出比較定時器，I個8通道脈寬調製模塊以及49個獨立數字I/O 口(其中20個具有外部中斷及喚醒功能)，在片內還擁有128KB的Flash ROM,8KB 的 RAM，2KB 的 EEPROM。採用MC9S12DG128B型單片機作為驅動器的脈衝發生控制器，產生與轉速相對應的步進脈衝，並按正確的時序分配給步進電機的各相繞組，使步進電機按正確的方向轉動到正確的位置。通過MC9S12DG128B型單片機直接產生步進脈衝可現實對步進電機的控制，即MC9S12DG128B型單片機與驅動器直接連接，步進脈衝的產生與分配由MC9S12DG128B型單片機直接控制，各相通電方式及功能轉換均可通過改變程序來控制。MC9S12DG128B型單片機中的PWM是通過控制固定電壓的直流電源開關頻率，從而改變負載兩端的電壓，進而達到控制要求的一種電壓調整方法。在PWM驅動控制的調整系統中，按一個固定的頻率來接通和斷開電源，並根據需要改變一個周期內「接通」和「斷開」時間的長短。通過改變直流電機電樞上電壓的「佔空比」來改變平均電壓的大小，從而控制電動機的轉速。因此，PWM又被稱為「開關驅動裝置」。如圖3所示，在脈衝作用下，當電機通電時，速度增加；電機斷電時，速度逐漸減少。只要按一定規律，改變通、斷電的時間，即可讓電機轉速得到控制。設電機始終接通電源時，電機轉速最大為Vmax，設佔空比為D = t/T，則電機的平均速度為Vd = Vfflax^D (I)式中，Vd——電機的平均速度；Vmax-電機全通電時的速度(最大)；D = t/T-佔空比。由公式(I)可見，當改變佔空比D = t/T時，就可以得到不同的電機平均速度，從而達到調速的目的。嚴格地講，平均速度與佔空比D並不是嚴格的線性關係，在一般的應用中，可以將其近似地看成線性關係。MC9S12DG128B單片機需實現以下控制任務(I)通過脈衝分配實現步進電機轉向的控制SH-30806型號的驅動器的輸入信號共有二路，它們是步進脈衝信號CP、方向電平信號DIR，單片機通過Pl 口引腳PI.0、P1. I發出步進脈衝信號、方向電平信號控制信號。在向驅動器發出步進脈衝信號時，只需按工作頻率將Pl. O引腳電平置高和置低即可，這樣單片機就可以控制步進電機工作。Pl. I引腳為高電平時，步進電機順時針旋轉；P1. I引腳低電平時步進電機逆時針旋轉。採用脈衝分配器，MC9S12DG128B單片機只需提供步進脈衝，進行轉速控制和轉向控制，脈衝分配控制由脈衝分配器完成。(2)通過調節脈衝頻率實現步進電機轉速的控制三相混合式步進電機的速度控制是通過控制MC9S12DG128B型單片機發出的步進脈衝頻率來實現的。在中斷服務子程序中進行脈衝輸出操作，調整定時器的定時常數即可改變步進脈衝的頻率，進而改變步進電機的轉速實現調速。用單片機對步進電機進行加減速控制，實際上就是改變輸出時鐘脈衝的時間間隔。升速時使脈衝串逐漸加密、減速時逐漸稀疏單片機採用定時中斷方式控制電機變速實際上就是不斷改變定時器裝載值的大小。為了減少每步計算裝載值的時間，系統設計時可以把各離散點的速度所需的裝載值固化在系統的EPROM中，系統運行時用查表法查出所需的裝載值，以提高系統響應速度。本實用新型的基於單片機控制的自動旋轉餐桌驅動裝置，由於採用MC9S12DG 128B單片機作為脈衝發生控制器，可以對三相混合式電機的轉速和轉動方向進行精確的控制，實現三相混合式電機的啟停、正反轉、調速等操作。本實用新型的基於單片機控制的自動旋轉餐桌驅動裝置，具有以下特點(I)以Freescale公司生產的MC9S12DG128B單片機作為脈衝發生控制器，以86BYG350BL-0601型三相混合式步進電機為載體，由於Freescale公司在車用單片機控制領域的市場佔有份額較大，產品質量相對較好，採購更換容易方便。(2)結構簡單，實用性強，體積小，可方便地實現自動旋轉餐桌用電機的調速功能。(3)微處理器技術先進，性能穩定，可靠性高，技術優先。(4)該控制 驅動電路能夠滿足各種步進電機需求，並具有快速、精確、聞效、低功耗。
權利要求1.一種基於單片機控制的自動旋轉餐桌驅動裝置，其特徵在於，包括和餐桌相連接的三相混合式步進電動機，該三相混合式步進電動機連接有驅動器，驅動器上連接有電源，驅動器和脈衝發生控制器相連接。
2.如權利要求I所述的基於單片機控制的自動旋轉餐桌驅動裝置，其特徵在於，所述的脈衝發生控制器選用MC9S12DG128B單片機。
3.如權利要求I所述的基於單片機控制的自動旋轉餐桌驅動裝置，其特徵在於，所述的三相混合式步進電動機的型號為86BYG350BL-0601。
4.如權利要求I所述的基於單片機控制的自動旋轉餐桌驅動裝置，其特徵在於，所述的驅動器的型號為SH-30806。
專利摘要本實用新型公開了一種基於單片機控制的自動旋轉餐桌驅動裝置，其特徵在於，包括和餐桌相連接的三相混合式步進電動機，該三相混合式步進電動機連接有驅動器，驅動器上連接有電源，驅動器和脈衝發生控制器相連接。當驅動器接收到一個來自脈衝發生控制單元的脈衝信號，它就驅動三相混合式步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度(步距角)。脈衝發生控制單元可通過控制脈衝的個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈衝頻率來控制電機的轉動速度和轉向，從而達到電機啟動、調速、制動以及正轉和反轉的目的。
文檔編號H02P8/14GK202586855SQ20122023644
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月24日 優先權日2012年5月24日
發明者趙軒, 劉強, 曹紅, 劉瑞 申請人:長安大學