移动控制电路设计

刘静

摘 要：该论文的控制电路设计通过采用C8051F系列芯片，设计了一个直流电机的通用控制器，驱动电路采用了美国国家半导体公司生产的LMD18245芯片，我们考虑了电机的转速和控制处理芯片的性能，发现使用硬件分频能够获得较好的速度控制效果，且电路结构也并不复杂，原理清晰，决定使用硬件分频的方式处理反馈信号。

关键词：控制电路  反馈  脉宽调制（PWM）

中图分类号：TP303 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（a）-0041-02

1 控制器的设计结构

该设计考虑到小车移动控制的需要，以及在以后可以采用无线遥控，故采用主从控制结构，如图1所示。

1.1 控制芯片的选择

C8051Fxxx系列器件使用Cygnal的专利CIP-51微控制器内核。经过性能比较，以及电机控制精度对芯片的需要，最终选定Cygnal公司的8位单片机C8051F0XX系列作为控制芯片。

1.2 驱动芯片的选择

对直流电机的正反转的控制我们采用了一种典型的电机控制电路。如图2所示。三极管Q1、Q4导通而Q2、Q3关断时，将会有电流从电机的左端流向右端，电机将会转动。当三极管Q2和Q3导通而Q1、Q4关断时，电流将会从电机的右端流入，从左端流出。电流方向跟刚才的相反了，所以电机的转动方向跟刚才相反。当Q1和Q2或Q3和Q4同时导通时，电机就不转动。

1.3 电机控制系统硬件设计

整个硬件接口电路的结构如图3所示。

1.3.1 控制电路设计

控制电路的设计首先需要根据电路对控制芯片C8051F005进行引脚分配。CygnalC8051F005每个端口I/O引脚都可以被配置为推挽或漏极开路输出。在标准8051中固定的“弱上拉”可以被禁止，这为低功耗应用提供了进一步节电的能力。

因为电机的工作电压是24 V，且在工作的过程中容易产生电磁干扰，单片机系统对驱动芯片的控制信号需要通过光耦合电路传输。故采用光电耦合元件传递开关信号，本设计采用TOSHIBA的光电耦合器TLP521-4传递开关信号。

1.3.2 驱动电路设计

设计采用LMD18245芯片驱动电机，由于电机电流的跳变或换向经常出现，因此电源线上也经常会出现尖峰电压或浪涌电流。在电路实际设计中，常采用在芯片的电源端并联高频陶瓷滤波电容及大容量铝电解电容的方法消除尖峰脉冲及浪涌电流。通常陶瓷电容的容值设定为1μF左右;铝电解电容的大小设置为每安培负载电流100μF左右。

1.3.3 电源及其监控电路

由于需要对单片机控制电路和电机驱动电路分别供给5V、3V和24电源，而我们决定使用的是24V蓄电池，因此必须通过转换电路获得5V电源。+24V变为+5V，电源电路设计原理图4和电源的监控电路见图5。

在输入端需要并联两个4700 u和0.1 u的电容，4700 u的电容起到抗干扰，防电压冲击作用;0.1 u电容起到滤波作用;5V输出端并联一个100 u电容起到抗干扰和防止冲击电压的作用。为了防止电流过大烧坏DC-DC模块，在电路输入输出端都加装两个2A的保险丝。

通过同时调节两个变阻器，可使到当电源电压大于24 V时，比较器U_JKB的反相输入电压比正相输入电压的值小，比较器输出为高电平，监控灯亮;当电源电压小于24 V时，比较器的反相输入电压比正相输入电压的值要大，比较器输出为低电平，监控灯不亮。

2 结语

该论文在进行大量移动机构和控制器设计调研的基础上移动机构，该机构使用的电机数量少，转向灵活，整体结构可以在三个平面内活动使得其对地形的适应能力相应提高，就移动机构的地形适应性和相应的控制器的设计进行了研究，在该控制器的设计中，还存在着诸多不足之处和可以继续研究的地方，

参考文献

[1] 彭鸿才.电机原理及拖动[M].北京：机械工业出版社，1994.

[2] 陈传硕，田丽华.PID控制参数的整定方法[J].长春邮电学院学报，1994，12（l）：9-16.

[3] 陶永华，尹怡欣，葛芦生新型PID控制及应用[M].北京：机械工业出版社，2000.

[4] http：//www.xhl.com.cn/.

[5] http：//www.eetchina.com/.endprint

摘 要：该论文的控制电路设计通过采用C8051F系列芯片，设计了一个直流电机的通用控制器，驱动电路采用了美国国家半导体公司生产的LMD18245芯片，我们考虑了电机的转速和控制处理芯片的性能，发现使用硬件分频能够获得较好的速度控制效果，且电路结构也并不复杂，原理清晰，决定使用硬件分频的方式处理反馈信号。

关键词：控制电路  反馈  脉宽调制（PWM）

中图分类号：TP303 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（a）-0041-02

1 控制器的设计结构

该设计考虑到小车移动控制的需要，以及在以后可以采用无线遥控，故采用主从控制结构，如图1所示。

1.1 控制芯片的选择

C8051Fxxx系列器件使用Cygnal的专利CIP-51微控制器内核。经过性能比较，以及电机控制精度对芯片的需要，最终选定Cygnal公司的8位单片机C8051F0XX系列作为控制芯片。

1.2 驱动芯片的选择

对直流电机的正反转的控制我们采用了一种典型的电机控制电路。如图2所示。三极管Q1、Q4导通而Q2、Q3关断时，将会有电流从电机的左端流向右端，电机将会转动。当三极管Q2和Q3导通而Q1、Q4关断时，电流将会从电机的右端流入，从左端流出。电流方向跟刚才的相反了，所以电机的转动方向跟刚才相反。当Q1和Q2或Q3和Q4同时导通时，电机就不转动。

1.3 电机控制系统硬件设计

整个硬件接口电路的结构如图3所示。

1.3.1 控制电路设计

控制电路的设计首先需要根据电路对控制芯片C8051F005进行引脚分配。CygnalC8051F005每个端口I/O引脚都可以被配置为推挽或漏极开路输出。在标准8051中固定的“弱上拉”可以被禁止，这为低功耗应用提供了进一步节电的能力。

因为电机的工作电压是24 V，且在工作的过程中容易产生电磁干扰，单片机系统对驱动芯片的控制信号需要通过光耦合电路传输。故采用光电耦合元件传递开关信号，本设计采用TOSHIBA的光电耦合器TLP521-4传递开关信号。

1.3.2 驱动电路设计

设计采用LMD18245芯片驱动电机，由于电机电流的跳变或换向经常出现，因此电源线上也经常会出现尖峰电压或浪涌电流。在电路实际设计中，常采用在芯片的电源端并联高频陶瓷滤波电容及大容量铝电解电容的方法消除尖峰脉冲及浪涌电流。通常陶瓷电容的容值设定为1μF左右;铝电解电容的大小设置为每安培负载电流100μF左右。

1.3.3 电源及其监控电路

由于需要对单片机控制电路和电机驱动电路分别供给5V、3V和24电源，而我们决定使用的是24V蓄电池，因此必须通过转换电路获得5V电源。+24V变为+5V，电源电路设计原理图4和电源的监控电路见图5。

在输入端需要并联两个4700 u和0.1 u的电容，4700 u的电容起到抗干扰，防电压冲击作用;0.1 u电容起到滤波作用;5V输出端并联一个100 u电容起到抗干扰和防止冲击电压的作用。为了防止电流过大烧坏DC-DC模块，在电路输入输出端都加装两个2A的保险丝。

通过同时调节两个变阻器，可使到当电源电压大于24 V时，比较器U_JKB的反相输入电压比正相输入电压的值小，比较器输出为高电平，监控灯亮;当电源电压小于24 V时，比较器的反相输入电压比正相输入电压的值要大，比较器输出为低电平，监控灯不亮。

2 结语

该论文在进行大量移动机构和控制器设计调研的基础上移动机构，该机构使用的电机数量少，转向灵活，整体结构可以在三个平面内活动使得其对地形的适应能力相应提高，就移动机构的地形适应性和相应的控制器的设计进行了研究，在该控制器的设计中，还存在着诸多不足之处和可以继续研究的地方，

参考文献

[1] 彭鸿才.电机原理及拖动[M].北京：机械工业出版社，1994.

[2] 陈传硕，田丽华.PID控制参数的整定方法[J].长春邮电学院学报，1994，12（l）：9-16.

[3] 陶永华，尹怡欣，葛芦生新型PID控制及应用[M].北京：机械工业出版社，2000.

[4] http：//www.xhl.com.cn/.

[5] http：//www.eetchina.com/.endprint

摘 要：该论文的控制电路设计通过采用C8051F系列芯片，设计了一个直流电机的通用控制器，驱动电路采用了美国国家半导体公司生产的LMD18245芯片，我们考虑了电机的转速和控制处理芯片的性能，发现使用硬件分频能够获得较好的速度控制效果，且电路结构也并不复杂，原理清晰，决定使用硬件分频的方式处理反馈信号。

关键词：控制电路  反馈  脉宽调制（PWM）

中图分类号：TP303 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（a）-0041-02

1 控制器的设计结构

该设计考虑到小车移动控制的需要，以及在以后可以采用无线遥控，故采用主从控制结构，如图1所示。

1.1 控制芯片的选择

C8051Fxxx系列器件使用Cygnal的专利CIP-51微控制器内核。经过性能比较，以及电机控制精度对芯片的需要，最终选定Cygnal公司的8位单片机C8051F0XX系列作为控制芯片。

1.2 驱动芯片的选择

对直流电机的正反转的控制我们采用了一种典型的电机控制电路。如图2所示。三极管Q1、Q4导通而Q2、Q3关断时，将会有电流从电机的左端流向右端，电机将会转动。当三极管Q2和Q3导通而Q1、Q4关断时，电流将会从电机的右端流入，从左端流出。电流方向跟刚才的相反了，所以电机的转动方向跟刚才相反。当Q1和Q2或Q3和Q4同时导通时，电机就不转动。

1.3 电机控制系统硬件设计

整个硬件接口电路的结构如图3所示。

1.3.1 控制电路设计

控制电路的设计首先需要根据电路对控制芯片C8051F005进行引脚分配。CygnalC8051F005每个端口I/O引脚都可以被配置为推挽或漏极开路输出。在标准8051中固定的“弱上拉”可以被禁止，这为低功耗应用提供了进一步节电的能力。

因为电机的工作电压是24 V，且在工作的过程中容易产生电磁干扰，单片机系统对驱动芯片的控制信号需要通过光耦合电路传输。故采用光电耦合元件传递开关信号，本设计采用TOSHIBA的光电耦合器TLP521-4传递开关信号。

1.3.2 驱动电路设计

设计采用LMD18245芯片驱动电机，由于电机电流的跳变或换向经常出现，因此电源线上也经常会出现尖峰电压或浪涌电流。在电路实际设计中，常采用在芯片的电源端并联高频陶瓷滤波电容及大容量铝电解电容的方法消除尖峰脉冲及浪涌电流。通常陶瓷电容的容值设定为1μF左右;铝电解电容的大小设置为每安培负载电流100μF左右。

1.3.3 电源及其监控电路

由于需要对单片机控制电路和电机驱动电路分别供给5V、3V和24电源，而我们决定使用的是24V蓄电池，因此必须通过转换电路获得5V电源。+24V变为+5V，电源电路设计原理图4和电源的监控电路见图5。

在输入端需要并联两个4700 u和0.1 u的电容，4700 u的电容起到抗干扰，防电压冲击作用;0.1 u电容起到滤波作用;5V输出端并联一个100 u电容起到抗干扰和防止冲击电压的作用。为了防止电流过大烧坏DC-DC模块，在电路输入输出端都加装两个2A的保险丝。

通过同时调节两个变阻器，可使到当电源电压大于24 V时，比较器U_JKB的反相输入电压比正相输入电压的值小，比较器输出为高电平，监控灯亮;当电源电压小于24 V时，比较器的反相输入电压比正相输入电压的值要大，比较器输出为低电平，监控灯不亮。

2 结语

该论文在进行大量移动机构和控制器设计调研的基础上移动机构，该机构使用的电机数量少，转向灵活，整体结构可以在三个平面内活动使得其对地形的适应能力相应提高，就移动机构的地形适应性和相应的控制器的设计进行了研究，在该控制器的设计中，还存在着诸多不足之处和可以继续研究的地方，

参考文献

[1] 彭鸿才.电机原理及拖动[M].北京：机械工业出版社，1994.

[2] 陈传硕，田丽华.PID控制参数的整定方法[J].长春邮电学院学报，1994，12（l）：9-16.

[3] 陶永华，尹怡欣，葛芦生新型PID控制及应用[M].北京：机械工业出版社，2000.

[4] http：//www.xhl.com.cn/.

[5] http：//www.eetchina.com/.endprint