嵌入式单片机在电动工具中的应用

党兆泉

(山东中兴电动工具有限公司,山东济南 250014)

嵌入式单片机在电动工具中的应用

党兆泉

(山东中兴电动工具有限公司,山东济南 250014)

随着我国经济水平的不断提高,电动工具行业也取得了飞速发展,最初的电动工具自身自动化水平比较低,智能化程度不高。但是随着嵌入式技术的发展,基于单片机的智能控制单元越来越多的应用到了电动工具中来,并且极大的提高了电动工具的智能化水平,。本文主要对嵌入式单片机在电动工具中的应用做了详细分析与探讨。

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1 引言

对于嵌入式技术来讲,他是一个外延非常广泛的名词,通俗来说我们可以将所有具有嵌入式特点的控制系统全部称作嵌入式系统。当今我们所讨论的嵌入式系统多是指自身具有操作系统的嵌入式技术。对于嵌入式系统来讲,自身主要由四个部分组成,分别为中央处理单元、存储单元、输入输出设备以及相应的软件系统。嵌入式系统由于其在体积质量和控制性能上具有明显的优势,它被广泛的应用到了电动工具行业中来。众所周知,电机是所有电动工具的核心,对于电机的控制也是影响电动工具性能好坏的一项重要内容,随着嵌入式单片机技术的不断发展和应用,使得对电机的控制更加简单可靠,并且能够优化电动机的工作性能。另外,电源部分也是便携式电动工具的一个至关重要的组成部分,基于嵌入式单片机的电源管理系统也是当今嵌入式单片机一个比较热门的应用领域。

2 嵌入式单片机技术分析

嵌入式单片机技术是一种基于单片机的执行特定功能的计算机控制系统。一个嵌入式系统主要包括计算机控制系统以及执行装置两大部分。对于执行装置来讲,他是在计算机控制系统的控制下进行特定操作的装置,执行装置种类很多,有很简单的执行装置,也有集成多种电机以及相关传感器的复杂装置。计算机控制系统是整个嵌入式系统的核心部分,它主要由三大部分组成,分别为硬件层、中间层和软件层。下面我们主要对这三部分进行分析介绍。

2.1 硬件层

该层主要由中央处理器、存储器以及输入输出接口等硬件组成,并且与相关的电源芯片连接构成了整个嵌入式系统的控制核心,整个系统的程序以及相关操作系统都被写入到该层的只读存储器当中。

2.2 中间层

中间层通常也被叫做硬件抽象层,它介于硬件层以及软件层中间,由此实现将两个层分离,从而使系统的硬件与自身的底层驱动程序没有任何关系。当开发者进行程序开发时,可以在不考虑底层程序的情况下直接对处理器进行编程。中间层实际上是软件层的一种,但是它不是真正意义上的软件层,其自身与硬件层具有十分紧密的联系,该层中包含了关于硬件初始化以及功能配置等程序,操作者在对单片机进行编程时实际修改的是该层的程序。对于中间层的设计主要包括两大部分,首先是硬件初始化程序,其次是设计相关的硬件驱动程序。

2.3 软件层

对于软件层来讲,它为嵌入式开发者提供了软件基础以及相关的开发平台,它主要由多任务操作系统、网络系统、图形用户接口以及文件系统等组成。

3 嵌入式单片机在电动工具中的应用

对于电动工具来讲,电动机是其自身工作的核心部分,早先对于电动机的控制主要是通过模拟器件的简单控制。然而随着数字控制技术特别是嵌入式单片机技术应用到电机控制领域,使得电动工具自身在工作性能上得到了十分显著的提升。另外,随着便携式移动设备的不断发展,电池电源也成为制约便携式电动工具应用的一个瓶颈,所以基于嵌入式单片机技术的电池管理系统也是当今研究的一个热点。下面针对这两方面做以深入分析。

3.1 嵌入式单片机在电动机控制的应用

由于当今电动工具有趋向于充电式电动工具的倾向,因此我们主要讨论基于嵌入式单片机技术的直流电机控制,并给出了一个具体的实施方案。

对于小功率直流电机来讲,单片机主要采用脉宽调制技术来对电动机的转速进行控制,所谓的脉宽调制技术就是改变电源的接通时间与通电时间的比例来实现的。通过脉宽调制技术来对电动机的转速进行调节。

本方案单片机采用的是89C51系列单片机,该种单片机广泛应用于当今的工业控制中。DAC0832芯片是由一个八位D/A转换单元以及两个八位寄存器组成,本方案通过利用两个寄存器来加大的简化硬件接口电路的复杂度。本方案利用霍尔元件以及相关测速模块来对电机的转速信号转换成电信号,并传送给单片机,单片机通过特定程序来对电信号进行处理,并且将执行信号传输给DAC0832以此实现对电机转速的控制。

上述控制方案是当今直流电机控制领域比较常用的一种控制方式,该种方案在控制性能、信号处理速度以及成本方面都具有相当明显的优势,能够满足绝大部分电动工具的要求。

3.2 嵌入式单片机在电源管理中的应用

当今便携式电动工具应用越来越广泛,而自身电源电能成为其自身发展应用的一个关键瓶颈。采用嵌入式单片机技术的电池管理系统将电源运行状态进行合理划分,通过分析电源的使用情况来对电源进行管理。例如,对于当今发展迅速的直流充电电动工具来讲,嵌入式技术已经广泛的应用到了其自身的电池管理系统中,对于电动汽车的电池管理系统,他是集电池组数据采集、充电保护和状态估计于一体的嵌入式系统,其中对电池的电流电压以及温度信号的采集与处理、对电池充放电的控制都采用了嵌入式单片机技术,以此实现其智能控制。

4 结语

随着我国经济的不断发展,电动工具也受到了越来越广泛的使用,这也对电动工具自身的性能提出了越来越高的要求。当今嵌入式单片机技术被广泛的应用到了电动工具控制系统中,小到对电动工具的控制大到对电动汽车电源系统的控制,嵌入式单片机技术都发挥着无可替代的作用。当然,对于某些特定应用领域,我们对嵌入式单片机的应用还不够成熟,需要我们不断努力来提高其应用效果。

[1]张毅刚,彭喜元.单片机原理与应用设计[M].北京:北京市海淀区四季青印刷厂,2010.

[2]张毅刚.新编MCS-51单片机运用设计.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2003.

[3]周立功.直流电机原理与驱动[M].西安:西安电子科技大学出版社,2008.1.