基于單片機的超聲波電機無線控制研究

    安瑜彬，曾勝華，金龍

    (1東南大學，江蘇南京201196；2．國電南京自動化股份有限公司，江蘇南京2l0003)

    摘要：介紹了用MsP430單片機作為核心的超聲波電機無線控制系統的研究。以cc2500作為無線模塊，運用zigBee協議在遙控器和超聲波電機控制器之間建立無線連接，由遙控器上的單片機向終端DsP發出命令，再由DsP對超聲波電機進行驅動控制。在此基礎上進行了實驗驗證。

    關鍵詞：超聲波電機；無線控制；單片機；zigBee

  O引言

    超聲波電機是上世紀80年代興起的一種全新概念的微電機，它完全不同于傳統的電磁電機，有著獨特的基本運行原理：在振動體的壓電陶瓷振子上施加高頻交流電壓，利用逆壓電效應產生幾十千赫的超聲波振動，將這種振動通過振動體與移動體問的摩擦耦合，變換成移動體的旋轉或贏線運動。超聲波電機的運行機理決定了它的突出優點：低速大轉矩、無電磁干擾、動作響應快、無輸入自鎖等，因此，在精密控制等領域比傳統電機有更強的適應性。

    目前的超聲波電機控制系統都是在有線數據通信的基礎上進行的，這類系統在距離較短，控制對象較少的情況下還是比較實用的。當控制對象相隔上百米、而數量又比較多的時候，無線控制系統可以實時實地的發出控制信號，相比有線系統有著更大的優越性。參考韓國Piezoelectric Technology公司的窗簾遙控器產品，本文介紹了一種以單片機為核心單元的超聲波電機無線控制系統的研制。該系統由遙控器和終端控制器兩部分組成，遙控器以MsP430單片機為核心，加載液晶、鍵盤、無線模塊和電源模塊；終端控制器以DsP為核心，同時包括無線模塊、驅動電路、電源電路、目標電機和光電編碼器等。

  1設計方案

    作為無線控制系統，遙控器將被設計成手持便攜式，主要出于以下原因：1)便于在操作的同時到現場檢查調試；2)便于以后添加節點，增大控制距離；3)固定式的遙控器完全可以用有線控制實現，采用便攜式的遙控器更能體現無線控制優勢。

遙控器采用兩節干電池供電，在擁有鍵盤的同時，為方便操作加入液晶模塊，無線模塊采用利爾達公司的LsDRF2400A12。為延長電池的使用壽命，遙控器端的核心元件采用TI公司的超低功耗單片機MsP430F2232，同時對液晶和電源模塊均采用低功耗的設計思想。終端控制器的核心元件是同樣來自TI的TMs320F2810，單片機和DsP都通過SPI與無線模塊進行通信。系統結構框圖如圈l所示。

 

 

遙控器絕大部分時間都處于低功耗狀態，當有鍵值輸入時，單片機會被喚醒，同時點亮液晶。根據液晶的顯示內容操作鍵盤來輸入命令，單片機分析鍵值，將操作結果反映到液晶上的同時，控制無線模塊向終端控制器發出指令。指令的主要包括地址指令和數據指令，地址指令是指終端的物理地址，數據指令是指對應目標終端將實施的控制指令。目標終端收到命令后，無線模塊通過s Pl將命令送至DsP，DsP進行處理后對超聲波電機做出相應控制。

1 1遙控器設計

顯示部分使用0802液晶模塊，與單片機之間采用4線式連接，為鍵盤操作提供必要的指示。0802液晶的供電電壓是5v，而電池只提供單片機需要的1. 8～3. 3V。因此，為液晶建立單獨的電源電路，同時，單獨的供電也是低功耗設計做必須的。液晶供電電路如圖2所示。

 

 

電路中，sP664lBEK-5. 0這個元件用來實現將3V的電壓轉化為液晶要求的5V；以場效應管Q1和三極管Q2為主的電路實現液晶的低功耗設計。實現液晶低功耗的原理：當遙控器處于低功

耗狀態時液晶熄滅，按下任意鍵以中斷方式喚醒單片機，同時有一個GPIO口向Vi/o輸出Vcc(約3v)，從而令02導通，進一步使01導通，此時sP6641BEK-5 0得到約為3v的輸入電壓(****可到1. 2v)，最終向0802液晶輸出5v的工作電壓。利用MSP430的定時器功能，當在設定時間內沒有鍵值輸入時，液晶將被關閉。

遙控器共包括7個按鍵，采用獨立式硬件連接方式，單片機以中斷方式判斷鍵值，主要用軟件方法實現去抖動功能。這種軟件去抖動方法的邏輯表達式如下：

 

其中：K是最終確定的鍵值，K1是程序讀到鍵值，k2是上一次Kl的值，可見，最終確定的鍵值不僅與