摘要：該文介紹了一種ATmega16單片機為核心的柱架控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用匯編編程，并采用結(jié)構(gòu)化的編程方法。該系統(tǒng)包含了電池電壓的檢測和柱架傾斜角的檢測，能夠在柱架處于特殊情況時，采取自動控制。該文論述了該系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，并給出了軟件流程圖。

關(guān)鍵詞：柱架控制；單片機；直流電動機

中圖分類號：TP391 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）01-0207-03

柱架平臺是一種廣泛應(yīng)用于倉庫、建筑、機場、車站、碼頭、舞臺、廣告、消防、通信、自動化生產(chǎn)線等場合中的提升設(shè)備。根據(jù)動力源的不同，可分為液壓式的和電動式的[1]。因為無刷直流電機除了具有直流電機優(yōu)秀的線性機械特性、大啟動力矩、寬調(diào)速范圍、簡單的控制電路外，由于它利用電子換向器取代了機械電刷和機械換向器，所以它又具有交流電機的結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便等優(yōu)點[2]。所以本系統(tǒng)采用的是直流48V的永磁直流電動機。該文提出了一種以AVR系列的 ATmega16 單片機為 CPU，采用尤奈特BM1418ZXF-350W48V及其配套驅(qū)動器，并配有電池電壓及傾斜檢測的柱架控制系統(tǒng)。因為該電機及其驅(qū)動器和單片機都已在行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，保證了本系統(tǒng)維護的方便性、開發(fā)的快速性和成本的最小化。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理

1.1 柱架結(jié)構(gòu)

該柱架系統(tǒng)如右圖1所示。電機、電池、開關(guān)電源、傳動系統(tǒng)等裝載于藍(lán)色控制盒中，并從中引出操作面板。本系統(tǒng)可以實現(xiàn)柱架的上升、下降、電池電壓檢測、傾斜檢測、電池和市電的切換等功能。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)小巧，裝備緊湊，便于移動。

1.2 系統(tǒng)工作原理

該系統(tǒng)的原理框圖如圖2所示，操作面板上有上升、下降、停止按鍵及其指示、電池欠壓和傾斜報警指示燈?？刂茊卧矙z按鍵、電池電壓信號和傾斜角信號，并將采集到的電池電壓和傾斜角信號進行數(shù)字濾波處理，根據(jù)操作和系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)出控制信號。電機驅(qū)動器根據(jù)收到的控制信號，控制電機轉(zhuǎn)動，完成柱架的上升、下降、停止、三級傾斜自動下降等功能。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件設(shè)計主要包括電源模塊的設(shè)計、傾斜傳感器驅(qū)動設(shè)計、按鍵及指示燈控制電路設(shè)計、驅(qū)動器控制電路及相關(guān)繼電器控制電路的設(shè)計。由于采用的是DC48V永磁直流電動機且要滿足野外工作條件，所以系統(tǒng)配用DC48V電池組。

3.1 單片機選型

該系統(tǒng)選擇AVR系列的單片機ATmega16作為系統(tǒng)的 CPU，AVR 是ATMEL公司生產(chǎn)的高性能、低功耗的 8 位新型單片機，采用先進的 RISC 指令結(jié)構(gòu)，執(zhí)行速度快，可達到1MIPS/MHZ，端口驅(qū)動能力強（20～40mA），而且全部具有在線下載功能。ATmega16 屬于AVR 的ATmel系列高檔單片機，具有 16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash，以及8路 10 位ADC，可以簡化電池電壓和傾斜檢測的A/D電路設(shè)計。而且ATmega16單片機還具有JTAG接口，通過JTAG 接口可進行在線程序下載以及片上調(diào)試。 本系統(tǒng)就是采用JTAG 接口進行在線程序下載以及片上調(diào)試的[3]。

3.2 電壓模塊及其他控制電路設(shè)計

系統(tǒng)采用的單片機是 AVR的ATmega16，該芯片的工作電壓為5V，所以采用了LM2576HV電源芯片。該電源芯片可以實現(xiàn)7-60V到5V的轉(zhuǎn)換，且最大可以滿足3A的負(fù)載。系統(tǒng)傾斜傳感器采用的是SSA0030AH，為了達到正負(fù)角度的檢測，該傳感器采用正負(fù)15V供電。系統(tǒng)用TPS65130實現(xiàn)5V到正負(fù)15V的電源轉(zhuǎn)換。指示燈和繼電器用三極管驅(qū)動，按鍵和驅(qū)動器的控制直接用單片機的I/O口控制。硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)選用的開發(fā)軟件為AVR STUDIO 4.18版本， 軟件質(zhì)量的高低對整個系統(tǒng)性能起決定性作用。為了提高系統(tǒng)的控制精度和響應(yīng)速度，抵消A/D測量誤差、外部干擾等的影響，在軟件上，對按鍵采用巡檢方式，并在軟件上做延時去抖動處理。對于電池電壓和傾斜檢測采用多次測量祛除粗大誤差，再求其平均值的辦法來抵消測量誤差和大的干擾值。軟件流程圖如圖4所示：

5 結(jié)束語

本系統(tǒng)通過對簡單直流電動機驅(qū)動器的擴展實現(xiàn)了柱架升降系統(tǒng)的設(shè)計，并調(diào)試成功，用在了一些商業(yè)系統(tǒng)上。該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，操作方便，能夠?qū)崿F(xiàn)一般柱架控制系統(tǒng)對速度和精度的要求。并且硬件實現(xiàn)簡單，大大縮短了開發(fā)周期，減少開發(fā)成本，并且維護方便。

參考文獻：

[1] 溫顯超.基于剪叉式系統(tǒng)控制器的研究與實現(xiàn)[D].成都：四川大學(xué)，2011.

[2] 王曉明.電動機的單片機控制[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.

[3] 吳澤祎.基于AVR單片機的自動對靶噴霧控制系統(tǒng)設(shè)計[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007（22）.