基于单片机的超声波电机无线控制研究

    安瑜彬，曾胜华，金龙

    (1东南大学，江苏南京201196；2．国电南京自动化股份有限公司，江苏南京2l0003)

    摘要：介绍了用MsP430单片机作为核心的超声波电机无线控制系统的研究。以cc2500作为无线模块，运用zigBee协议在遥控器和超声波电机控制器之间建立无线连接，由遥控器上的单片机向终端DsP发出命令，再由DsP对超声波电机进行驱动控制。在此基础上进行了实验验证。

    关键词：超声波电机；无线控制；单片机；zigBee

  O引言

    超声波电机是上世纪80年代兴起的一种全新概念的微电机，它完全不同于传统的电磁电机，有着独特的基本运行原理：在振动体的压电陶瓷振子上施加高频交流电压，利用逆压电效应产生几十千赫的超声波振动，将这种振动通过振动体与移动体问的摩擦耦合，变换成移动体的旋转或赢线运动。超声波电机的运行机理决定了它的突出优点：低速大转矩、无电磁干扰、动作响应快、无输入自锁等，因此，在精密控制等领域比传统电机有更强的适应性。

    目前的超声波电机控制系统都是在有线数据通信的基础上进行的，这类系统在距离较短，控制对象较少的情况下还是比较实用的。当控制对象相隔上百米、而数量又比较多的时候，无线控制系统可以实时实地的发出控制信号，相比有线系统有着更大的优越性。参考韩国Piezoelectric Technology公司的窗帘遥控器产品，本文介绍了一种以单片机为核心单元的超声波电机无线控制系统的研制。该系统由遥控器和终端控制器两部分组成，遥控器以MsP430单片机为核心，加载液晶、键盘、无线模块和电源模块；终端控制器以DsP为核心，同时包括无线模块、驱动电路、电源电路、目标电机和光电编码器等。

  1设计方案

    作为无线控制系统，遥控器将被设计成手持便携式，主要出于以下原因：1)便于在操作的同时到现场检查调试；2)便于以后添加节点，增大控制距离；3)固定式的遥控器完全可以用有线控制实现，采用便携式的遥控器更能体现无线控制优势。

遥控器采用两节干电池供电，在拥有键盘的同时，为方便操作加入液晶模块，无线模块采用利尔达公司的LsDRF2400A12。为延长电池的使用寿命，遥控器端的核心元件采用TI公司的超低功耗单片机MsP430F2232，同时对液晶和电源模块均采用低功耗的设计思想。终端控制器的核心元件是同样来自TI的TMs320F2810，单片机和DsP都通过SPI与无线模块进行通信。系统结构框图如圈l所示。

 

 

遥控器绝大部分时间都处于低功耗状态，当有键值输入时，单片机会被唤醒，同时点亮液晶。根据液晶的显示内容操作键盘来输入命令，单片机分析键值，将操作结果反映到液晶上的同时，控制无线模块向终端控制器发出指令。指令的主要包括地址指令和数据指令，地址指令是指终端的物理地址，数据指令是指对应目标终端将实施的控制指令。目标终端收到命令后，无线模块通过s Pl将命令送至DsP，DsP进行处理后对超声波电机做出相应控制。

1 1遥控器设计

显示部分使用0802液晶模块，与单片机之间采用4线式连接，为键盘操作提供必要的指示。0802液晶的供电电压是5v，而电池只提供单片机需要的1. 8～3. 3V。因此，为液晶建立单独的电源电路，同时，单独的供电也是低功耗设计做必须的。液晶供电电路如图2所示。

 

 

电路中，sP664lBEK-5. 0这个元件用来实现将3V的电压转化为液晶要求的5V；以场效应管Q1和三极管Q2为主的电路实现液晶的低功耗设计。实现液晶低功耗的原理：当遥控器处于低功

耗状态时液晶熄灭，按下任意键以中断方式唤醒单片机，同时有一个GPIO口向Vi/o输出Vcc(约3v)，从而令02导通，进一步使01导通，此时sP6641BEK-5 0得到约为3v的输入电压(****可到1. 2v)，最终向0802液晶输出5v的工作电压。利用MSP430的定时器功能，当在设定时间内没有键值输入时，液晶将被关闭。

遥控器共包括7个按键，采用独立式硬件连接方式，单片机以中断方式判断键值，主要用软件方法实现去抖动功能。这种软件去抖动方法的逻辑表达式如下：

 

其中：K是最终确定的键值，K1是程序读到键值，k2是上一次Kl的值，可见，最终确定的键值不仅与