實(shí)驗(yàn)原理
硬件原理圖,看到有 2 個(gè)直流電機(jī)接口,可分別連接直流有刷電機(jī)和直流無刷電機(jī)。實(shí)驗(yàn)箱上只預(yù)留一個(gè)直流電機(jī)的位置,出貨默認(rèn)配置的是直流有刷電機(jī)。其中驅(qū)動直流有刷電機(jī)的管腳分別為:GPIO0[13]和 GPIO0[15]。
控制直流無刷電機(jī)的管腳為GPIO5[15]和 GPIO5[8]。其中直流無刷電機(jī)內(nèi)置霍爾傳感器,霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制
作的一種磁場傳感器,用于測量直流無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
直流有刷電機(jī)
直流有刷電機(jī)是內(nèi)含電刷裝置的將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成直流電能的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。區(qū)別于直流無刷電機(jī),電刷裝置是用來引入或引出直流電壓和直流電流的。直流有刷電機(jī)是所有電機(jī)的基礎(chǔ),它具有啟動快、制動及時(shí)、可在大范圍內(nèi)平滑地調(diào)速、控制電路相對簡單等特點(diǎn)。
改變直流有刷電機(jī)電機(jī)速度的最有效方式是采用脈寬調(diào)制技術(shù),改變pwm信號的脈沖寬度可以調(diào)節(jié)電機(jī)的速度。脈沖高低電平間的比例稱為pwm信號的占空比。
直流有刷電機(jī)具有良好的啟動和調(diào)速性能,常應(yīng)用于對啟動和調(diào)速有較高要求的場合,如高速電梯、電力機(jī)車、地鐵列車等生產(chǎn)機(jī)械中。
直流無刷電機(jī)
無刷直流電機(jī)由電動機(jī)主體和驅(qū)動器組成,是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。無刷電機(jī)是指無電刷和換向器的電機(jī),又稱無換向器電機(jī)。電動機(jī)的轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體,為了檢測電動機(jī)轉(zhuǎn)子的極性,在電動機(jī)內(nèi)裝有位置傳感器。驅(qū)動器由功率電子器件和集成電路等構(gòu)成,其功能是:接受電動機(jī)的啟動、停止、制動信號,以控制電動機(jī)的啟動、停止和制動等等。無刷直流電機(jī)可應(yīng)用于汽車、工具、工業(yè)工控、自動化以及航空航天等等。
直流無刷電機(jī)&直流有刷電機(jī)的區(qū)別
直流無刷電機(jī)和直流有刷電機(jī)的區(qū)別主要有四點(diǎn),
第一,是否配置有常用的電刷-換向器。
第二,直流無刷是基于交流調(diào)速原理基礎(chǔ)上制造出來的,性能方面既有直流電機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩大,轉(zhuǎn)速穩(wěn)定調(diào)速方便,又有交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單沒有易損件。
第三,直流無刷電機(jī)大部分都自帶驅(qū)動電路,驅(qū)動起來只要給它接上額定電壓后,輸入調(diào)速PWM信號就可以了。這點(diǎn)無需再添加專門的驅(qū)動電路。
第四,直流無刷電機(jī)因?yàn)橛谢魻栐龇答佀赞D(zhuǎn)速幾乎是穩(wěn)定恒速的。
PWM基本原理
脈沖寬度調(diào)制即是PWM,簡稱脈寬調(diào)制,是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。主要的特點(diǎn)是脈沖,也就是方波的寬度調(diào)節(jié),重點(diǎn)在于占空比控制上。
占空比是指高電平在一個(gè)周期中所占的比例。
我們看下圖示的PWM波形,其中可調(diào)脈沖寬度t指高電平的時(shí)間,恒定的脈沖周期T是固定頻率。
PWM基本原理
在PWM調(diào)速系統(tǒng)中,一般可以采用定寬調(diào)頻、調(diào)寬調(diào)頻、定頻調(diào)寬3 種方法改變控制脈沖的占空比。
定寬調(diào)頻指的是脈沖寬度t不變,改變頻率,即改變周期T;
調(diào)寬調(diào)頻指的是同時(shí)改變脈沖寬度t和周期T;
定頻調(diào)寬指的是周期T不變,改變脈沖寬度。
但是前兩種方法在調(diào)速時(shí)改變了控制脈寬的周期,從而引起控制脈沖頻率的改變,當(dāng)該頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時(shí)將會引起振蕩。為避免這個(gè),本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)采用定頻調(diào)寬改變占空比的方法來調(diào)節(jié)直流電動機(jī)電樞兩端電壓。
定頻調(diào)速是在脈沖波形的頻率不變的前提下,通過改變一個(gè)周期波形中高電平的時(shí)間從而改變波形的占空比,從而改變平均電壓,調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
程序流程
程序流程設(shè)計(jì)中首先要進(jìn)行電機(jī)初始化,接著進(jìn)行定時(shí)器和定時(shí)器中斷初始化,然后進(jìn)行LCD顯示及觸摸初始化,接著初始化并配置LVGL,最后進(jìn)行LCD觸摸檢測并控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動。
輕量級通用型圖形庫
LVGL是輕量級通用型圖形庫,是一個(gè)免費(fèi)的開放源代碼圖形庫,是高度可裁剪、低資源占用、界面美觀且易用的嵌入式系統(tǒng)圖形庫。它提供創(chuàng)建具有易于使用的圖形元素,精美的視覺效果和低內(nèi)存占用的嵌入式GUI所需的一切。
主要特性包括提供功能強(qiáng)大的構(gòu)建塊,例如按鈕,圖表,列表,滑塊,圖像等,提供帶有動畫,抗鋸齒,不透明,平滑滾動的高級圖形,允許各種輸入設(shè)備,例如觸摸板,鼠標(biāo),鍵盤,編碼器等。
管腳復(fù)用源碼
基于StarterWare控制外設(shè)時(shí)可調(diào)用對應(yīng)的API接口,無需配置復(fù)雜的寄存器。GPIO管腳復(fù)用配置的函數(shù)源碼可以查看GPIO.c。
方向配置源碼
配置GPIO管腳方向的函數(shù)源碼和函數(shù)使用說明可以查看gpio.c。其中,第一個(gè)參數(shù)時(shí)GPIO的基地址,第二個(gè)參數(shù)是GPIO的編號,第三個(gè)參數(shù)設(shè)置GPIO的方向。
數(shù)據(jù)配置源碼
配置GPIO輸出值的函數(shù)源碼和函數(shù)使用說明可以查看gpio.c。其中,第一個(gè)參數(shù)是GPIO的基地址,第二個(gè)參數(shù)是GPIO的編號,第三個(gè)參數(shù)設(shè)置GPIO的電平。
定時(shí)器配置源碼
配置定時(shí)器的函數(shù)源碼和函數(shù)使用說明可以查看timer.c。其中,第一個(gè)參數(shù)是定時(shí)器模塊寄存器的基地址,第二個(gè)參數(shù)是用于配置定時(shí)器模塊。
周期配置源碼
配置定時(shí)器周期的函數(shù)源碼和函數(shù)使用說明可以查看timer.c。其中,第一個(gè)參數(shù)是定時(shí)器模塊寄存器的基地址,第二個(gè)參數(shù)是要設(shè)置周期的定時(shí)器,第三個(gè)參數(shù)是設(shè)置的周期大小。
定時(shí)器使能源碼
配置使能定時(shí)器的函數(shù)源碼和函數(shù)使用說明可以查看timer.c。其中,第一個(gè)參數(shù)是定時(shí)器模塊寄存器的基地址,第二個(gè)參數(shù)是要使能的定時(shí)器,第三個(gè)參數(shù)是配置使能定時(shí)器的模式。
軟件操作
導(dǎo)入工程,選擇Demo文件夾下的對應(yīng)工程,導(dǎo)入直流有刷電機(jī)和直流無刷電機(jī)的程序。
依次編譯兩個(gè)工程
以直流有刷電機(jī)的程序?yàn)槔瑢CS連接實(shí)驗(yàn)箱并加載程序
點(diǎn)擊運(yùn)行程序,LCD會顯示控制界面,可通過點(diǎn)擊 LCD 屏幕上的按鈕控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度和方向,同時(shí)LCD 屏幕會顯示轉(zhuǎn)動方向和 PWM 的占空比。
Motor Dir 表示轉(zhuǎn)動方向,正方向轉(zhuǎn)動為 Forward,反方向轉(zhuǎn)動為 Backward;
DutyCycle表示占空比;
Change代表改變轉(zhuǎn)動方向
Up代表加速
Down代表減速
Stop代表停止轉(zhuǎn)動
實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,建議先按下Stop 按鈕,讓電機(jī)停止轉(zhuǎn)動,然后點(diǎn)擊黃色按鈕暫停程序運(yùn)行,再點(diǎn)擊紅色按鈕退出CCS與實(shí)驗(yàn)箱的連接,最后實(shí)驗(yàn)箱斷電即可。
接著可以查看直流無刷電機(jī)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,直流無刷電機(jī)內(nèi)含霍爾測速,可測量電機(jī)速度。
將CCS連接實(shí)驗(yàn)箱并加載程序
點(diǎn)擊運(yùn)行程序,LCD會顯示控制界面,可通過點(diǎn)擊 LCD 屏幕上的按鈕控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度和方向,同時(shí)LCD 屏幕會顯示轉(zhuǎn)動方向和 PWM 的占空比。
Motor Dir 表示轉(zhuǎn)動方向,正方向轉(zhuǎn)動為 Forward,反方向轉(zhuǎn)動為 Backward;
DutyCycle表示占空比;
Speed代表轉(zhuǎn)動速度
Change代表改變轉(zhuǎn)動方向
Up代表加速
Down代表減速
Stop代表停止轉(zhuǎn)動
實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,建議先按下Stop 按鈕,讓電機(jī)停止轉(zhuǎn)動,然后點(diǎn)擊黃色按鈕暫停程序運(yùn)行,再點(diǎn)擊紅色按鈕退出CCS與實(shí)驗(yàn)箱的連接,最后實(shí)驗(yàn)箱斷電即可。
評論
查看更多