一种基于单片机的低成本电动舵机控制方法技术领域
本发明涉及舵机控制技术领域，尤其涉及一种基于单片机的低成本电动舵机控制方法。
背景技术
直流电动舵机被广泛应用于各种领域中，在自动控制中是不可或缺的重要设备。为了方便用户的使用且使得直流电动舵机能够更好的工作，需要配置舵机控制器来驱动直流电动舵机。目前直流电动舵机大多使用基于DSP的控制器，基于这种设计的控制器能够对直流电动舵机进行高精度的位置控制，但是成本相对较高，且体积及功耗都较大，在一些简单应用场合下经济性较差。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种基于单片机的低成本电动舵机控制方法，以解决上述背景技术中的缺点。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种基于单片机的低成本电动舵机控制方法，采用舵机控制器控制直流电动舵机，舵机控制器内设置有嵌入式单片机、PWM放大器、电源模块、电流放大电路及信号调理器，PWM放大器、电流放大电路分别与直流电动舵机连接，位置传感器设置在直流电动舵机一侧，并与嵌入式单片机连接；嵌入式单片机为主控部件，其采集指令输入信号（离散量）、位置传感器的反馈信号（模拟量）和霍尔元件输出信号（模拟量），并通过程序将采集的信号转换为数字信号作为输入控制参量，再通过嵌入式单片机内的控制律计算，以PWM波和相电流的形式输出直流电动舵机的驱动信号，其中PWM波经过PWM放大器放大，相电流经过电流放大电路放大，之后驱动直流电动舵机运动，信号调理器通过霍尔元件与嵌入式单片机、直流电动舵机连接，用于信号调理；位置传感器采集直流电动舵机的实时位置并以模拟量的方式反馈至嵌入式单片机，形成位置反馈控制系统，对直流电动舵机进行高精度的位置控制；电源模块为嵌入式单片机、PWM放大器、位置传感器供电。
在本发明中，嵌入式单片机采用商用型Arduino，该类型单片机具备模拟量（离散量）I/O接口、数字量I/O接口、PWM信号输出、RS232串行总线接口等，还可以根据使用情况增加多种功能模块。
在本发明中，舵机控制器所有接口均使用Arduino的基本接口。
在本发明中，指令输入使用1路模拟量输入、位置反馈使用1路模拟量输入、霍尔元件输出经信号调理后使用3路模拟量输入、PWM波输出使用板载PWM输出接口，相电流使用3路模拟量输出，程序调试和烧录使用RS232串行总线，系统工作状态指示可以使用2路模拟量输出进行编码显示。
在本发明中，PWM放大器的工作原理是利用输入的PWM波通控制由MOSFET管构成的桥式开关电路调制直流电源，以达到输出PWM功率波的目的。PWM放大器可以采用成品输出放大板。
在本发明中，电源模块为整个控制系统供电，电源输出模式有三种，分别为交流7V1800Hz、5VDC和24VDC。
有益效果：本发明通过嵌入式单片机结合PWM放大器、位置传感器以及电源模块共同组成舵机控制器，进一步与直流电动舵机共同构成位置反馈控制系统，从而实现对直流电动舵机的位置闭环控制，有效降低了使用成本，且体积及功耗小，经济性高。
附图说明
图1为本发明的较佳实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
一种基于单片机的低成本电动舵机控制方法，参见图1所示，采用舵机控制器控制直流电动舵机，舵机控制器内设置有嵌入式单片机、PWM放大器、电源模块、电流放大电路及信号调理器，PWM放大器、电流放大电路分别与直流电动舵机连接，位置传感器设置在直流电动舵机一侧，并与嵌入式单片机连接；嵌入式单片机为主控部件，其采集指令输入信号（离散量）、位置传感器的反馈信号（模拟量）和霍尔元件输出信号（模拟量），并通过程序将信号转换为数字信号作为输入控制参量，再通过嵌入式单片机内的控制律计算，以PWM波和相电流的形式输出直流电动舵机的驱动信号，其中PWM波经过PWM放大器放大，相电流经过电流放大电路放大，之后驱动直流电动舵机运动，信号调理器通过霍尔元件与嵌入式单片机、直流电动舵机连接，用于信号调理；位置传感器采集直流电动舵机的实时位置并以模拟量的方式反馈至嵌入式单片机，形成位置反馈控制系统，对直流电动舵机进行高精度的位置控制；电源模块为嵌入式单片机、PWM放大器、位置传感器供电。
在本实施例中，嵌入式单片机采用商用型Arduino，该类型单片机具备模拟量（离散量）I/O接口、数字量I/O接口、PWM信号输出、RS232串行总线接口等，还可以根据使用情况增加多种功能模块。
在本实施例中，舵机控制器所有接口均使用Arduino的基本接口。
在本实施例中，指令输入使用1路模拟量输入、位置反馈使用1路模拟量输入、霍尔元件输出经信号调理后使用3路模拟量输入、PWM波输出使用板载PWM输出接口，相电流使用3路模拟量输出，程序调试和烧录使用RS232串行总线，系统工作状态指示可以使用2路模拟量输出进行编码显示。
在本实施例中，PWM放大器的工作原理是利用输入的PWM波通控制由MOSFET管构成的桥式开关电路调制直流电源，以达到输出PWM功率波的目的。PWM放大器可以采用成品输出放大板。
在本实施例中，电源模块输出模式有三种，分别为交流7V1800Hz、5VDC和24VDC。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。