直流電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是機(jī)電產(chǎn)品中的重要環(huán)節(jié)，其控制性能反映了機(jī)電設(shè)備的控制質(zhì)量。靈活、方便、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的監(jiān)控需要對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行測(cè)量和處理，以達(dá)到精確控制轉(zhuǎn)速的目的。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

arm／dsp／fpga雖精度高、速度快，但設(shè)計(jì)復(fù)雜，價(jià)格也一直居高不下。本系統(tǒng)采用一種適用于小容量存儲(chǔ)器單片機(jī)(如pic系列)系統(tǒng)且功能強(qiáng)大的rtos—salvo。無(wú)需擴(kuò)展大量的ram和rom，并且實(shí)時(shí)性好。大大節(jié)省了成本。系統(tǒng)選用pc機(jī)作為上位機(jī)，運(yùn)用api函數(shù)及mscomm控件實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)通信。pic16f877a單片機(jī)及外圍電路組成一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)。作為下位機(jī)。電路設(shè)計(jì)包括pwm驅(qū)動(dòng)、ccp捕捉、a／d模數(shù)轉(zhuǎn)換、lcd液晶顯示、rs232和spi串行通訊以及下位機(jī)雙機(jī)通信模塊。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

3 salvo系統(tǒng)簡(jiǎn)介

嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)salvo具有占用系統(tǒng)資源少和功能強(qiáng)大兩大特點(diǎn)。

3.1 salvo占用的系統(tǒng)資源

salvo最大的特點(diǎn)是占用系統(tǒng)資源少，特別是占用存儲(chǔ)器資源極少。它不但適用于51系列單片機(jī)，也適用于存儲(chǔ)器資源更少的pic系列單片機(jī)。salvo占用rom資源取決于用戶調(diào)用的系統(tǒng)函數(shù)，占用ram取決于用戶定義的變量、任務(wù)和事件的數(shù)量。以pic16系列單片機(jī)為例，每個(gè)全局變量占10 b，任務(wù)占5 b，事件占3 b。

3.2 salvo功能和性能

salvo是一個(gè)基于優(yōu)先級(jí)任務(wù)切換、支持事件驅(qū)動(dòng)的多任務(wù)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。salvo共支持16個(gè)任務(wù)優(yōu)先級(jí)，且多個(gè)任務(wù)可共用一個(gè)優(yōu)先級(jí)，任務(wù)按優(yōu)先級(jí)高低切換，對(duì)于多個(gè)同一優(yōu)先級(jí)的任務(wù)則以時(shí)間片循環(huán)方式(round-robin)切換。salvo支持任務(wù)和事件的數(shù)量取決于ram的大小(salvo默認(rèn)支持255個(gè)任務(wù)、255個(gè)事件和255個(gè)消息隊(duì)列)。salvo內(nèi)核主要提供以下幾類函數(shù)供用戶應(yīng)用程序引用：

任務(wù)管理：提供任務(wù)建立、任務(wù)撤消功能；

時(shí)間管理：提供任務(wù)延時(shí)函數(shù)功能；

信號(hào)管理：提供信號(hào)量建立、刪除、等待、發(fā)出等功能；

消息管理：提供消息建立、刪除、等待、發(fā)出等功能。

4 系統(tǒng)硬件總述

通訊部分主要由兩部分組成：?jiǎn)纹瑱C(jī)與pc機(jī)以及pic單片機(jī)之間的通訊。pc機(jī)與下位單片機(jī)間互傳數(shù)據(jù)采用rs232串行異步通信方式。而pic單片機(jī)之間的通訊則采用spi總線，它是主要用于處理器和外設(shè)同步串行通信的4線接口。采用同步時(shí)鐘把串行數(shù)據(jù)以8位碼的形式移入和移出微控制器。spi總線是一種主／從接口，主接口驅(qū)動(dòng)串行時(shí)鐘。在使用spi時(shí)，會(huì)同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，使其成為一種全雙工協(xié)議，通訊效率高，而且電路連線及軟件編程結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。硬件電路如圖2、圖3所示，其單元電路包括ccp捕捉電路、pwm驅(qū)動(dòng)電路、rs232／spi通訊模塊、a／d轉(zhuǎn)換算法及l(fā)cd顯示等。

4.1 ccp捕捉電路

光電采集模塊中，采用光電器件具有高轉(zhuǎn)換精度、良好的靜態(tài)工作點(diǎn)、完整的模擬前端以及片內(nèi)校正，特別適用于測(cè)量低頻小信號(hào)。該電路將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再經(jīng)過(guò)整形濾波就可直接送至單片機(jī)。送往單片機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)可通過(guò)ccp捕捉模塊測(cè)量出轉(zhuǎn)速。在該模式下，若要采用捕捉功能應(yīng)將相應(yīng)的tris置為1，將單片機(jī)cc引腳設(shè)置為輸入。例如，輸入頻率穩(wěn)定時(shí)，將單片機(jī)預(yù)分頻值設(shè)置為1：16，則這16個(gè)周期的總誤差為1個(gè)tcy。其有效分辨率為tcy／16，即在40 mhz時(shí)有效分辨率為6.25 ns。只有在輸入頻率在16個(gè)采樣周期內(nèi)均穩(wěn)定的情況下，這一方法才有效。不使用預(yù)分頻器(1：1)時(shí)，每個(gè)采樣分辨率為tcy。而且當(dāng)改變捕捉模式時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)捕捉中斷。用戶應(yīng)保持ccie位清零以禁止這種中斷，還應(yīng)在運(yùn)行模式改變后將ccif位清零。整個(gè)捕捉過(guò)程快捷、簡(jiǎn)單。

4.2 pwm驅(qū)動(dòng)模塊

pic16f877a單片機(jī)產(chǎn)生的pwm信號(hào)經(jīng)過(guò)光電耦合器連接到l298n的使能控制端�？紤]到tlp521-4電路具有反相器作用，pwm信號(hào)中的高電平持續(xù)時(shí)間對(duì)應(yīng)直流電機(jī)的斷電時(shí)間。從單片機(jī)其他引腳輸出的信號(hào)送入l298n的方向控制端，控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和制動(dòng)狀態(tài)。l298n驅(qū)動(dòng)負(fù)載的電源電壓最大為46 v，單橋的驅(qū)動(dòng)電源接近2a，最大開(kāi)關(guān)頻率不小于40 khz。與由分立元件構(gòu)成的橋式驅(qū)動(dòng)電路相比，該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠。通過(guò)改寫程序，可以控制小型直流電機(jī)的多種變速。使用光電編碼器實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度檢測(cè)，構(gòu)成了完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)。