摘 要：文章采用 STC12C5202AD 單片機(jī)來實(shí)現(xiàn) PWM 輸出控制，控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)線控小車的轉(zhuǎn)向控制。結(jié)果表明舵機(jī)的轉(zhuǎn)角范圍達(dá)到-90°到 90°，且線性度較好，小車轉(zhuǎn)向穩(wěn)定，控制精度較高，達(dá)到控制目的。

　　關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu);舵機(jī);自動(dòng)控制

　　1、舵機(jī)工作原理

　　舵機(jī)主要是由外殼、電路板、無核心馬達(dá)、齒輪與位置檢測(cè)器所構(gòu)成。其工作原理是由接收機(jī)發(fā)出訊號(hào)給舵機(jī)，經(jīng)由電路板上的 IC 判斷轉(zhuǎn)動(dòng)方向，再驅(qū)動(dòng)無核心馬達(dá)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，透過減速齒輪將動(dòng)力傳至擺臂，同時(shí)由位置檢測(cè)器送回信號(hào)，判斷是否已經(jīng)到達(dá)定位。位置檢測(cè)器其實(shí)就是可變電阻，當(dāng)舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電阻值也會(huì)隨之改變，藉由檢測(cè)電阻值便可知轉(zhuǎn)動(dòng)的角度[3]。舵機(jī)調(diào)速是通過對(duì)脈沖信號(hào)的占空比進(jìn)行控制，占空比大，相應(yīng)獲得的電壓就大，轉(zhuǎn)速快[4];反之亦然。舵機(jī)電壓通常介于 4V～6V，一般取 5V�？刂凭�的輸入是一個(gè)寬度可調(diào)的周期性方波脈沖信號(hào)，可通過單片機(jī) I/O 口對(duì)其進(jìn)行控制。方波脈沖信號(hào)周期為 20ms(頻率為 50Hz)。當(dāng)方波脈沖寬度改變時(shí)，舵機(jī)轉(zhuǎn)軸角度發(fā)生改變，角度變化與脈沖寬度的變化成正比。以 180°角度伺服為例，對(duì)應(yīng)關(guān)系如下： 0.5ms～-90°、1ms～-45°、1.5ms～0°、2ms～45°、2.5ms～ 90°，因此，PWM 與舵機(jī)轉(zhuǎn)角呈線性變化，即給它提供一定的脈寬，它的輸出軸就會(huì)保持在一個(gè)相對(duì)應(yīng)的角度上，無論外界轉(zhuǎn)矩怎樣改變，直到給它提供下一個(gè)寬度的脈沖信號(hào)，才會(huì)改變輸出角度。

　　2、單片機(jī)控制

　　對(duì)于線控小車系統(tǒng)來說，采用 STC12C5202AD 單片機(jī)來實(shí)現(xiàn) PWM 輸出控制，使端口輸出的 PWM 信號(hào)脈沖寬度實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)甚至微秒級(jí)的變化，從而提高舵機(jī)的轉(zhuǎn)角精度。單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)小車舵機(jī)輸出轉(zhuǎn)角的控制，要產(chǎn)生 20ms 的 PWM 周期信號(hào)，并對(duì)脈寬進(jìn)行調(diào)整，借以調(diào)整占空比。小車舵機(jī)如圖 1 所示。

　　2.1 應(yīng)用兩個(gè)定時(shí)器當(dāng)系統(tǒng)中的定時(shí)/計(jì)數(shù)器資源足夠使用，所控制的舵機(jī)只有一個(gè)時(shí)，可將 20ms 定時(shí)分為兩次中斷執(zhí)行，一次短定時(shí)中斷和一次長(zhǎng)定時(shí)中斷。如要讓舵機(jī)左轉(zhuǎn) 45°，它的正脈沖為 2ms，則負(fù)脈沖為 20ms-2ms=18ms。首先向控制口發(fā)送 2ms 高電平，中斷發(fā)生后，在中斷程序里將控制口改為低電平，并將中斷時(shí)間改為 18ms，如此往復(fù)實(shí)現(xiàn) PWM 信號(hào)輸出到舵機(jī)。如系統(tǒng)晶振頻率選擇 22.1184MHz，采用 T0 的方式 0 實(shí)現(xiàn) 2ms 高電平輸出，采用 T1 的方式 1 實(shí)現(xiàn) 18ms 低電平定時(shí)輸出，采用中斷方式由 P2.5 口輸出高低電平。

　　2.2 應(yīng)用一個(gè)定時(shí)器若采用一個(gè)定時(shí)器 T0，系統(tǒng)主頻仍為 22.1184MHz，可將 20ms 周期 PWM 脈沖分成 200 份，每一份為 0.1ms，采用中斷方式，定時(shí)器 T0 工作方式 1，2ms 高電平輸出即為中斷 20 次，并輸出 20 次高電平，18ms 低電平輸出即為中斷 180 次，并輸出 180 次低電平，采用一個(gè)定時(shí)器如果對(duì)定時(shí)時(shí)間進(jìn)行細(xì)分，可將 20ms 的 PWM 周期信號(hào)分為 2000 份，每一份定時(shí)時(shí)間為 0.01ms，這樣定時(shí)輸出的效果更明顯，對(duì)舵機(jī)角度的控制也可做的更精確，也能實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)多個(gè)舵機(jī)的控制。如果系統(tǒng)中需要控制幾個(gè)舵機(jī)的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)動(dòng)，可以用單片機(jī)和計(jì)數(shù)器進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)產(chǎn)生 PWM 信號(hào)。脈沖計(jì)數(shù)可以利用 5l 單片機(jī)的內(nèi)部計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)，但是從軟件系統(tǒng)的穩(wěn)定性和程序結(jié)構(gòu)的合理性看，最好使用外部的計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)。

　　3、結(jié)束語

　　隨著控制技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的精度要求越來越高。在小車控制系統(tǒng)中，采用了 STC12C5202AD 單片機(jī)產(chǎn)生 PWM 信號(hào)，方便地實(shí)現(xiàn)了舵機(jī)控制。對(duì)線控小車的測(cè)試表明，控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定，PWM 占空比(0.5～2.5ms 的正脈沖寬度)和舵機(jī)的轉(zhuǎn)角(-90°～90°)線性度較好，小車轉(zhuǎn)向穩(wěn)定，控制精度較高。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 楊平. 雙余度無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及性能研究[D]. 西安：西北工業(yè)大學(xué),2005.3.

　　[2] 蔣亞峰. 舵機(jī)系統(tǒng)控制算法及性能改進(jìn)[D].西安：西安電子科技大學(xué),2009.1.

　　《自動(dòng)控制小車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)控制技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)》來源：《汽車實(shí)用技術(shù)》，作者：隋美麗 ，夏征 ，付貽偉 ，王楠。

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