基于MSP430的舵机把握体例假想

2020-10-15 19:18  来自: 本站 作者:原创 浏览次数:

  无人机是一种由动力驱动、机上无人驾驶、可反复操纵的航空器的简称。在无人机体系中,采取PWM波暗记驾驭的舵机是危殆的推广机构,它是无人机独揽行径的动力来历。为便于体系扩充和升级[1•.2],在飞控编制中每每回收宣扬式战略,将舵机的驾驭部分作为一个寂寞单元进行设计,称为

  古板发作PWM波的设施是资历大批的分立原件来告终的.所发生的脉冲频率和宽度常常不是很确切,很难做到对舵机的精确左右••。另外••,欺诳CPLD或FPGA发生PWM波已在好多场闭得到应用•,仰赖CPLD或FPGA怪异的并行料理才具和大量的1/0接口,能够同时左右几十以至上百个舵机同时就事,但CPLD或FPGA先天PWM波时,并不完好事件管理才智,实践应用中还需要MCU互助就事,加之成本高,斥地开发腾贵,极大的范围了它的操纵限制。

  由于单片机具有本能平定、编程灵活、精度高、价钱低廉等特色,用它发生PWM波在实际中获得了平常行使。本文给出了一种新颖的利MSP430单片机捉弄自带的依时器爆发PWM1j~[3.4]的步骤,成本低,性能巩固,并成功使用于实施。

  飞舞左右体系总体框架如图1所示,一切飞控系统是由飞控计算机、舵机驾驭体例、传感器体系•、GPS、机载电源及地面站系统组成。在飞翔历程中,无人机一方面资历传感器体系和GPS取得飞翔样子和航向的实时参数,并始末无线电传回地面;另一方面随时按收地面上传的遥控指令。以这些动静为基础•,历程主控争辩机驾御律解算,依照坚信和叙输出操纵指令到舵机驾驭体例[5,6]•,再原委舵机驾驭体系输出呼应的标记驾驭舵机的偏转,从而完毕对无人机飞舞容貌的驾御。

  由于无人机授与燃料电池举止能源,因此哀告机载树立尽可以功耗低、体积小、重量轻,这样既可能颓唐泯灭又能提升体系从容性和抗烦扰才华。基于以上思想,联想了以田公司的MSP430F149单片机[7•,9]为重心的舵机控制体例•,该系统浸要由CPU掌握单元•、串口通信单元、脉冲标记治理单元、电源等硬件电途组成,体系构造如图2所示。

  舵机沉要是由外壳、小型直流电动机、减速齿轮、地方检测器和独揽电路板所构成。其供职旨趣如图3所示,此中•,直流电动机手脚驱动器产灵活力源[10],行径由减疾齿轮减速,传达给输出轴和舵盘,在输出轴后端连接有电位计,用以检测片刻场所,并将此值与驱动记号端口发送来的位信赖号进行斗劲,经历掌握电路,将差值扩充并由电机实践掌管,告终位置伺服[11]。

  舵机是无人机飞行驾驭的实践机构,也是本系统的掌握标的,无人机凡是装备有5个舵机,差异用来支配油门•、副翼、升降舵、螺距和尾舵[12]。法例的舵机由一个宽度可调昀周期性方波脉冲记号即PWM波驾驭,以本编制采取的日本Futaba公司临蓐的S3003舵机为例,其脉冲周期为20 ms,主旨脉宽为l 5 ms,对应0度•,调理范围为1 ms。当方波的脉冲宽度矫正时,舵机转轴角度响应爆发- 90度到90度内的线性更正,并履历连杆拉动舵面运动,从而把握无人机的飞行状貌,舵机输入脉冲与舵偏角的对应干系如图4所示。

  由舵机的管事意义可知,要竣工对舵机的驾驭,实践上就是能给它提供一个可控制的PWM信号。本体系所需的PWM暗记是由单片机准时器B的时钟模块发作,该时钟模块有4种计数功能取舍及8种输出法子取舍,采用增计数模式和翻转/复位的输出门径•,图5为此种聚集模式下的示企图,由图可知,欺诈TBO的TBCCRO值行径计数周期,TBI - TB5的TBCCRl - TBCCR5值举动计数值,当计数到达TBCCRx(x取1-5)值时•,输出标帜举行翻转,达到TBCCRO值时输出信号举行复位,从而能够方便的创造所需占空比的PWM标识。

  古板的舵机控制器通信协议帧泛泛采取舵机编号加数据的本事,每帧数据只能支配一个舵机,大大颓唐了通信的效率•。本编制中每帧数据由16字节组成,个中收罗帧头占两个字节、主意建造ID、数据位及校验和。帧头和校验和用于区别出数据帧并查验数据是否确切;计划创立ID用于标示舵机驾御板(与之匹配的主控争辩机板可毗邻多

  块舵机把握板以强化兼容性和可推广性)••;中心12个字节的数据位用于同时解算舵机的偏角,其中每个舵机占2个字节,极大的抬高了数据帧的欺诈效能,所以,MSP430F149的定时器B可输出多达6途PWM波。

  (1)起初定义一个将两个字节的十六进制数变为有标识整型的函数i16Bits2lnt在此中定义一个umon类型的变量itmp,而后资历赋值itmp.(2)接下来捉弄前面自定义的函数达成5途角度的解算,个体代码如下:

  (3)在PwmOut()函数中进行解算的角度到TBCCRx值的更改,阅历准确较量,本系统入网数周期TBCCRO值为8947,有效脉冲宽度TBCCRx设备局限为223 - 1118,零位对应671。

  开辟情状中实现,紧急征求体系初始化模块、定时管制模块和串口收场执掌模块。此中,初始化模块紧张搜罗体系时钟、端口•、按时器等的初始化;守时办理模块首要是捉弄依时器A的计数定时职能来竣工看门狗清零、PWM输出及体系检测等机能,给与肖似于嵌入式实时掌握系统的技巧片轮转任务安排伎俩;串口结局治理模块用来罗致飞控计算机发送的和议帧,并举行反应的管制。

  串口通信模块回收已矣措施罗致控计较机依据协议格式发来的独揽标志,而后将数据存人预先定义好的16字节的数组,由解锁封锁模块提取出各舵机通说的指令把握量。数据形式为8位数据位,1位合幕位,无校验位,波特率吁请为19200 bps••。需要刺眼的是,由于欺诳32. 768 kHz的低频晶振无法到达飞控争辩机哀告的19200 bps波特率,故串口初始化治安中给与3 579 MHz的高频晶振,履历设置UOBRO、UOBRI、UMCTLO三个存放器的值差别为OxBA•、Ox00、Ox90来完成19200 bps的波特率。一旦串口汲取到数据时,就会投入串口罢了工作程序,已毕吸取过程如图7所示。

  必要声明的是,古代的舵机支配系统在汲取到指令后仅实行PWM信号的解算•,而未会商到实质调试经过中能够滋长的标题。出于完整性切磋,本系统接管“帧封装•”假想。所谓“封帧”便是串口每招揽到一帧数据就依照通信帧契约将数据打包,返送回飞控辩论机或调试用的上位机,紧急是为简略体系调试以讯断串口通信正常与否;所谓“解帧”就是在担保罗致到的通信帧数据绝对的条目下,达成和议帧到PWM标识的解算。

  为大略调试,给与PC机上的“串口调试协理V2. 2”效仿无人机飞控辩论机经历RS422串口衔命帧协议每隔1秒守时向舵机操纵体系发送指令,依据前面所述的封帧模块•,舵机操纵体系会将吸收

  基于MSP430的舵机左右编制联想张建鹏,等到的数据凭据帧协议打包发送给飞控计较机,手脚反响。实验界面如图8所示,图中反馈讯歇显示在吸取字符区,而控制叮嘱展现在发送字符区,系统反映及时,实时性强,况且不生活数据掉失或误码形式。

  图9未愚弄波器测得一途PWM输出波形可能看降生纪输出地PWM波形褂讪,杂波极少,复关系统预设苦求。

  欺诳自制的舵机考试软件对某一通说举办正弦跟踪拟合后的曲线所示,个中横坐标代表工夫(测验频率取0.1 Hz),纵坐标代表角度•,绿色曲线代表舵机的理论偏转角,黄色曲线代表舵机的实际偏转角,赤色曲线代表弱点,经本质测算,欠缺熊有效驾御在百分之零点一之内,跟踪机能精良。

  本体系的益处有:1)基于传布式策略思想设想舵机控制编制,有利于飞控体例的推广与升级。2)串口通信领受“帧封装•”设计,拉长了嵌入式体例“黑匣子”的通明度,极其纯洁调试。3)顺服了传统通信协议每帧指令驾驭一齐舵机的瑕疵,本系统每帧数据同时把握六路舵机,极大的提高了通信效力。4)软件想象基于手艺片轮转调动想想,升高了代码实践服从•,使得编制的实时性分明巩固。5)爆发的PWM记号平定•,精度高,电机的发抖和互扰形状显明缩小,非常有利于无人机在高空扩充任努。

  进程调试,该硬件平台各项本能均到达遐想主意,经再三试飞,安稳的确,完全称心苦求,同时表明该布置是一种实用于小型无人机的经济可靠的方案。

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