嵌入式單片機在電動工具中的應用

黨兆泉

(山東中興電動工具有限公司,山東濟南 250014)

嵌入式單片機在電動工具中的應用

黨兆泉

(山東中興電動工具有限公司,山東濟南 250014)

隨著我國經濟水平的不斷提高,電動工具行業也取得了飛速發展,最初的電動工具自身自動化水平比較低,智能化程度不高。但是隨著嵌入式技術的發展,基于單片機的智能控制單元越來越多的應用到了電動工具中來,并且極大的提高了電動工具的智能化水平,。本文主要對嵌入式單片機在電動工具中的應用做了詳細分析與探討。

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1 引言

對于嵌入式技術來講,他是一個外延非常廣泛的名詞,通俗來說我們可以將所有具有嵌入式特點的控制系統全部稱作嵌入式系統。當今我們所討論的嵌入式系統多是指自身具有操作系統的嵌入式技術。對于嵌入式系統來講,自身主要由四個部分組成,分別為中央處理單元、存儲單元、輸入輸出設備以及相應的軟件系統。嵌入式系統由于其在體積質量和控制性能上具有明顯的優勢,它被廣泛的應用到了電動工具行業中來。眾所周知,電機是所有電動工具的核心,對于電機的控制也是影響電動工具性能好壞的一項重要內容,隨著嵌入式單片機技術的不斷發展和應用,使得對電機的控制更加簡單可靠,并且能夠優化電動機的工作性能。另外,電源部分也是便攜式電動工具的一個至關重要的組成部分,基于嵌入式單片機的電源管理系統也是當今嵌入式單片機一個比較熱門的應用領域。

2 嵌入式單片機技術分析

嵌入式單片機技術是一種基于單片機的執行特定功能的計算機控制系統。一個嵌入式系統主要包括計算機控制系統以及執行裝置兩大部分。對于執行裝置來講,他是在計算機控制系統的控制下進行特定操作的裝置,執行裝置種類很多,有很簡單的執行裝置,也有集成多種電機以及相關傳感器的復雜裝置。計算機控制系統是整個嵌入式系統的核心部分,它主要由三大部分組成,分別為硬件層、中間層和軟件層。下面我們主要對這三部分進行分析介紹。

2.1 硬件層

該層主要由中央處理器、存儲器以及輸入輸出接口等硬件組成,并且與相關的電源芯片連接構成了整個嵌入式系統的控制核心,整個系統的程序以及相關操作系統都被寫入到該層的只讀存儲器當中。

2.2 中間層

中間層通常也被叫做硬件抽象層,它介于硬件層以及軟件層中間,由此實現將兩個層分離,從而使系統的硬件與自身的底層驅動程序沒有任何關系。當開發者進行程序開發時,可以在不考慮底層程序的情況下直接對處理器進行編程。中間層實際上是軟件層的一種,但是它不是真正意義上的軟件層,其自身與硬件層具有十分緊密的聯系,該層中包含了關于硬件初始化以及功能配置等程序,操作者在對單片機進行編程時實際修改的是該層的程序。對于中間層的設計主要包括兩大部分,首先是硬件初始化程序,其次是設計相關的硬件驅動程序。

2.3 軟件層

對于軟件層來講,它為嵌入式開發者提供了軟件基礎以及相關的開發平臺,它主要由多任務操作系統、網絡系統、圖形用戶接口以及文件系統等組成。

3 嵌入式單片機在電動工具中的應用

對于電動工具來講,電動機是其自身工作的核心部分,早先對于電動機的控制主要是通過模擬器件的簡單控制。然而隨著數字控制技術特別是嵌入式單片機技術應用到電機控制領域,使得電動工具自身在工作性能上得到了十分顯著的提升。另外,隨著便攜式移動設備的不斷發展,電池電源也成為制約便攜式電動工具應用的一個瓶頸,所以基于嵌入式單片機技術的電池管理系統也是當今研究的一個熱點。下面針對這兩方面做以深入分析。

3.1 嵌入式單片機在電動機控制的應用

由于當今電動工具有趨向于充電式電動工具的傾向,因此我們主要討論基于嵌入式單片機技術的直流電機控制,并給出了一個具體的實施方案。

對于小功率直流電機來講,單片機主要采用脈寬調制技術來對電動機的轉速進行控制,所謂的脈寬調制技術就是改變電源的接通時間與通電時間的比例來實現的。通過脈寬調制技術來對電動機的轉速進行調節。

本方案單片機采用的是89C51系列單片機,該種單片機廣泛應用于當今的工業控制中。DAC0832芯片是由一個八位D/A轉換單元以及兩個八位寄存器組成,本方案通過利用兩個寄存器來加大的簡化硬件接口電路的復雜度。本方案利用霍爾元件以及相關測速模塊來對電機的轉速信號轉換成電信號,并傳送給單片機,單片機通過特定程序來對電信號進行處理,并且將執行信號傳輸給DAC0832以此實現對電機轉速的控制。

上述控制方案是當今直流電機控制領域比較常用的一種控制方式,該種方案在控制性能、信號處理速度以及成本方面都具有相當明顯的優勢,能夠滿足絕大部分電動工具的要求。

3.2 嵌入式單片機在電源管理中的應用

當今便攜式電動工具應用越來越廣泛,而自身電源電能成為其自身發展應用的一個關鍵瓶頸。采用嵌入式單片機技術的電池管理系統將電源運行狀態進行合理劃分,通過分析電源的使用情況來對電源進行管理。例如,對于當今發展迅速的直流充電電動工具來講,嵌入式技術已經廣泛的應用到了其自身的電池管理系統中,對于電動汽車的電池管理系統,他是集電池組數據采集、充電保護和狀態估計于一體的嵌入式系統,其中對電池的電流電壓以及溫度信號的采集與處理、對電池充放電的控制都采用了嵌入式單片機技術,以此實現其智能控制。

4 結語

隨著我國經濟的不斷發展,電動工具也受到了越來越廣泛的使用,這也對電動工具自身的性能提出了越來越高的要求。當今嵌入式單片機技術被廣泛的應用到了電動工具控制系統中,小到對電動工具的控制大到對電動汽車電源系統的控制,嵌入式單片機技術都發揮著無可替代的作用。當然,對于某些特定應用領域,我們對嵌入式單片機的應用還不夠成熟,需要我們不斷努力來提高其應用效果。

[1]張毅剛,彭喜元.單片機原理與應用設計[M].北京:北京市海淀區四季青印刷廠,2010.

[2]張毅剛.新編MCS-51單片機運用設計.哈爾濱:哈爾濱工業大學出版社,2003.

[3]周立功.直流電機原理與驅動[M].西安:西安電子科技大學出版社,2008.1.