淺析遠(yuǎn)程遙控電機(jī)

1、淺析遠(yuǎn)程遙控電機(jī)淺析遠(yuǎn)程遙控電機(jī)一、引言近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，遠(yuǎn)程控制已經(jīng)深入到工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及生活中。通用無線分組業(yè)務(wù) GPRS 是在現(xiàn)有 GSM 系統(tǒng)上發(fā)展出來的，具有網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積大，數(shù)據(jù)傳輸速率高，實(shí)時(shí)在線等優(yōu)點(diǎn)。而手機(jī)短消息業(yè)務(wù)不需要建立撥號(hào)連接就可以直接把消息發(fā)送到目的地，除此之外，手機(jī)便于攜帶，可以隨時(shí)隨地進(jìn)行工作。因此，應(yīng)用手機(jī)短消息來進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控具有很廣泛的應(yīng)用前景。在各控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)作為一種典型的執(zhí)行部件而得到廣泛應(yīng)用，但是常用于控制步進(jìn)電機(jī)的方法有 PLC 控制，CAN 總線控制，單片機(jī)控制等。本文在諸如 GPRS 無線遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)、GPRS 遠(yuǎn)程監(jiān)控路

2、燈系統(tǒng)等成功案例的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代通信技術(shù)和單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)技術(shù)，研究了一種基于 GPRS 的遠(yuǎn)程遙控步進(jìn)電機(jī)，通過手機(jī)發(fā)送短消息，可以讓工作人員不在工作現(xiàn)場(chǎng)也能對(duì)工作中步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控。一、系統(tǒng)構(gòu)成與工作原理整個(gè)系統(tǒng)分為上位機(jī)和下位機(jī)兩個(gè)部分。上位機(jī)是用手機(jī)實(shí)現(xiàn)的；下位機(jī)則是由控制模塊（以飛思卡爾單片機(jī)為核心），串口通信模塊，GPRS 模塊，BDM 程序下載，PWM 波模塊，步進(jìn)電機(jī)模塊組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1 所示。系統(tǒng)的工作原理是：首先通過手機(jī)發(fā)送短消息（該短消息的內(nèi)容是控制命令）；然后 GPRS 模塊會(huì)接收到新消息；接下來單片機(jī)通過串口讀取 GPRS 模塊接收到的新消息，再對(duì)

3、接收到的新消息進(jìn)行比較處理后單片機(jī)控制產(chǎn)生相應(yīng)的PWM 波驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊使步進(jìn)電機(jī)按照控制命令進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。其主要功能模塊如下：2.1 GPRS 模塊GPRS 模塊是以短消息形式來完成單片機(jī)與遠(yuǎn)端用戶手機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換。本系統(tǒng)采用的是 Simcom 公司的 Sim300 GPRS 模塊，通過模塊的串口發(fā)送 AT 指令實(shí)現(xiàn)對(duì)模塊的控制。用 AT 指令實(shí)現(xiàn)短消息控制指令的步驟如下：AT+CMGF=1 設(shè)置短消息格式為 TEXT 模式AT+CSCS=”GSM”設(shè)置字符格式為 GSM 模式AT+CSCA=”+86138*”，145 設(shè)置短消息服務(wù)中心地址AT+CSMP-17，167，0，24 設(shè)置短

4、消息發(fā)送相關(guān)參數(shù) FO、VP、PID 和 DCSAT+CNMI=2，l，0，0，0 設(shè)置收到新短消息存于 SIM 卡中并發(fā)出 CNMI 通知AT+CNGR=n 設(shè)置讀取短消息，n 表示短消息存在 SIM 卡中的序號(hào)AT+CMGD=n 設(shè)置刪除短消息，n 表示短消息存在 SIM 卡中的序號(hào)在完成 GPRS 短消息接收過程中，以上 AT 命令必須設(shè)置，但相鄰 AT 命令之間要有延時(shí)。2.2 PWM 波模塊PWM（脈沖寬度調(diào)制）是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。圖 2 是一個(gè)典型的 PWM 波形周期圖。圖中表示一個(gè)完整 PWM波的周期，tt 表示的是占空比，相位指 P

5、WM 波的高低電平。單片機(jī)輸出的 PWM 波是通過其波形的占空比來控制直流步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的。PWM波形占空比越大，其高電平時(shí)間越長(zhǎng)，那么步進(jìn)電機(jī)的通電時(shí)間也就越長(zhǎng)，獲得的平均電流也就越大，其轉(zhuǎn)速也就相應(yīng)越大，反之則相反。16 位飛思卡爾單片機(jī)的 PWM 模塊有 8 個(gè) 8 位或 4 個(gè) 1 6 位 PWM 波通道。使此單片機(jī)的 PWM 模塊產(chǎn)生的 PWM 波形占空比的計(jì)算方法如公式(1)(2)。極性為 0 時(shí)：Duty Cycle=(PWMPERxPWMDTYx)PWMPERx 100% (1)極性為 l 時(shí)：Duty Cycle=PWMDTYx，PWMPERx木 100% (2)式中：Duty

6、 Cycle 指波形占空比，PWMPERx 指第 x 條通道的周期寄存器值，PWMDTYx 指第 x 條通道的占空比寄存器值。1 6 位飛思卡爾單片機(jī)的 PWM 模塊輸出 PWM 波時(shí)有兩種情況，極性為 0 是指先輸出低電平，占空比計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)完畢后變?yōu)楦唠娖?，?1 時(shí)相反。在本方案中，采用的是極性為 0，故在控制步進(jìn)電機(jī)速度時(shí)，采用公式(1)來計(jì)算 PWM 波形占空比的。2.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器是把單片機(jī)控制系統(tǒng)提供的弱電信號(hào)放大為步進(jìn)電機(jī)能夠接受的強(qiáng)電流信號(hào)?？刂葡到y(tǒng)提供給驅(qū)動(dòng)器最主要的信號(hào)就是步進(jìn)脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)器就是把這路信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的。三

7、、系統(tǒng)軟件研究本系統(tǒng)基于 GPRS 的遠(yuǎn)程控制指令可以采用短消息方式傳送。Sim300 GPRS 模塊有 PDU 和 TEXT 兩種短消息模式，在本系統(tǒng)中采用的是 TEXT 英文短消息模式，具體軟件流程圖如圖 3 所示：初始化設(shè)置包括時(shí)鐘初始化、串口初始化、PWM初始化和 GPRS 模塊初始化設(shè)置。系統(tǒng)軟件在 GPRS 模塊初始化時(shí)做了保密性方面的設(shè)置，即只有對(duì)應(yīng)的手機(jī)號(hào)碼才能夠被識(shí)別，其發(fā)送的短消息控制命令才能控制此系統(tǒng)中步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 分別做了對(duì)步進(jìn)電機(jī)加速和減速控制的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖 4-5 所示：圖中所標(biāo)注的點(diǎn)是當(dāng)接收到控制信息命令時(shí)單片機(jī)產(chǎn)生的 PWM 波形占空

8、比值。由圖 4 和圖 5 可以得知，改變 PWMPER 和 PWNWIY 的值均能改變 PWM 波形占空比值，且此比值和 PWMPERft9 值戚正比，和 PWMDIY 的值成反比，這一變化的前提條件是 PWIvWIY 的值小于 PWMPER。比較圖 4 和圖 5 發(fā)現(xiàn)，當(dāng) PEMPEREtJ 值和PWMDIY 的值同向變化時(shí)，PWM 波形的占空比值變化沒有它們反向變化時(shí)的快，這是因?yàn)槊}沖波形周期變大而占空比計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)又變慢時(shí)，波形高電平的時(shí)間增加，相應(yīng)的波形占空比值就會(huì)變大，最終使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速提高。兩圖中占空比值之所以都不是連續(xù)變化，是由于此值的變化是通過手機(jī)短消息控制的，而手機(jī)發(fā)送的短消息不是連續(xù)的。五、結(jié)語以短消息方式