基于STM32的红外大镜头精确定位的设计与实现

    1. 1 整体设计

    系统硬件设计框图如图1所示, PC机负责人机交互及PID参数的设置及数据回读,系统通过RS232接口与MCU交换信息;MCU负责接收上位机的命令及参数等数据,同时将数据中有关PID参数的内容保存到FLASH中,MCU负责带死区功能的PWM波形的产生、输出,以及光电编码器的脉冲计数、方向判别、ADC电流采样、限位光电开关检测等,由于系统只能提供1组电源,故光电隔离模块被省略。

    1. 2 供电部分设计

    系统提供12V电池供电,直接供给电机使用,由于STM32需要3. 3V供电,L298及光电编码器则采用5V供电,所以需要对系统的电压进行转换。考虑到转换效率, 12V转5V用DC-DC电压转换芯片LMD2575-5. 0,其转换效率可达82%。为增加系统的可靠性,减少共模干扰, LMD2575后的电感采用共模电感。5V转3. 3V则采用常见的LDO稳压芯片LM1117来产生。为防止电机在启动的瞬间产生大电流将电池电压拉低,在DC-DC模块前加入了2200uF的大电容和MOSFET二极管,防止在拉低瞬间电流倒流, C6、C8、C10、C11、C12为滤波电容。

    1. 3 电机驱动电路部分设计

    直流电机驱动电路一般采用由达林顿管组成的H型PWM电路,这种结构的驱动电路可以实现直流电机的正转、反转、正转制动、反转制动等功能,为了简化系统结构,提高系统的可靠性,我们采用内部集成8个达林顿管的电机专用驱动芯片L298。L298是ST公司的双全桥步进电机专用驱动芯片,内部包含4信道逻辑驱动电路,是可同时驱动2个直流电;其与MCU的接口为标准TTL接口,可驱动达46V、2A的直流电机;通过接收MCU发送的PWM调制信号来进行输出电压调节。

    电机驱动电路原理图如图2所示,引脚8接MCU的PWM信号,引脚7、9接EN1、EN2控制电机的正转、反转运动状时电流可以通过二极管流通。引脚2、19为电流检测引脚,可以通过连接大功率电阻来进行过流保护,在本设计中的过流保护部分采用软件的方法来进行保护,故在此直接接地。需要注意的是MCU与L298的接口均采用容忍5V的I/O端口进行直接连接,输出方式为推挽输出。

    1. 4 光电编码器部分设计

    电机轴上安装了增量式正交光电编码器,随着位置的变化输出一系列的脉冲信号,然后根据位置变化的方向用计数器对脉冲进行加/减计数,以此达到位置检测的目的。本设计采用了256线的编码器,其旋转一周产生256个脉冲,具有2个通道,最高工作频率160 kHZ,输出信号TTL兼容。

    STM32的所有定时器都集成了正交编码器接口,定时器的两个输入T11和T12直接与增量式正交编码器接口。当定时器设为正交编码器模式时,这两个信号的边沿作为计数器时钟。而正交编码器的第三个输出(机械零位),可连接外部中断口来触发定时器的计数器复位。