[发明专利]一种基于WiFi无线局域网的有刷直流电机网络化调速平台

说明书

技术领域

本发明涉及基于WiFi无线局域网的有刷直流电机网络化调速平台领域，具体涉及一种最新的基于ARMv6架构、支持无线通信的ARM11微处理器的多台有刷直流电机网络化调速平台设计。

背景技术

随着通信技术、计算机网络以及控制科学的发展和交叉渗透，系统结构变得越来越复杂，空间分布越来越广，控制性能的要求也越来越高。这给自动化技术的发展带来了新的机遇和挑战。网络化控制系统与传统的控制系统最大的不同在于其通信方式是基于网络的，而不是传统的点对点的通信方式，它体现了控制系统向网络化、集成化、分布化、节点智能化的方向发展。而基于无线网络的网络化控制系统，它能够实现区域资源共享、远程操作与控制、安装与维护简便、有效减少系统的重量和体积、增加系统的灵活性等诸多优点。尤其是WiFi无线局域网络的成功应用，它的发展程度与技术集成度都很高、拥有标准的网络通信协议与接口、无线便捷、运行成本和维护费用低等诸多优点，在日常的生产实践中得到了广泛应用。因此，将WiFi无线局域网络运用到网络化控制系统中，正成为当今网络化控制的发展趋势之一。

有刷直流电机作为最重要的机电能量转换装置，具有良好的起、制动性能，适宜大范围内平滑调速，广泛应用于国民经济的各个领域，特别是工农业生产、交通、国防、航空航天，以及日常生活的家用电器和消费电子产品。

目前，对有刷直流电机网络化调速平台的研究比较少，大多数是通过有线网络进行通信，平台的灵活性差，且易受地域性的影响。并且现有的平台一般是基于单片机、DSP以及STM32等处理器而设计的控制系统，仅利用单一的裸机程序进行控制。因此，对于脱离操作系统的内核而言，一方面，在面对复杂算法或程序内部运算时，没有强大的运算器作为支撑；另一方面，对于系统内部软硬件资源调用以及有突发事件发生时，缺乏思想性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种基于WiFi无线局域网的有刷直流电机网络化调速平台。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种基于WiFi无线局域网的有刷直流电机网络化调速平台，包括远程PC、开发板、微处理器、电机驱动模块、旋转编码器、计数电路模块、有刷直流电机以及电源模块，远程PC利用WiFi无线局域网向开发板发送各电机转速信号，微处理器将各转速信号转换成对应的多路PWM波输出至电机驱动模块，电机驱动模块输出相应的电压实现电机转速的调节，有刷直流电机通过轴联器与旋转编码器相接，采用硬件计数的方式，编码器输出的A、B两路脉冲信号首先经过计数电路模块，实现信号的鉴相、倍频和计数处理，然后进入开发板的GPIO口，取GPIO的GPN口为外部中断接收口，微处理器利用中断方式采集计数电路模块的计数脉冲，计算出各电机的转速值，并将转速值通过WiFi反馈至远程PC，电源模块除了用于向各模块提供工作电压外，还用于电压转换。

进一步，上述开发板搭载的是Linux操作系统，对Linux内核做适当裁剪，编译成平台所需的zImage映像，再将制作的u-boot和文件系统共同形成Linux操作系统。

远程PC与开发板之间的无线通信是基于TCP/IP协议，通过设计socket套接字的C/S网络通信程序实现。

为了控制多台有刷直流电机，除了开发板GPIO的GPF14和GPF15产生2路PWM波外，还可以利用多余的GPIO，通过复用定时器和中断的方式来产生不同频率的PWM波。

微处理器的内核会根据设计的PWM波输出驱动程序，将接收的电机转速信号转换成微处理器内部定时器的计数缓冲寄存器TCNTBn和比较缓冲寄存器TCMPBn对应的数值，改变两个寄存器内部值，可使平均电压值发生变化，进而调节电机转速。

为了使PWM波输出信号被电机驱动模块识别，可以提供电机驱动模块的驱动程序以。

上述的有刷直流电机选用工作电压12V，转速维持在6000～9000转左右的电机。

上述的计数电路模块使用D触发器，并结合逻辑门电路，实现鉴相和倍频，采用硬件计数的方式，编码器脉冲计数的分辨率为2¹⁶P/R以下以保证平台的实时性。

为了使编码器与计数电路的计数脉冲能被开发板的GPIO识别，可以提供编码器计数设备驱动程序。

上述的电源模块除了提供12V的工作电压，还包含一个电压转换电路，将编码器脉冲输出的12V电压转换至开发板所需的5V工作电压。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点：