基于雙處理器的投影機(jī)升降控制設(shè)計(jì)方案

： 提出了一種基于Atmega8 和Stm32F101 雙處理器的投影機(jī)升降控制設(shè)計(jì)方案，介紹了其電路組成、功能以及軟件流程。其中Atmega8 負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，Stm32F101 實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制，處理器間通過I2C 總線進(jìn)行通訊。系統(tǒng)采用了紅外遙控或外部按鍵輸入裝置控制，也可以用PC 機(jī)聯(lián)機(jī)控制。試驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案正確、有效，定點(diǎn)精度符合實(shí)用要求。

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投影機(jī)升降控制系統(tǒng)由Atmega8 數(shù)據(jù)采集電路、Stm32F101 控制電路、電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)檢測模塊、紅外遙控接收發(fā)模塊、外部按鍵模塊以及外接抗干擾等電路構(gòu)成。目標(biāo)是對(duì)投影機(jī)等多媒體設(shè)備的升降控制。方案中能隨時(shí)設(shè)置投影機(jī)到達(dá)的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的上限值，設(shè)置完畢后無論投影機(jī)在哪個(gè)位置，當(dāng)按上升鍵時(shí)能到達(dá)設(shè)置的最高點(diǎn)，按下降鍵時(shí)能到達(dá)設(shè)置的最低點(diǎn)，按停止鍵時(shí)停止運(yùn)動(dòng)。采用粗調(diào)與微調(diào)相結(jié)合的操作方式，長按操作鍵3 秒時(shí)投影機(jī)連續(xù)升或降，松手時(shí)停止，主要用于粗調(diào)；短按操作鍵時(shí)投影機(jī)升或降一定距離后自動(dòng)停止，用于微調(diào)。當(dāng)設(shè)置完后，用保存鍵保存設(shè)置，倘若沒有保存設(shè)置，則設(shè)置點(diǎn)無效。紅外遙控器既可設(shè)置運(yùn)行參數(shù)，也可升降控制。

2 基本控制方法

控制系統(tǒng)的關(guān)鍵在于可以控制投影機(jī)升降到任意位置，升降過程是靠電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)的，升降的直線距離與電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)相對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的控制也就實(shí)現(xiàn)了升降直線距離的控制。本方案的技術(shù)突破點(diǎn)在于將精確直線距離控制轉(zhuǎn)化為對(duì)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的控制，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈對(duì)應(yīng)升降直線距離一毫米，本方案的直線距離控制準(zhǔn)確度為一毫米，即實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈的數(shù)字控制。電動(dòng)機(jī)控制模塊中采用2 個(gè)紅外傳感器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)與旋轉(zhuǎn)方向的采集，由Atmega8 兩根I/O 引腳采集傳感器輸出的信號(hào)，引腳的電平組合信號(hào)變化狀態(tài)為00,10,11,01（順時(shí)針方向）或者00,01,11,10（逆時(shí)針方向）。本文利用motor _state 結(jié)構(gòu)體表示電機(jī)的狀態(tài)，結(jié)構(gòu)體中每個(gè)元素的含義如下：

通過結(jié)構(gòu)體前兩個(gè)元素值比較可以知道電機(jī)是否轉(zhuǎn)動(dòng)；通過3,4 元素比較可以精確定位投影位置，當(dāng)相等時(shí)產(chǎn)生中斷，命令電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)；在后2 個(gè)元素中，當(dāng)兩引腳由00 到10 時(shí)，motor _ bit _ L 第0位置一，10 到11 時(shí)，第1 位置一，11 到01 時(shí)，第2 位置一，01 到00 時(shí)，第3 位置一，所以當(dāng)?shù)?位全為1 時(shí)表示電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一圈則由motor _ bit _ R 表示。

3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)總體上分為信號(hào)采集與電動(dòng)機(jī)控制兩大部分。

如系統(tǒng)框圖右側(cè)Atmega8 主要用作紅外傳感器信號(hào)電平采集，當(dāng)Stm32F101 控制電機(jī)升降時(shí)，電機(jī)圈數(shù)檢測電路會(huì)通過紅外傳感器向Atmega8 輸入信號(hào)，從而判斷出電機(jī)的運(yùn)行情況。左側(cè)為Stm32F101 控制電機(jī)的升降部分。命令可以分別由紅外遙控或者與PC 機(jī)聯(lián)機(jī)后的按鍵方式輸入。當(dāng)Atmega8 采集紅外傳感器信號(hào)電平時(shí)，可以通過I2C總線與Stm32F101 傳遞信息，在投影機(jī)到達(dá)目的點(diǎn)時(shí)發(fā)出中斷信號(hào)使Stm32F101 產(chǎn)生中斷，處理相關(guān)的操作。圖中所示，通過串口可以方便讀寫2 個(gè)E2PROM 的內(nèi)部數(shù)據(jù)。掉電保存模塊采用的是CAT24WC16,即使在運(yùn)行中突然停電，也能自動(dòng)保存電機(jī)停電時(shí)刻的狀態(tài)參數(shù)，即保存motor _state結(jié)構(gòu)體變量。

圖1 控制器系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

3.1 電機(jī)圈數(shù)檢測單元

此單元在整個(gè)系統(tǒng)中處于重要地位，在電機(jī)轉(zhuǎn)軸一端套著半圓鐵片，置于紅外傳感器發(fā)射端和接收端之間，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)鐵片跟著旋轉(zhuǎn)。圈數(shù)檢測單元中有兩個(gè)紅外傳感器，其中每個(gè)紅外傳感器由發(fā)射端和接收端組成。發(fā)射端和接收端之間被半圓鐵片擋住時(shí)輸出信號(hào)為低電平0,沒有擋住時(shí)輸出信號(hào)為高電平1.由于是半圓鐵片，隨著電機(jī)的不斷旋轉(zhuǎn)，Atmega8兩個(gè)引腳接收紅外傳感器信號(hào)，不斷循環(huán)地檢測兩引腳的輸入電平。當(dāng)兩引腳的輸入電平?jīng)]有變化時(shí)代表電機(jī)沒有轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)變化狀態(tài)為00,10,11,01 或者00,01,11,10 時(shí)，表明電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。狀態(tài)順序反映出電機(jī)順時(shí)針或者逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。

3.2 電機(jī)控制模塊

圖2 是Stm32F101 對(duì)電機(jī)控制的硬件原理圖。

圖2 電機(jī)控制硬件結(jié)構(gòu)圖。

圖中ULN2803A 是達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器件， 受控于Stm32F101,MOTO_UD,MOTO_ON,SPK 直接與Stm32F101 連接，它們的作用分別是控制電機(jī)升降，控制電機(jī)工作還是停止，控制蜂鳴器響停。繼電器RL303 工作時(shí)，電機(jī)工作在220V 交流下，反之則停止工作。而繼電器RL302 常開時(shí)，從圖中知道是控制電機(jī)升操作，反之常閉是對(duì)電機(jī)降操作。為了提高電機(jī)的安全性，還采取了升降保護(hù)，如圖中連接有兩個(gè)限位開關(guān)，分別是升、降限位保護(hù)，即當(dāng)?shù)竭_(dá)極限點(diǎn)時(shí)限位開關(guān)斷開，導(dǎo)致電機(jī)停止工作，起到保護(hù)電路的作用。