基于嵌入式的汽车里程传感器耐久测试台的设计(编辑修改稿)

基于嵌入式的汽车里程传感器耐久测试台的设计(编辑修改稿)内容摘要：

的磁阻比 A 磁极下的磁阻大。 若给 B相通电， B 相绕组产生定子磁场，其磁力线穿越 B 相磁极，并力图按磁阻最小 13 的路径闭合，这就使转子受到反应转矩（磁阻转矩）的作用而转动，直到 B 磁极上的齿与转子齿对齐，恰好转子转过 3o；此时 A、 C 磁极下的齿又分别与转子齿错开三分之一齿距。 接着停止对 B相绕组通电，而改为 C相绕组通电，同理受反应转矩的作用，转子按顺 时针方向再转过 3o。 依次类推，当三相绕组按 A→B→C→A 顺序循环通电时，转子会按顺时针方向，以每个通电脉冲转动 3o 的规律步进式转动起来。 若改变通电顺序，按 A→C→B→A 顺序循环通电，则转子就按逆时针方向以每个通电脉冲转动 3o 的规律转动。 因为每一瞬间只有一相绕组通电，并且按三种通电状态循环通电，故称为单三拍运行方式。 单三拍运行时的步矩角 θb 为 3o。 三相 步进电动机 还有两种通电方式，它们分别是双三拍运行，即按 AB→BC→CA→AB顺序循环通电的方式，以及单、双六拍运行，即按 A→AB→B→BC→C→CA→A 顺序循环通电的方式。 六拍运行时的步矩角将减小一半。 反应式步进电动机的步距角可按下式计算： θb=360o/NEr (1) 式中 Er—— 转子齿数； N—— 运行拍数， N=km， m 为 步进电动机 的绕组相数， k=1 或 2。 步进电动机的驱动方法 步进电动机不能直接接到工频交流或直流电源上工作，而必须使用专用的步进电动机驱动器，如图 2所示，它由脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。 图中点划线所包围的二个单元可以用微机控制来实现。 驱动单元与步进电动机直接耦合，也可理解成步进电动机微机控制器的功率接口，这里予以简单介绍。 14 图 2 步进电动机驱动控制器 单电压功率 驱动接口 实用电路如图 3所示。 在电机绕组回路中串有电阻 Rs，使电机回路时间常数减小，高频时电机能产生较大的电磁转矩，还能缓解电机的低频共振现象，但它引起附加的损耗。 一般情况下，简单单电压驱动线路中， Rs 是不可缺少的。 Rs对步进电动机单步响应的改善如图 3(b)。 图 3 单电压功率驱动接口及单步响应曲线 15 图 4 双电压功率驱动接口 双电压功率驱动接口 双电压驱动的功率接口如图 4所示。 双电压驱动的基本思路是在较低（低频段）用较低的电压 UL 驱动，而在高速（高频段）时用较高的电压 UH 驱动。 这种功率接口需要两个控制信号， Uh为高压有效控制信号， U为脉冲调宽驱动控制信号。 图中，功率管 TH 和二极管 DL 构成电源转换电路。 当 Uh低电平， TH 关断， DL正偏置，低电压 UL对绕组供电。 反之 Uh 高电平， TH导通， DL 反偏，高电压 UH 对绕组供电。 这种电路可使电机在高频段也有较大出力，而静止锁定时功耗减小。 高低压功率驱动接口 图 5 高低压功率驱动接口 高低压功率驱动接口如图 5 所示。 高低压驱动的设计思想是，不论电机工作频 16 率如何，均利用高电压 UH 供电来提高导通相绕组的电流前沿，而在前沿过后，用低电压 UL 来维持绕组的电流。 这一作用同样改善了驱动器的高频性能，而且不必再串联电阻 Rs，消除了附加损耗。 高低压驱动功率接口也有两个输入控制信号 Uh和 Ul，它们应保持同步，且前沿在同一时刻跳变，如图 5 所示。 图中，高压管 VTH的导通时间 tl 不能太大，也不能太小，太大时，电机电流过载；太小时，动态性能改善不明显。 一般可取 1~3ms。 （当这个数值与电机的电气时间常数相当时比较合适）。 斩波恒流功率驱动接口 恒流驱动的设计思想是，设法使导通相绕组的电流不论在锁定、低频、高频工作时均保持固定数值。 使电机具有恒转矩输出特性。 这是目前使用较多、效果较好的一种功率接口。 图 6是斩波恒流功率接口原理图。 图中 R是一个用于电流采样的小阻值电阻，称为采样电阻。 当电流不大时， VT1 和 VT2 同时受控于走步脉冲，当电流超过恒流给定的数值， VT2 被封锁，电源 U 被切除。 由于电机绕组具有较大电感，此时靠二极管 VD 续流，维持绕组电流，电机靠消耗电感中的磁场能量产生出力。 此时电流将按指数曲线衰减，同样电流采样值将减小。 当电流小于恒流给定的数 值， VT2 导通，电源再次接通。 如此反复，电机绕组电流就稳定在由给定电平所决定的数值上，形成小小的锯齿波，如图 6 所示。 图 6 斩波恒流功率驱动接口 17 斩波恒流功率驱动接口也有两个输入控制信号，其中 u1 是数字脉冲， u2是模拟信号。 这种功率接口的特点是：高频响应大大提高，接近恒转矩输出特性，共振现象消除，但线路较复杂。 目前已有相应的集成功率模块可供采用。 升频升压功率驱动接口 为了进一步提高驱动系统的高频响应，可采用升频升压功率驱动接口。 这种接口对绕组提供的电压与电机的运行频率成线性关系。 它的 主回路实际上是一个开关稳压电源，利用频率 电压变换器，将驱动脉冲的频率转换成直流电平，并用此电平去控制开关稳压电源的输入，这就构成了具有频率反馈的功率驱动接口。 集成功率驱动接口 目前已有多种用于小功率步进电动机的集成功率驱动接口电路可供选用。 L298 芯片是一种 H 桥式驱动器，它设计成接受标准 TTL 逻辑电平信号，可用来驱动电感性负载。 H桥可承受 46V 电压，相电流高达。 L298(或 XQ298，SGS298)的逻辑电路使用 5V电源，功放级使用 5~46V 电压，下桥发射极均单独引出，以便 接入电流取样电阻。 L298(等 )采用 15 脚双列直插小瓦数式封装，工业品等级。 它的内部结构如图 7 所示。 H 桥驱动的主要特点是能够对电机绕组进行正、反两个方向通电。 L298 特别适用于对二相或四相步进电动机的驱动。 图 7 L298原理框图 18 与 L298 类似的电路还有 TER 公司的 3717，它是单 H 桥电路。 SGS 公司的SG3635 则是单桥臂电路， IR 公司的 IR2130 则是三相桥电路， Allegro 公司则有A291 A3953 等小功率驱动模块。 图 8是使用 L297(环形分配器专用芯片 )和 L298 构成的具有恒流斩波 功能的步进电动机驱动系统。 图 8 专用芯片构成的步进电动驱动系统 简介 S3c6410是一个 16/32位 RISC微处理器 ，诣在提供一个具有成本效益、功耗低，性能高的应用处理器解决方案，像移动电话和一般的应用，它为 5G通信服务提供优化的 H/W性能， S3C6410采用了 64/32位内部总线架构。 该 64/32位内部总线结构由 AXI、 AHB和 APB总线组成。 它还包括许多强大的硬件加速器，像视频处理，音频处理，二维图形，显示操作和缩放。 一个集成的多路格式编解码器（ MFC）支持 MPEG4/、译码以及 VC1的解码。 这个 H/W编码器 /解码器支持实时视频会议和 NTSC、 PAL模式的 TV输出。 S3C6410 有一个优化的接口连线到外部存储器。 存储器系统具有双重外部存储器端口、 DRAM 和 FLASH/ROM/ DRAM 端口。 DRAM 的端口可以配置为支持移动DDR， DDR，移动 SDRAM 和 SDRAM。 FLASH/ROM/DRAM端口支持 NORFLASH， NANDFLASH， 19 ONENAND， CF， ROM 类型外部存储器和移动 DDR， DDR，移动 SDRAM 和 SDRAM。 为减少系统总成本和提高整体功能， S3C6410 包括许多硬件外设，如一个相机接口， TFT 24 位真彩色液晶显示控制器，系统管理器（电源管理等）， 4 通道 UART，32 通道 DMA， 4 通道定时器，通用的 I/O 端口， IIS 总线接口， IIC 总线接口， USB 主设备，在高速（ 480 MB/S）时 USB OTG 操作， SD 主设备和高速多媒 体卡接口、用于产生时钟的 PLL。 S3C6410 提供了丰富的内部设备，下面我们从它的整体特性、多媒体加速特性、视频接口、 USB 特征、存储器 设备、系统外设以及它的系统管理等方面来详细的介绍 S3C6410 处理器的特性： S3C6410体系结构 S3C6410 RISC 处理器特性包括： （ 1）基于 CPU 的子系统的 ARM1176JZFS 具有 JAVA 加速引擎和 16KB/16KB I/D 缓存和 16KB/16KB I/D TCM。 （ 2）在各自地 TBD V 和 TBD V 的 400/533/667MHz 操作频率。 （ 3）。