摘要：本文介紹了一種基于AVR單片機(jī)Atmel 169，與旋轉(zhuǎn)編碼器AS5040及3966控制直流電機(jī)構(gòu)成的電風(fēng)扇360度內(nèi)搖頭角度調(diào)節(jié)裝置的實現(xiàn)，設(shè)計了AS5040旋轉(zhuǎn)編碼器接口電路、PWM驅(qū)動接口電路和防積分飽和的PI控制算法。
關(guān)鍵詞：AVR單片機(jī)169，旋轉(zhuǎn)編碼器AS5040，直流電機(jī)，PWM

市場上大多數(shù)落地電風(fēng)扇的搖頭角度一般都在90度左右，而且搖頭速度不可調(diào)節(jié)，人們在不同的環(huán)境和場合，常常根據(jù)實際情況希望能調(diào)節(jié)風(fēng)扇的搖頭角度和搖頭的速度。在各類機(jī)電系統(tǒng)中,由于直流電機(jī)具有良好的起動、制動和調(diào)速性能,直流調(diào)速技術(shù)已廣泛運用于工業(yè)領(lǐng)域，最常用的直流調(diào)速技術(shù)是脈寬調(diào)制(PWM) 直流調(diào)速技術(shù),它具有調(diào)速精度高、響應(yīng)速度快、調(diào)速范圍寬和耗損低等特點。本文介紹了基于新型AVR單片機(jī)169、旋轉(zhuǎn)編碼器AS5040及3966控制的直流電機(jī)構(gòu)成的電風(fēng)扇調(diào)節(jié)裝置，能實現(xiàn)落地電風(fēng)扇360度內(nèi)搖頭自由角度調(diào)節(jié)和搖頭速度調(diào)節(jié)。

1  360度內(nèi)搖頭角度調(diào)節(jié)裝置硬件設(shè)計

1.1 系統(tǒng)設(shè)計與工作原理

AVR169單片機(jī)是新一代RISC結(jié)構(gòu)微控制器，具有高性能、低功耗、非易失性和CMOS技術(shù)等特點，AVR169還具有32個寄存器和豐富的指令集，帶有四路8/9/10位PWM功能的16位定時器,8道的10位ADC,16KB可編程Flash,1KBSRAM，可以擦寫10000次，接近1MIPS/MHZ的運行速度。

AS5040是Austria microsystems公司推出的世界上最小的10位多輸出旋轉(zhuǎn)磁性編碼器, 是將現(xiàn)場傳感霍爾(Hall)元件、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號處理和輸出接口集成到單個芯片的系統(tǒng)級芯片(SoC)，利用其包含的小磁體,可通過磁體的360度旋轉(zhuǎn)探測1024個絕對位置，即每360度提供10位分辨率的1024 個絕對位置，同時提供了積分A/B、單通道和U-V-W交換等三種不同的增量輸出模式，既可根據(jù)用戶的特定要求設(shè)置，也可設(shè)置為脈寬調(diào)制(PWM)輸出信號。PWM 數(shù)字輸出所需外部元件最少，使用方便簡單。本裝置采用了AS5040旋轉(zhuǎn)編碼器PWM_LSB端輸出PWM脈沖，計算出電風(fēng)扇搖頭偏離初始位置的角度，其控制系統(tǒng)工作原理如圖1 所示。   

                      圖1 系統(tǒng)的工作原理

控制電風(fēng)扇搖頭速度以及使其角度在一定范圍內(nèi)搖動，其工作原理為：把AS5040傳感器裝在電風(fēng)扇搖頭的轉(zhuǎn)軸上，就能感應(yīng)出電扇轉(zhuǎn)過的角度與初始位置的夾角，計算出當(dāng)前風(fēng)扇搖頭的速度，在下一個采樣周期到來時,AS5040旋轉(zhuǎn)編碼器測得的速度信號及電機(jī)位置反饋信號通過AS5040接口反饋到AVR單片機(jī)169，單片機(jī)再根據(jù)給定的運動速度與速度的反饋信號相減,得出偏差,給定的位置信號與電機(jī)目前的位置信號進(jìn)行比較，經(jīng)過防積分飽和的控制算法得出控制量，單片機(jī)最終將控制量以PWM的形式輸出,經(jīng)過3966功率放大,驅(qū)動直流電機(jī)，進(jìn)入下一個采樣周期，實現(xiàn)根據(jù)設(shè)定值的調(diào)節(jié)，使電風(fēng)扇以一定的速度并且搖頭角度在設(shè)定值范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。

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