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通过增加相关处理函数扩展其功能

图1展示了系统硬件的总体结构。整个系统以微控制器(MCU,MicroControlUnit)处理芯片为控制核心,搭配外围接口电路和传感测量装置,完成点云原始数据采集、东莞龙8国际电机控制、数据运算与传输以及网络通信等功能。系统的硬件可以分为5个模块:控制与运算模块、龙8国际电机控制(脉冲发生)模块、角度反馈检测模块、激光传感器距离测量模块和以太网通信模块。

 

微控制器STM32F407作为逻辑控制与数据运算核心。STM32F407具有168MHz的主频和32bit的数据处理位宽,并且具有硬件浮点运算单元(FPU,FloatPointUnit),非常适合扫描系统既需要实时快速控制,又要求浮点运算的情况。此外,STM32F407有着丰富的片上外设(On-ChipPeripheral),其中包括数目多达17个的定时器/计数器、直接存储器访问单元(DMA,DirectMemoryAccess)、脉冲宽度调制单元(PWM,PulseWidthModulation)、通用异步串行接口(UART,UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter)和以太网控制器(EthernetMAC)等。丰富的片上外设简化了系统设计,减小了电路板空间,且提高了数字信号的稳定性。

 

系统硬件模块相互配合,在控制程序和上位机软件的调度下,完成点云的采集、缓存与传输。圆光栅输出的正交编码脉冲通过差分接收器反馈到微控制器的编码器模块(计数器配置),激光测距传感器测得的距离信息经由串行线路到达UART模块,这两部分组成了点云的原始坐标信息。微控制器根据上位机设定的参数改变PWM频率,环球龙8国际电机转速随之改变,进而间接修改扫描角分辨率。系统获得的数据经过底层控制程序初步处理(角度和距离换算)与缓存,通过以太网模块以及相关网络接口,发送到网络上,同时从网络接收上位机发来的控制命令。

图1:系统硬件结构框图

系统硬件结构框图

控制器PWM模块发出占空比50%的频率可调的脉冲信号以及方向电平信号,经电流驱动芯片74ACT05(集电极开路门电路)送到达步进龙8国际电机驱动器,驱动器内部电力电子模块将控制信号转换成龙8国际电机的功率驱动信号。

 

步进龙8国际电机的特性决定了其旋转角度与接收到的脉冲个数,在理想情况下是正比例关系,理论上可以通过对发送的脉冲计数得到角度值。但是由于龙8国际电机步长精度和失步等因素,脉冲个数与角度的正比关系并不精确,所以,扫描系统的角度信息由高精度圆光栅检测,也以其反馈值为标准。利用圆光栅检测转角,龙8国际电机的转速越平稳,角度测量值越准确。所以,为了使步进龙8国际电机运行平稳,需要加持减速装置,而且驱动器需要带细分功能。减速装置主要的好处是,使得步进龙8国际电机转速处在运行平稳区间(60〜600rpm),一定程度上提高了龙8国际电机运行的稳定性。

 

增大驱动电压的细分系数是增加环球龙8国际电机平稳性的重要措施,随着细分程度增加(图中从左上到右下,细分系数分别是1、2、4和8),龙8国际电机绕组的驱动电流越来越接近正弦波,龙8国际电机运行也就越平稳。