传奇基于嵌入式ＬｉｎｕＸ舞台电脑灯步进电机驱动的研究 |
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作者:去玩变态 文章来源:Www.75bt.com |
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| 舞台电脑灯能够在舞台上创建具有震蒜力的灯光效果，是现代舞台、剧场等娱乐场所．-缺少的智能玩网游问题灯具。针对传统的5单片机电脑灯控制系统的不足，提出了使用已移植嵌入式的处理器作为电脑灯的控制核心，并对电脑灯步进电机的驱动系统进行了深入研究。该文的研究，对提高舞台灯光的控制技术具有一定的理论意义和应用价值。关键词：舞台电脑灯；嵌入式；步进电机；驱动中图分类号：273．5文献标志码：0引言舞台灯光系统是剧院舞台的重要组成部分，灯光的效果对于演出剧情铺垫是至关重要的，对于整个舞台形象起田龙点睛的作用。其中，舞台电脑灯是舞台灯光系统中的蚕要组成部分，它是现代科技在影视灯光技术中的产物，集先进的光电系统、机械系统和电脑控制系统于一身。它不仅可以调节光线亮度，还可以实现光束投射方向的变化、色彩的变化、投射图案的变化等一系列功能，产生无限变化的光效11。传统电脑灯的控制方法采用单片机控制步进电机，但由于单片机的系统资源、运算速度和存储空间的限制，每个单片机控制的步进电机的数量较少，而每台电脑灯往往需要很多步进电机。 具有丰富的系统资源和更高的运算速度，更适应于作为电腋灯步进电机的微处理器，一个删可以控制更多的步进电机12|。而嵌入式系统负责嵌入式系统的全部软、硬件资源的分配、调度，它在实时性、硬件的相关依赖性、软件固化以及应用的专业性等方面具有较为突出的优点。系统硬件电路设计1．1系统总体结构系统的总体结构图如图1所示。控制电路通过．512和电脑灯控制台通信，电脑灯动作的实现大多数都是通过步进电机控制的，例如旋转、仰俯、调焦、图案轮和颜色轮等。电脑灯控制台送出．512信号，电路接收到该信号后进行处理，转换成相应步进电机的脉冲信号，使步进电机实现相应的动作，实现电脑灯的功能。 为了防止步进电机出现漏步，与步进电机同轴安置码盘检测步进电机是否按要求准确动作，如果出现漏步，通过偏差进行调整。 图系统总体结构罔1．2步进电机接电路设计本系统选用两相四线混合式步进电机4207，额定电流为0．4，步距角为1．80：步进电机的接芯片是3972。 3972是美国公司生产的一款双全桥微步距脉宽调制步进马达驱动集成电路，利用通过3线(时钟、数据、选通)串行接对其进行控制，可设置步进电机的运转方向及各种不同的步进法，对步进电机的转矩控制具有很人的灵活性31。 3972的时序如图2所示，步进电机接电路如图3所示。重窭要虹立匿汇!翼基金项目：教育部科学技术研究熏点项目(：108134)作者简介：任慧。中国1媒人学信息丁程学院自动化系，博士，教授，北京100024蒋伟，中国传媒大学信息丁程学院自动化系，教授，北京100024王左彪，中因传媒大学信息：程学院动化系，硕十研究生。北京100024袁阔，中国传媒人学信息上程学院自动化系，硕十研究生，北京100024刘荣，中国传媒大学信息工程学院自动化系，硕士研究生，北京100024·41·图23972时序图芦25，．3，2009开发应用微型电脑应用2009年第25卷第3期图3步迸电机接电路1．3步进电机细分驱动所谓细分驱动，是指每次输入脉冲切换时，不是将绕组电流全部通入或切换，只是改变相应绕组中额定的一部分，则转子的每步运行也只有步距角的～部分。这样，绕组电流不是方波，而是阶梯波，电流分为多少台阶，则转子就以同样的次数转过一个步进角。常用的细分驱动有两种方法，一种足等电流细分驱动法，等电流细分法在每次绕组电流切换时，将一相绕组电流保持不变，另一相绕组电流均匀增人或减小。 等电流细分法存在的问题足步距角不均匀，这容易造成电机的失步和振动。本系统采用另一种细分驱动方法，即电流矢量十幅均匀细分法14。电流欠量恒幅均匀细分法是通过一定的方法控制步进电机的相电流，使电机内部合成磁场在空间作幅值恒定的均匀旋转运动。这样细分后的电机步距角均匀一致，力矩恒定。电机的电流矢量恒幅均匀细分法的通用计算公式为：=]，目=Ⅳ(—)其中：—-相电流，『—相电流，Ⅳ—额定电流；。 。0—一相和相合成磁场矢量与相磁场矢量的夹角；卜相邻两相绕组单独通电时所产生的磁场的夹角。对于两相双极型混合式步进电机，其胪90。 ，则其细分电流公式：==Ⅳ×由上面公式可知，只要对相和相通入互差900的阶梯型拟正弦波，则町以得到恒转矩细分驱动的效果。阶梯越小，越接近正弦波，则细分效果越好。 2嵌入式步进电机驱动2．1设备驱动概述将所有的设备看作具体的文件，通过文件系统层对设备进行访问。所以在的框架结构中，与设备相关的处理可以分为两个层次，即文件系统层和设备驱动层。设备驱动层屏蔽具体设备的细节：文件系统层则向用户提供一·42·组统一的规范的用户接。这种设备管理方法可以很好的做到“设备无关性”，可以根据外设的更新进行方便的扩展副。整个设备管理子系统的结构如图4所示。用户进程文件系统层设备驱动层硬件层图4设备管理结构2．2字符设备驱动的用户接下的设备可分为字符设备、块设备和网络设备。字符设备驱动程序是系统最基本、最常用的驱动程序结构6。只要不挂载文件系统的设备，都可以用字符设备去描述，本系统中把步进电机看作是一个简单的字符设备。字符设备可以像文件一样被访问，但它没有缓冲区，数据的处理是以字节为单位按顺序进行的，也不支持随机读写。 在系统罩，设备驱动程序所提供的用户访问入点由结构．集的作操体具组一是它，明说行进核内向合，具体形式如：+,·，)：(++，+，10)；(。)(，+)；(+，)；(+，+)；)；这里步进电机设备的：为义定构结=：，：,：，：，；2．3模块化编程在系统中提供了一种模块化的机制。利用这种机制，可以根据需要在不重薪编译内核的情况下，将编译好的模块动态的插入运行中的内核，或者将内核中已经存在的一个模块移走。 这种机制为驱动程序的开发、调试提供了极大的方便。设备驱动在加载时首先需要调用入函数，该函数完成设备驱动的一系列初始化上作(如：寄存器复位、结构体赋值等)。其中最重要的一个就是向内核注册该设备(对于字符设备通过调用完成注册)，注册成功后设备获得系统分配的主设备号及自定义的次设备号，并建立起与文件系统的关25，．3，2009开发应用微型屯脑应用2009年第25卷第3期联。 设备驱动在卸载时需要回收相应的资源，令设备的响应寄存器值复位并从系统中注销该设备(对于字符设备通过调用够—函数完成)61。系统调用部分则是对设备的操作过程，如图5所示。：用户空间；内核空间模块。 。一0紊，、设备驱动图5设备驱动的挂载完美国际，卸载及系统调用过程在运行的系统中可以通过查看内核中已经加载的模块。 模块的安装和卸载可以通过命令和实现，其操作对象是经过编译但没有连接的．0文件。设备的模块化编程中，源代码必须至少提供和两个函数。4本系统步进电机驱动程序的设计包括如下部分：0、和几部分，以下各个函数的具体实现都是以图3为基础的。是在加载驱动程序是调用的函数，在这里主要配置寄存器，通过配置该寄存器使引脚21、22、23为输出，调用向添加一个字符设备驱动程序，式形体)(具的．．：为(,，4)；这个函数运行成功时返回0，运行失败则返回一个负的错误码。 参数对应所请求的主设备号，如果此参数为0，则系统会自动分配一个对于传奇未使用的主设备号作为函数的返回值。对应设备的名字，是指向该设备对应数据结构的指针。在设备注册时主设备号的获取可以通过动态分配或指定一个固定值的方法来获得，本系统通过动态分配的方法获得主设备号。 函数实现打开设备，为下一步的操作做初始化准备。此外，还会增加设备计数，以防止在关闭设备前，模块被卸载出内核。在应用层对字符设备文件进行打开操作，都会调用设备的入值。其调用格式为：(。，)；该函数表示按的要求打开名为的文件，返同值为文件描述符，其中对于嵌入式系统来说一般有三种：、0及0。若函数打开成功，返回值为文件描述符的值(非负值)，·43·否则返回一。是驱动程序与应用层传递数据的关键所在，主要是往设备上写数据，通过0函数实现从用户空『日的缓冲区复制数据到内核空间的缓冲区，这些数我玩传奇据就是步进电机的动作参数，即是步进电机转动的角度和方向，+”代表步进电机正传，-”代表步进电机反转，参数的绝对值表示步进电机转动的角度，对于本系统，采用8细分步进电机步距角，根据步进电机细分原理，驱动电流从0到额定电流有8个台阶，步进电机的相按正弦变化，相按余弦变化，对于每个台阶都有一个控制字与之对应，通过图2的时序完成控制字的传送，直到步进电机运转到指定位置。应用层调用格式为：(。)；函数把个字节从指向的缓冲区写入与相连的文件中，返回值为实际写入的字节数。函数是在关闭设备时执行的具体操作，本系统仅仅是删除在函数中对设备的计数。 )(．函的行执时动驱备设载卸在是数函数，本系统主要是调用函数来注销在使用)(．。备设符字的册注数函(,事)。3结论本系统采用处理器移植操作系统作为控制系统的核心，来控制电脑灯中的步进电机，共同构成了先进的舞台电脑灯控制系统。经过对系统硬件和软件的设计、调试，结果不但可以满足对电脑灯控制系统严格的实时性和准确性的要求，同时证明下的驱动对步进电机稳定性和可靠性更佳。本系统的研究，对提高舞台灯光的控制技术具有一定的理论意义和应用价值。参考文献彭妙颜．现代灯光设备与系统工程．北京：人民邮电出版社2006：105．107．2任慧，王坤，纪蕴宜．舞台电脑灯用步进电动机控制技术的研究川傲电机2007,40(1)：68-70．3胡亚山，刘卫国．新颖的串行控制步进电机驱动器．国外电子元器件,2005(9)：50—53．4姜平．步进电机高分辨率细分控制函数发生器的研究电气传动2005，35(11)：45-48．51褚文奎，张凤呜，樊晓光．嵌入式系统实时性能测试研究．系统工程与应游戏这一点应该行电子技术2007,29(8)：1385-1388．6刘淼．嵌入式系统接设计与驱动程序开发[．北京：北京航空航天大学出版社,2006：18-33．(收稿日期：2008—07—22)基于嵌入式舞台电脑灯步进电机驱动的研究作者：任慧，蒋伟，王左彪，袁阔，刘荣，-，作者单位：中国传媒大学信息工程学院自动化系,北京,100024刊名：微型电脑应用英文刊名：年，卷(期)：2009,25(3)参考文献(6条)1.刘淼嵌入式系统接设计与驱动程序开发20062.褚文奎;张凤鸣;樊晓光嵌入式系统实时性能测试研究[期刊论文]-系统工程与电子技术2007(08)3.姜平步进电机高分辨率细分控制函数发生器的研究[期刊论文]-电气传动2005(11)4.胡亚山;刘卫国新颖的串行控制步进电机驱动器[期刊论文]-国外电子元器件2005(09)5.任慧;王坤;纪蕴宜舞台电脑灯用步进电动机控制技术的研究[期刊论文]-微电机2007(01)6.彭妙颜现代灯光设备与系统工程2006。 |
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