脈沖編碼多路比例遙控用于小功率直流電動機的脈寬調速

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一般常見的遙控裝置，都屬于開關型的，即只能對被控對象的電源通斷進行控制。即便加上相應的機械裝置，也只能工作在兩個極限位置。這在某些需要使被控對象在整個動作范圍內的任意位置都能按操比值者的意愿隨意動作并精確定位的場合（例如某些機械手的動作），就難以進行控制。而比例遙控則可以實現上述的控制，它使被控對象的動作完全與操縱桿的動作同步并成比例變化。若將其用于電動機的控制，則不僅能控制其通、斷，而且能在很寬的范圍內對電動機進行調整控制（對直流電動機而言）。同時，經過編碼，比例遙控還可方便地實現多路遙控。

小功率直流電動機特別是永磁直流電動機在各種自控系統中的應用越來越廣泛。若需對其調速，傳統的方法是用電阻調節，其缺點是效率低，轉矩受影響等等。較先進的方法是采用脈寬調速，這種脈寬調速方法具有調速范圍寬、轉矩大、效率高的優點，缺點是不太容易實現遙控。筆者將比例遙控與脈寬調整有機結合起來設計了一套多路比例遙控直流電機脈寬調整電路。利用該電路可對幾路小功率直流電動機的轉速進行按操縱桿動作成比例變化的調整控制，各路調整可同時進行，互不干擾。下面介紹其電路及工作原理。

1 遙控編碼發送電路

本裝置采用時分制脈沖調寬編碼方式。其編碼信號按幀傳送。每一幀由同步脈沖及各通道的控制脈沖組成（本電路設計為四個通道，可進行四路控制）。幀周期為20ms。圖1是該比例遙控寬調速電路的原理圖。它由兩塊六施密特反相器集成電路CD40106組成。其中Icla接成多諧振蕩器，用來產生幀同步信號。Iclb與Iclc，Icld與Icle，IC2a與IC2b，IC2c與IC2d分別構成四級下降沿觸發的單穩電路，用來產生四個通道的調寬脈沖。RW1～RW4是四個通道的脈寬調節器，它們直接與遙控操縱桿相連。當調節操縱桿時，這些脈寬調節器可使對應通道的控制脈沖寬度在1.5±0.5ms范圍內變化，通過接收端譯碼及伺服電路可使被控對象產生與操縱桿同步成比例的動作。IC2e與IC2f構成整形與定寬單穩電路。晶體管T1～T3構成放大及發送電路。

該電路在工作時，首先由Icla產生周期為20ms的幀同步方波（波形見圖2A），并由C3送放第一級單穩，其一跳沿使第一級單穩被觸發，從而產生第一路控制脈（波形見圖2B），第一級脈沖的下跳沿又觸發第二級單穩以產生第二路控制脈沖（波形見圖2C），依次類推，第三、第四單穩產生第三、四路控制脈沖（波形圖見圖2D、2E）。每路脈沖寬度取決于操縱桿的位置（實質上是Rw1～Rw4的阻值）。同時，同步脈沖與四路控制脈沖的下跳沿經C2R2、C5R4、C8R7、C11R10、C14R13五組的微分電路及D1～D5組成的或門后依次加到IC2b與IC2d組成的整形定寬單穩（波形見圖2F）電路，再經整形后輸出一列整齊的，寬度固定為0.2ms的正脈沖（見圖2G）。該串脈沖的間隔寬反映了控制脈沖的寬度。也就是包含了四路控制信息。G點的脈沖經T1～T3放大后輸出到控制線上來進行有線遙控。若加上相應的調整制電路也可以方便地實現無線或紅外遙控。

2 接收解碼電路

接收解電路的作用是將發送部分傳送過來的多路控制信號分離出來并分別送往各路伺服電路以分別對各路進行控制。圖3中由T1、T2、T3及IC1組成的電路即是其電路原理圖。IC1為8位串行并出移位寄存器集成電路74HC164。當由控制線送來的編碼脈沖經T1、T2放大整形后分成兩路，一路作為移位脈沖送到IC1的8腳，另一路經D1、C1積分并經T3倒相后加入IC1的1、2腳作為同步信號。

當第一個脈沖即同步脈沖前沿到來時，IC1的1、2腳尚為高電平“1”，該“1”信號串行后使IC1的有腳變為“1”。同時此脈沖經D1向C3充電使T3迅速飽和導通，使IC1的1，2腳變為低電“0”，且由于后續脈沖的作用而使其保持在“0”電平。此后，在編碼脈沖作用下，3腳的“1”信號順次向4、5、6腳移位。編碼脈沖串入以后，C3經T3發射結放電，使IC1的1、2腳恢復高電平，并為下一幀信號的解碼作準備。IC1的3、4、5、6腳即是解碼器的四路輸出端，分別輸出各路控制脈沖。74HC164最多可用于8路的解碼，該電路用于四路。本接收解碼電路各點的波形見圖4所示。

3 伺服及脈寬調速驅動電路

由解碼器輸出的各路控制脈沖，需要經過伺服電路變成脈寬調速信號，然后，經驅動電路才能帶動直流電動機。該部分電路的原理圖見圖3的右半部分，即由IC2和T4～T11等元件所組成的電路。圖中只畫出一個通道。

圖3中的IC2是一塊伺服專用集成電路SN76604，它能根據解碼電路送來的控制脈沖的寬度變化（1.5+0.5ms）來進行內部電路處理，并輸出占空比為10%～100%的雙向脈沖電壓，該脈沖經過驅動電路擴展功率后可對直流電動機進行脈寬調速。SN76604集成電路的內部框爐膛如圖5所示。

工作時，由解碼電路送來的1.5ms±0.5ms正向控制脈沖加到IC2的3腳后，在IC2（即SN76604）分成兩路，一路解發單穩發產生一個寬度為1.5ms的比較脈沖，一路送經比較器與單穩產生的脈沖進行比較。若控制脈沖大于1.5ms，比較器輸出一正向差值脈沖；若控制脈沖小于1.5ms，比較器輸出一負向差值脈沖。該差值脈沖經展寬電路按比例展寬后送經雙向放大電路后由11、13腳輸出。最后將該IC2輸出的脈沖加到驅動電路。這里采用橋式驅動電路，該驅動電路可以使電動機雙向轉動并且調整。由于IC2輸出的脈沖是以3V為初始電平的正負雙向脈沖，故設置了T4、T11控制開關晶體管。當無脈沖輸出時，T4、T11均處于導通狀態，而其它晶體管均截止，電動機停轉。當TCSN76604的11腳輸出負向脈沖時，T11截止，T7、T9、T10導通，電動機正轉；當SN76604的13腳輸出負向脈沖時，T4截止，T5、T6、T8導通，電動機反轉；且轉速隨脈沖占空比變化而變化。

該套遙控調整電路特別適用于操作人員不便進入的場所內裝置的遠端控制。若加上相應的高頻收發電路亦可進行無線或紅外遙控，是一套很有使用價值的遙控調速電路。