基于C8051F120的多传感器定位系统研究

电札与拨芾Ｊ应闭２０１３，４０（１２）　控制与应用技术　ＥＭＣＡ　

基于Ｃ８０５１　Ｆ１２０的高精度电机控制脉宽调制设计　

刘　洋　，　王显军　

（１．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００３３；　

２．中国科学院大学，北京１０００３９）　

摘要：基于数字信号处理器（ＤＳＰ）、现场可编程门阵列（ＦＰＧＡ）和复杂可编程逻辑器件（ＣＰＬＤ）的高精　度电机伺服控制系统的开发成本较高，开发出的控制系统往往也不能充分利用ＤＳＰ和ＦＰＧＡ的特长，造成了　资源浪费。为了降低成本和开发周期，设计基于Ｃ８０５１Ｆ１２０单片机的高精度电机控制系统，通过改进和利用　Ｃ８０５１Ｆ１２０的ＰＣＡ０模块和简单的单片机外围电路，产生用于驱动Ｈ型双极可逆功率放大电路下的直流力矩　电机的ＰＷＭ，ＰＷＭ的精度达到１０　ａｓ。系统原理简单，硬件实现方便容易，并通过试验验证了设计的可靠性。　关键词：单片机；脉宽调制；死区　中图分类号：ＴＭ　３３１　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７３－６５４０（２０１３）１２－００１９－０４　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ＰＷＭ　ｆｏｒ　Ｈｉｇｈ－Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　Ｍｏｔｏｒ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｃ８０５１　Ｆ１２０　

Ｙａｎｇ　，一．　ＷＡＮＧ　Ｘｉａｎｊｕ几　（１．Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｏｐｔｉｃｓ，Ｆｉｎｅ　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　ａｎｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　１　３００３３，Ｃｈｉｎａ；２．Ｇｒａｄｕａｔｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　

Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００３９，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｓｔ　ｏｆ　ｈｉｇ｝ｌ—ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｍｏｔｏｒ　ｓｅｎｒｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＤＳＰ，ＦＰＧＡ　ｏｒ　ＣＰＬＤ　ｉｓ　ｈｉｇｈ，ｉｎ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ　ｔｈｅ　ｓｅｒｖｏ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃａｎ　ｎｏｔ　ｍａｋｅ　ｆｕｌｌ　ｕｓｅ　ｏｆ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ＤＳＰ　ａｎｄ　ＦＰＧＡ　ｉｎ　ｍｏｓｔ　ｔｉｍｅ．Ｉｔ　ｉｓ　ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｗａｓｔｅ　ｏｆ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ．Ａ　ｈｉｇｈ—ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｍｏｔｏｒ　ｓｅｎｒｏ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｓｉｎｇｌｅ—ｃｈｉｐ　ｏｆ　Ｃ８０５　１　Ｆ１２０　ｗａｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｔｏ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｃｏｓｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｃｙｃｌｅ．Ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｍａｄｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　ＰＣＡＯ　ａｎｄ　ｓｉｍｐｌｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｔｏ　ｐｒｏｄｕｃｅ　ＰＷＭ　ｆｏｒ　ｄｒｉｖｉｎｇ　Ｈ—ｔｙｐｅ　ｂｉｐｏｌｅ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ　ｆｏｒ　ＰＷＭ．ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｃｏｕｌｄ　ｒｅａｃｈ　１０　ＢＳ．Ｔｈｅ　ｓｅｒｖｏ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　ｓｉｍｐｌｅ　ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　ｅａｓｙ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｗａｓ　ｔｅｓｔｅｄ　ａｎｄ　ｖｅｒｉｆｉｅｄ　ｂｙ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ａｎｄ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗａｓ　ｃｏｎｆｉｒｍｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｉｎｇｌｅ－ｃｈｉｐ；ｐｕｌｓｅ　ｗｉｄｔｈ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；ｄｅａｄ　ｚｏｎｅ　

基于传感器阵列的定位方法研究与实现

一、引言

大家好，今天我们来聊聊一个很有趣的话题：基于传感器阵列的定位方法研究与实现。让我们来解释一下这个概念。传感器阵列就是一种由多个传感器组成的系统，它们可以感知周围环境的信息，并将这些信息传递给计算机或其他设备进行处理。而定位方法则是指通过这些传感器获取的信息来确定物体位置的方法。那么，这个话题到底是关于什么呢？其实就是让我们一起来探讨如何利用传感器阵列来实现物体的精确定位。

二、传感器阵列的基本原理

我们需要了解一下传感器阵列的基本原理。传感器阵列是由多个传感器组成的，这些传感器可以通过不同的方式(如红外线、超声波等)来感知周围环境的信息。当这些传感器接收到信号时，它们会将这些信号转化为电信号，并将这些信号传递给计算机或其他设备进行处理。通过分析这些信号，我们就可以得到物体的位置信息。

三、基于传感器阵列的定位方法

接下来，我们来探讨一下基于传感器阵列的定位方法。这种方法主要分为两种：一种是基于三角定位法，另一种是基于指纹定位法。其中，三角定位法是通过计算物体与传感器之间的距离和角度来确定物体的位置；而指纹定位法则是通过分析传感器阵列中的不同类型的传感器所提供的信号来确定物体的位置。这两种方法都有其优点和缺点，具体选择哪种方法需要根据实际情况来决定。

四、实际应用案例

我们来看一下基于传感器阵列的定位方法在实际中的应用案例。比如说，在智能家居领域中，我们可以使用传感器阵列来实现智能家电的精确定位和控制。通过将智能家

电与传感器阵列相连，我们就可以实现对家电的远程控制和监控。在无人驾驶汽车领域中，传感器阵列也扮演着非常重要的角色。通过使用激光雷达、摄像头等传感器，无人驾驶汽车可以实现对周围环境的高精度感知和定位，从而提高行车安全性和舒适性。

五、总结

好了，今天的话题就到这里了。希望大家对基于传感器阵列的定位方法有了更深入的了解。这只是一个初步的探讨，未来还有很多有趣的研究方向等待我们去发现。谢谢大家！

基于USB存储的高精度传感器记录仪设计

【摘 要】设计一种基于usb总线通用接口芯片ch375实现数据实时存储的传感器记录仪，以c8051f120单片机系统为硬件平台，前端采用16位高精度ad转换芯片ad7705采集数据。该传感器记录仪有着良好的稳定性、高的可靠性和优越的性价比，具有较大的推广应用价值。

【关键词】ch375；ad7705；c8051f120；数据采集；数据存储

0 引言

在工业生产和环境监控中， 经常需要使用记录仪表对一些重要参数进行实时数据采集、监测和记录。传统的记录仪将数据存储到外扩存储器但是受外扩存储器容量限制的缺点，使用起来非常不方便。作者设计和实现的一种高精度传感器记录仪，可以针对在野外或对人体危害等恶劣危险环境中的传感器，在无人监控下对数据进行不间断采集，并储存在大容量的可移动硬盘中，利用计算机资源对数据进行分析处理，具有采集数据快、便携和安全等特性。

1 系统总体设计

传感器记录仪采集前端传感器数据，对传感器的模拟信号能够进行放大和调理，实现高精度采集，具有实时时间和数据采集间隔时间的显示与设置，实现采集来的数据的实时显示和u盘存储功能。其系统的总体框图如图1所示，主要由主控模块、电源模块、数据采集模块、时钟模块、键盘与显示模块、存储模块等6个模块组成。

图1 系统整体框图 2 系统硬件设计

2.1 主控模块设计

主控电路设计中采用c8051f120单片机的最小系统，主要包括外界时钟电路、复位电路、jtag程序下载电路等，选择一定数量的i/o端口作为控制口控制外部的各种器件和数据的输出[1-2]。整个主控模块的电路如图2所示。

2.2 存储模块设计

本系统存储数据采用ch375芯片，ch375 是一个usb总线的通用接口芯片，支持usb-host主机方式和usb-device/slave设备方式[3-4]。在本地端，ch375具有8位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出，可以方便地挂接到单片机/dsp/mcu/mpu等控制器的系统总线上。在usb主机方式下，ch375还提供了串行通讯方式，通过串行输入、串行输出和中断输出与单片机/dsp/mcu/mpu 等相连接。外部单片机可以通过ch375 按照相应的usb 协议与usb 设备通讯。ch375 还内置了处理mass-storage 海量存储设备的专用通讯协议的固件，外部单片机可以直接以扇区为基本单位读写常用的usb 存储设备[5-6]。

《工业控制计算机｝２０１０年第２３卷第１Ｏ期　９９　基于Ｃ８０５　１　Ｆ　１　２０单片机的压电陶瓷特性测试平台设计　Ｔｅｓｔ　Ｔａｂｌｅ　ｆｏｒ　ＰｉｅｚＯｅｆｅｃｔｒｉｃ　Ｃｅｒａｍｉｃ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　Ｂａｓｅｄ　ＯＲ　Ｃ８０５　１　Ｆ１　２Ｏ　王立涛　许光明　（国防科技大学光电科学与工程学院，湖南长沙４１００７３）　摘　要　压电陶瓷固有的迟滞、蠕变和非线性特性，严重的影响了它的定位精度。提出了基于Ｃ８０５１Ｆ１２０单片机与ＤＧＳ一６Ｂ数　显电感测微仪的对于压电陶瓷微位移驱动器的迟滞、蠕变和非线性等特性研究的方法．实现了对压电陶瓷相关特性测试。　关键词：Ｃ８０５１Ｆ１２０单片机，电感测微仪，压电陶瓷驱动器，蠕变　Ａｂｓｔｒａｃｔ　ＰＺＴ　Ｓ　ｉｎｈｅｒｅｎｔ　ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ．ｃｒｅｅｐ　ａｎｄ　ｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｙ　ａｆｆｅｃｔ　ｉｔｓ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｂａｄｌｙ．Ｔｈｅ　ｗａｙ　ｗｈｉｃｈ　ｕｓｅｓ　Ｃ８０５１　Ｆ１　２０　ＭＣＵ　ａｎｄ　ＤＧＳ－６Ｂ　ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ　ｓｅｎｓｏｒ　ｉｓ　ｂｒｏｕｇｈｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｔｏ　ｔｅｓｔ　ＰＺＴ　Ｓ　ｉｎｈｅｒｅｎｔ　ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ　ｃｒｅｅｐ　ａｎｄ　ｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｙ　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃ８０５１　Ｆ１２０　ＭＣＵ，ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ　ｓｅｎｓｏｒ，ＰＺＴ　ａｃｔｕａｔｏｒ，ｃｒｅｅｐ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　压电陶瓷具有分辨率高、体积小、响应快、输出力大、不发热　等优点，由其制成的微位移驱动器被广泛的应用于精密仪器控　制的各个方面。压电陶瓷晶体具有逆压电效应和电致伸缩效应，　在电场Ｅ作用下，压电陶瓷将产生相应应变，公式如下所示：　ｓ：ｄ　Ｅ＋ｍ｝　（１）　式中，Ｓ：电场方向上的应变，ｄ：压电常数，ｍ：电致伸缩系　数，Ｅ：作用电场强度。　式（１）中第一项反映压电晶体的逆压电效应，第二项反映其　电致伸缩效应。当工作温度低于居里温度点（一般为２００－３００℃　左右）时，压电晶体主要表现为逆压电效应，当工作温度高于居　里温度点时，则主要表现出电致伸缩效应。逆压电效应型微位移　器是利用居里温度点高于室温的压电陶瓷材料制成，主要表现　出逆压电效应。　在一些高精度、高灵敏度的激光器的使用中，因为受环境温　度、运动状态、磁场和腔内工作物质等因素的影响，激光器的相　对光程差会发生变化，此时可利用压电陶瓷微位移驱动器来改　变激光器的腔长，以达到稳频效果。此时压电陶瓷固有的迟滞、　蠕变与非线性等特性将会对稳频效果产生较大影响。下述实验　基于Ｃ８０５１Ｆ１２０和ＤＧＳ～６Ｂ数显电感测微仪建立平台对压电　陶瓷微位移驱动器相关特性进行测试。　１　实验设计　Ｃ８０５１Ｆ系列单片机是集成的混合信号片上系统ＳＯＣ　（Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｎ　ｃｈｉｐ），具有与ＭＣＳ一５Ｉ内核及指令集完全兼容的　微控制器，除具有标准８０５１的数字外设部件之外，片内还集成　数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其它数字外设及功能　部件。实验中需用Ｃ８０５１Ｆ１２０单片机ＤＡＣＯ输出产生模拟控　制信号，ＡＤＣ０采集电感测微仪电压信号。平台如图１所示。　ＤＧＳ＿６Ｂ　电感测儆仪　微ｆ　移作动器　预处理　控制电路　图１　电感测微仪测试平台流程图　ＤＧＳ一６系列数显电感测微仪是由特麦恩精密量仪有限公　司在指针式电感测微仪的经验基础上，最新整合出来的传统型　测微仪。其利用电磁感应原理，在被测尺寸发生变化时引起电感　式位移传感器内的感应电压值发生变化，从而对应仪器显示值　的变化。并利用电气运算　对数据进行处理，直接指　示出被测尺寸相对于标　准尺寸的变化量。其测量　指标和范围如表１所示。　２硬件电路设计　２．１　ＡＤ采集　表１　ＤＧＳ一６Ｂ电感测微仪指标　档位　测量范围　分度值　示值误差　第一档　１　０００　Ｏ０１　００５　第一一档　１　ＯＯＯ　Ｏ１　０　０５　第＝档　１　０００　１　００　５　ＤＧＳ一６Ｂ电感测微仪输出模拟信号范围为一２～＋２Ｖ，而　Ｃ８０５１Ｆ１２０单片机的ＡＤ采集电压基准为０－２．５Ｖ，必须经　过运算放大器进行电压转换。此时采用ＬＭ２９０２，将电位移信　号一２￣＋２Ｖ转换到单片机采集许可信号０～２．５Ｖ。具体指标如图　２所示。　图２　ＡＤ采集电路　２ｌ２　ＤＡ输出　Ｃ８０５１Ｆ１２０单片机ＤＡ输出为０－２．５Ｖ，经后续放大电路可　放大至２５０Ｎ３００Ｖ，不需要进行匹配转换，此时用电压跟随器，　保持输出电压不变，隔断单片机工作电路和后续电源驱动电路　之间的电气连接。如图３所示。