新发现一种既能及时响应又抗干扰处理的行程开关识别思路

2020-01-13 18:37发布

本帖最后由吴坚鸿于 2015-11-28 13:47 编辑

      大家好，我是吴坚鸿。今天在做数控三轴运动卡的项目时，正在考虑ARM单片机和FPGA如何检测步进电机回原点的问题，灵感一来，想到了一种我很满意的行程开关识别思路。为了说明此思路的优越性，我会先列出前面两种常用的思路作对比。并且举一个最简单的工控项目来说明。
   此工控项目要求：上电后，一个普通电机控制一个滑块从左边往右边推，最右边有一个行程开关，滑块碰到行程开关后，电机停止，运动结束。
   转化成单片机编程思路：用1个IO输出高电平时电机运动，输出低电平时电机停止。另外再用1个IO口作输入，检测行程开关的电平状态，如果发现是高电平说明电机还没碰上行程开关感应器，如果发现是低电平就说明碰上了感应器，此时就可以发出停止电机的命令。
      就是这么简单的过程，其实在识别开关感应器时暗藏玄机，现在一一解剖分析给大家：
      第一种思路：直接判断行程感应器的电平状态，一旦发现低电平，就认为电机已经碰到了行程开关，马上停止电机。
      优点：响应及时。
      缺点：太灵敏了，以至于抗干扰能力非常差，在工控环境里，当电机正在行进的过程中，如果受到电源的波动或者外来的毛刺信号干扰，行程开关的输入信号可能会读取到瞬间的低电平，导致单片机误判断，提前把电机停止了，电机还没碰到行程开关就草率停机。
      源码如下：

#include "REG52.H"
#define CONT_TIME_20MS 10 //大概10次中断相当于20毫秒
void motor_run(); //电机往右边移动
void motor_stop(); //电机停止
void motor_pause(); //电机暂停，虽然暂停里面的代码跟停止的代码一致，但是概念不一样
void T0_time(); //定时中断函数
sbit motor_dr=P3^5; //控制电机的启动和停止的输出
sbit right_sr=P0^2; //右边的行程开关检测输入
unsigned char u8MotorFlag=0; //电机的实时运动状态映射在此变量里，此变量的0和1代表了电机的停止和运动
unsigned char u8MotorFlagBackup=0; //用来记录上一次的电机状态，用于判断电机的状态是否发生了改变。
unsigned char u8TimeFlag=0; //计时器的开关
unsigned int u16TimeCnt=0; //计时器的计时变量
unsigned char u8RunStep; //运动控制的步骤变量
void main()
{
TMOD=0x01; //设置定时器0为工作方式1
TH0=0xf8; //重装初始值(65535-2000)=63535=0xf82f 大概每2ms产生一次中断，我没有详细计算。
TL0=0x2f;
EA=1; //开总中断
ET0=1; //允许定时中断
TR0=1; //启动定时中断
u8RunStep=1; //一上电，电机就开始从第1步开始启动
while(1)
{
switch(u8RunStep)
{
case 1:
motor_run(); //电机往右边移动
u8RunStep=2; //切换到下一个步骤
break;
case 2: //等待滑块移动到最右边，直到触发了最右边的行程开关感应器。
if(0==right_sr) //右边的行程感应器被触发
{
motor_stop(); //电机停止
u8RunStep=3; //马上切换到电机停止的步骤
}
break;
case 3: //电机处于停止的步骤，除非重新断电重启，否则就一直处于此步骤状态
break;
}
}
}
void T0_time() interrupt 1 //定时中断，大概每2ms就中断一次
{
TF0=0; //清除中断标志
TR0=0; //关中断
TH0=0xf8; //重装初始值(65535-2000)=63535=0xf82f 大概每2ms产生一次中断，我没有详细计算。
TL0=0x2f;
TR0=1; //开中断
}
void motor_run() //电机往右边移动
{
motor_dr=1;
u8MotorFlag=1; //电机的实时运动状态映射在此变量里，此变量的0和1代表了电机的停止和运动
}
void motor_stop() //电机停止
{
motor_dr=0;
u8MotorFlag=0; //电机的实时运动状态映射在此变量里，此变量的0和1代表了电机的停止和运动
}
void motor_pause() //电机暂停，虽然暂停里面的代码跟停止的代码一致，但是概念不一样
{
motor_dr=0;
u8MotorFlag=0; //电机的实时运动状态映射在此变量里，此变量的0和1代表了电机的停止和运动
}

复制代码
      第二种思路：在判断行程感应器的电平状态时，加入了软件的抗干扰处理，一旦发现低电平，一个计时器开始计时，在计时的期间，如果发现出现高电平就马上把计时器清零，如果一直是低电平，并且期间没有出现高电平，就认为是稳定的低电平，此时判定是碰到了行程开关。
      优点：增加了抗干扰处理，几乎能百分百保证电机碰到了行程开关才停机，几乎不会误判了。
      缺点：在软件抗干扰环节增加了一小段延时，而这一小段的延时，会导致电机碰到行程开关后没有马上停止，滑块继续往右边运动了一段时间才停止，时间长了容易把右边的限位机械结构压坏挤坏，因为有应力存在。
      源码如下：

#include "REG52.H"
#define CONT_TIME_20MS 10 //大概10次中断相当于20毫秒
void motor_run(); //电机往右边移动
void motor_stop(); //电机停止
void motor_pause(); //电机暂停，虽然暂停里面的代码跟停止的代码一致，但是概念不一样
void T0_time(); //定时中断函数
sbit motor_dr=P3^5; //控制电机的启动和停止的输出
sbit right_sr=P0^2; //右边的行程开关检测输入
unsigned char u8MotorFlag=0; //电机的实时运动状态映射在此变量里，此变量的0和1代表了电机的停止和运动
unsigned char u8MotorFlagBackup=0; //用来记录上一次的电机状态，用于判断电机的状态是否发生了改变。
unsigned char u8TimeFlag=0; //计时器的开关
unsigned int u16TimeCnt=0; //计时器的计时变量
unsigned char u8RunStep; //运动控制的步骤变量
void main()
{
TMOD=0x01; //设置定时器0为工作方式1
TH0=0xf8; //重装初始值(65535-2000)=63535=0xf82f 大概每2ms产生一次中断，我没有详细计算。
TL0=0x2f;
EA=1; //开总中断
ET0=1; //允许定时中断
TR0=1; //启动定时中断
u8RunStep=1; //一上电，电机就开始从第1步开始启动
while(1)
{
switch(u8RunStep)
{
case 1:
motor_run(); //电机往右边移动
u8TimeFlag=0; //计时器关
u16TimeCnt=0; //计时器的计时变量清零
u8RunStep=2; //切换到下一个步骤
break;
case 2: //等待滑块移动到最右边，直到触发了最右边的行程开关感应器。
if(0==right_sr) //右边的行程感应器被触发
{
u8TimeFlag=1; //计时器开
if(u16TimeCnt>=CONT_TIME_20MS) //连续20ms内都是低电平，则认为是低电平
{
u8TimeFlag=0; //计时器关
u16TimeCnt=0; //计时器的计时变量及时清零
motor_stop(); //电机停止
u8RunStep=3; //马上切换到电机停止的步骤
}
}
else //如果是高电平
{
u8TimeFlag=0; //计时器关
u16TimeCnt=0; //计时器的计时变量及时清零
}
break;
case 3: //电机处于停止的步骤，除非重新断电重启，否则就一直处于此步骤状态
break;
}
}
}
void T0_time() interrupt 1 //定时中断，大概每2ms就中断一次
{
TF0=0; //清除中断标志
TR0=0; //关中断
if(1==u8TimeFlag)
{
u16TimeCnt++;
}
TH0=0xf8; //重装初始值(65535-2000)=63535=0xf82f 大概每2ms产生一次中断，我没有详细计算。
TL0=0x2f;
TR0=1; //开中断
}
void motor_run() //电机往右边移动
{
motor_dr=1;
u8MotorFlag=1; //电机的实时运动状态映射在此变量里，此变量的0和1代表了电机的停止和运动
}
void motor_stop() //电机停止
{
motor_dr=0;
u8MotorFlag=0; //电机的实时运动状态映射在此变量里，此变量的0和1代表了电机的停止和运动
}
void motor_pause() //电机暂停，虽然暂停里面的代码跟停止的代码一致，但是概念不一样
{
motor_dr=0;
u8MotorFlag=0; //电机的实时运动状态映射在此变量里，此变量的0和1代表了电机的停止和运动
}

复制代码

      第三种思路：本思路是结合了前面两种的优点，在判断行程感应器的电平状态时，当发现是低电平时（哪怕是干扰时出现的瞬间低电平），电机马上暂停（暂停和停止的概念不一样，虽然电机都是没有转），当发现是高电平时，电机继续运行，什么时候才认为碰到行程开关？当低电平像第二种思路那样连续持续低电平的时间超过某个值时，才认为碰到了行程开关。巧妙的是，在此判断低电平的小延时期间，电机是处于暂停的状态（没有转），所以不会过冲挤压右边的行程限位机构。
      优点：既能及时响应，又增加了行程开关检测的抗干扰处理，又不会让电机过冲挤压右边的行程开关。
      缺点：暂时还没想出来。
      源码如下：