超声波电机无线控制技术的研究

摘要

超声波电机是一种利用压电陶瓷（PZT）的逆压电效应和超声振动，将弹性材料的微观改变通过共振放大和摩擦耦合转换成转子或滑块运动的新型电机。因其超声频率超过20 kHZ（入耳能感觉到的频率范围是20 Hz～20 kH），故称之为超声波电机。它作为一种直接驱动电机从20世纪80年代以来备受各国科研工作者的青睐，已成为当前机电控制领域的一个研究热点。 通过二十余年的研究和实践，超声波电机的结构特性及其控制方式已得到了前所未有的发展。随着科学技术的发展，无线控制代替有线控制已成为控制技术发展的趋势之一。有线数据通信依赖于有线传输，因此只适合于固定终端与固定终端之间的通信；而无线数据通信是通过无线电波的传播来传送数据，因而有可能实现移动状态下的移动通信。 为了实现对超声波电机的无线控制，本文研究和设计了基于单片机的超声波电机无线控制系统。整个系统由无线控制端、超声波电机驱动控制器和超声波电机测试平台三部分构成。其中无线控制端是以MSP430F449为核心，具有键盘输入、液晶显示和无线收发等功能，能够实现对多台超声波电机进行控制的无线控制器。 本文首先介绍总结了环形行波超声波电机的发展、特点、以及运行原理。在此基础上，总结了环形行波型超声波电机调频、调相、调幅等控制方法以及推挽、半桥和全桥驱动逆变电路的优缺点。 随后引入了无线控制的概念，并对无线通信的原理及特点进行了详细的介绍。设计了以MSP430F449为核心，利用射频模块CC1100完成无线通信的控制系统，并对其硬件和软件的设计进行了全面地说明。在此基础上，为了适应实用化和产业化的需求，进一步对系统进行了小型化改进，以便拓展其今后在超声波电机驱动的窗帘系统中的实际操作性。 最后，本文进行总结，提出了整个设计中的不足以及日后继续研究的方向。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 超声波电机的概述

1.1.1 超声波电机简介

1.1.1 超声波电机的分类

1.1.2 超声波电机的特点

1.1.4 超声波电机的应用

1.2 短距无线通信概述

1.2.1 短距无线通讯简介

1.2.2 射频通信

1.2.3 射频通信与红外通信的比较

1.3 本文研究的主要问题

参考文献

第二章 超声波电机运行原理及驱动控制方式

2.1 超声波电机的工作原理

2.1.1 压电效应

2.1.2 行波超声波电机的结构特点

2.1.3 定子行波的产生

2.1.4 转子的运动机理

2.2 环形行波超声波电机基本控制方法

2.2.1 调频控制

2.2.2 调压控制

2.2.3 调相控制

2.3 环形行波型超声波电机逆变主电路

2.3.1 推挽式逆变器

2.3.2 半桥式逆变器

2.3.3 全桥式逆变器

2.4 本章小结

参考文献

第三章 单片机在无线控制系统中的应用

3.1 系统功能分析

3.2 MSP430系列单片机简介

3.3 基于MSP430F449的控制端控制电路

3.3.1 键盘扫描电路设计

3.3.2 液晶显示驱动电路设计

3.3.3 MSP430的串行通信

3.3.3 基于CC1100的无线通信

3.4. 本章小结

参考文献：

第四章 无线控制系统菜单的软件设计

4.1 菜单布局的主要方式

4.1.1 主菜单顶天(落地)式

4.1.2 菜单居中式

4.1.3 图形菜单

4.2 菜单设计的及实现

4.2.1 树形结构菜单的表示和编号

4.2.2 选择控制菜单节点

4.2.3 功能型菜单的执行

4.3 本章小结

参考文献

第五章 便携式遥控器的设计

5.1 系统硬件设计

5.1.1 微控制器选型

5.1.2 键盘电路设计及扫描方式

5.1.3 液晶模块选型

5.1.4 无线通信设计

5.1.5 电源设计

5.2 上位机通信

5.2.1 通信协议

5.2.2 软件设计流程

5.3 下位机接收

5.3.1 DSP芯片的SCI模块特点

5.3.2 SCI的工作模式

5.3.3 SCI模块数据接收方式

5.3.4 通信流程

5.4 本章小结

附图

参考文献

第六章 总结与展望

6.1 本文的主要贡献

6.2 存在的不足

6.3 进一步研究的内容

致谢

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