【技术流】lego中含有的科技 科技系列

mansonq 2009-12-6 4386

恩自从今天发了【技术流】Power Functions 动力组件 完整介绍(包含马达参数)此帖以后,又在慢慢研究lego官方发的遥控接收器1.0版本的技术规范,其中提到了一个叫做PWM控制的东东 呵呵lego含有的科技真的不是一般的玩具啊,介于后几天要发遥控接收器1.0版本的翻译文本,怕有些人看不懂不能理解,先在这里说说PWM控制吧(这个可是偶大学掌握的知识来) 脉宽调制(PWM)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术 恩对了 简单的说用数字微处理器对模拟电路进行控制 啥事模拟电路来? 模拟电路就是值可以连续变化,其时间和幅度的分辨率都没有限制的一种回路。lego用的9V电池就是一种模拟器件,它的电压就是模拟值,而是随时间发生变化并且是连续的,简单来说,随着电量的下降直接连接在电池上的马达会因为没有电了而越来越慢。 以下红色可以忽略 模拟信号与数字信号的区别在于后者的取值通常只能属于预先确定的可能取值集合之内,例如在{0V, 5V}这一集合中取值。模拟电压和电流可直接用来进行控制,如对汽车收音机的音量进行控制。在简单的模拟收音机中,音量旋钮被连接到一个可变电阻。拧动旋钮时,电阻值变大或变小;流经这个电阻的电流也随之增加或减少,从而改变了驱动扬声器的电流值,使音量相应变大或变小。与收音机一样,模拟电路的输出与输入成线性比例。 尽管模拟控制看起来可能直观而简单,但它并不总是非常经济或可行的。其中一点就是,模拟电路容易随时间漂移,因而难以调节。能够解决这个问题的精密模拟电路可能非常庞大、笨重(如老式的家庭立体声设备)和昂贵。模拟电路还有可能严重发热,其功耗相对于工作元件两端电压与电流的乘积成正比。模拟电路还可能对噪声很敏感,任何扰动或噪声都肯定会改变电流值的大小。 数字控制 看懂下面的例子后面红色的可是无视 下图是一个可以使用PWM进行驱动的简单电路。图中使用9V电池来给一个白炽灯泡供电。如果将连接电池和灯泡的开关闭合50ms,灯泡在这段时间中将得到9V供电。如果在下一个50ms中将开关断开,灯泡得到的供电将为0V。如果在1秒钟内将此过程重复10次,灯泡将会点亮并象连接到了一个4.5V电池(9V的50%)上一样。这种情况下,占空比为50%,调制频率为10Hz。 按此在新窗口浏览图片 上面的例子说的要是再看不懂的话 我来举个例子 我们知道l乐高马达的转速应该和电池的电量成正比(其实是电压,电压高的话马达转的快,电压下降马达就转的慢了)也就是说我们要控制乐高马达的转速可以间接来控制其输入电压的大小,ok中学的时候我们学过可以通过串联一个电阻来分压使马达的电压下降(但是这样会消耗我们可怜的9V电池)因为电阻会消耗电力,所以不太好,其实我们还有一种方法,就是通过开关电源的频率来控制转速,怎么来做到内? 这样做 我先打开电源,让马达得到9V电源,然后通过一段时间后关闭这个时间是50ms(50毫秒)然后关闭电源50ms后我再打开以此为一个循环,我们循环10次 恩算下 开50ms关50ms (一个循环100ms)X10=1000ms(也就是一秒钟) 这样做有啥意义伐?恩也就是说在1秒钟里面其实马达只通电了500ms(也就是0.5s)通电的时候9V没有通电的时候是0V 也就是说这个马达相当于接了一个4.5V的电源1秒钟,恩此时马达的转速当然只有平时的一半咯哈哈,通过这个方法让一个接在9V的电源输出上的马达得到了4.5V的电压 完成了一次速度控制。 PWM就是利用数字电路来做这样的快速的开关电源的方法来控制马达的转速 其实旧的lego接收器就有这样的功能只是遥控器固定了发射频率而已,新的用于火车的遥控器已经开放了改变频率的功能 按此在新窗口浏览图片 通过以数字方式控制模拟电路,可以大幅度降低系统的成本和功耗。此外,许多微控制器和DSP已经在芯片上包含了PWM控制器,这使数字控制的实现变得更加容易了。 简而言之,PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用,方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的,因为在给定的任何时刻,满幅值的直流供电要么完全有(ON),要么完全无 (OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候,断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够,任何模拟值都可以使用PWM进行编码。按此在新窗口浏览图片 图1显示了三种不同的PWM信号。图1a是一个占空比为10%的PWM输出,即在信号周期中,10%的时间通,其余90%的时间断。图1b和图1c显示的分别是占空比为50%和90%的PWM输出。这三种PWM输出编码的分别是强度为满度值的 10%、50%和90%的三种不同模拟信号值。例如,假设供电电源为9V,占空比为10%,则对应的是一个幅度为0.9V的模拟信号。 大多数负载(无论是电感性负载还是电容性负载)需要的调制频率高于10Hz。设想一下如果灯泡先接通5秒再断开5秒,然后再接通、再断开……。占空比仍然是50%,但灯泡在头5秒钟内将点亮,在下一个5秒钟内将熄灭。要让灯泡取得4.5V电压的供电效果,通断循环周期与负载对开关状态变化的响应时间相比必须足够短。要想取得调光灯(但保持点亮)的效果,必须提高调制频率。在其他PWM应用场合也有同样的要求。通常调制频率为1kHz到200kHz之间。 还有lego红外线遥控接收器的官方技术规范在http://www.lelezhen.com/forum.php?mod=viewthread&tid=4562这个帖子的附件里面有下载 中文翻译版本我还未翻译过来 ,稍后的几天放出最后希望这些能够给爱好科技系列的朋友一些帮助
最新回复 (10)
  • black-cat 2009-12-7
    2
    好棒,但貌似很贵的吧都
  • huasuwei 2009-12-7
    3
    嘎嘎,科技的东西看不懂呢~~~~~~扶墙遁走~~~~~~:gogo:
  • Anne 2009-12-7
    4
    看不懂,好复杂,只看到一大堆字在眼前晃
  • 拒绝融化の冰 2009-12-7
    5
    [QUOTE][black-cat]好棒,但貌似很贵的吧都[/QUOTE]
    价格还可以,又不用量产!
  • medusa 2009-12-17
    6
    不愧是科技啊,真的就是科技!:super:
  • underredsky 2011-1-16
    7
    我大学也学过模电数电 但看了楼主的帖子还是受益良多 特别是“大多数负载(无论是电感性负载还是电容性负载)需要的调制频率高于10Hz。……………………通常调制频率为1kHz到200kHz之间。
  • konglong 2011-1-16
    8
    看懂一些,理解如下: 对于水龙头的控制,通过用手来转动以控制流量的方式,称为模拟。 通过加装一个设备,使其只有“供水”和“停水”两种状态,称为数字。 数字的好处在于,可以设定任意时间内的不同出水状态,从而达到对于出水量的精确控制,比如说,做到只有1%的供水量。 :d
  • monday1127 2011-1-16
    9
    嗯,就是考这个原理来调整7个速度的吧。
  • 小悟空 2011-1-17
    10
    有无级变速就更厉害了。
  • haiout 2011-3-26
    11
    那个遥控器能控制转速吗,能的话我也去买一个。
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