无线遥控的微震电机震动转速控制电路设计

本文介绍一种无线遥控的微震电机震动转速控制电路，可以在无线遥控的方式下完成电机转速的启动、停止、加速、减速控制。
电路原理
微震电机(又称空心杯电机)具有体积小、震感明显的特点，常见的形状如图1所示。市场上有许多型号的产品，均为直流电压驱动工作。这里以WZIS-6001A(B)型为例，其特性见表1。该电机在电压由2.0～3.8V变化时，随着电压的升高，电机的转速逐步升高(由7000～11 000rpm)。经实验测试，当电压产生0.3V的变化时，可以通过电机的震动感觉到电机转速的变化。

图1 微震电机的外形

电机转速档位控制电路
将2.0～3.8V的电压范围分成7个电压挡位，分别是2.0V、2.3V、2.6V、2.9V、3.2V、3.5V、3.8V。电机的额定电流为40mA，要产生0.3V的电压差，可以通过7.5Ω的电阻来完成。见图2中相应的虚线部分，图中74HC138组成3-8译码电路，其将A、B、C端的3位二进制输入转化为Y0～Y7的译码输出。
当A、B、C为111时Y7=0，其他的Y0～Y6为1，Q8导通，Q2～Q7截止，电源VCC经Q8加到电机M1上，这时电机获得最高电压，有最高转速；
当A、B、C为001时Y1=0，其他的Y0、Y2～Y7为1，Q2导通，Q3～Q8截止，电源VCC经Q2、R14～R19加到电机M1上，这时电机获得最低电压，有最低转速；
当A、B、C为000时Y0=0，其他的Y1～Y7为1，Q2～Q8均截止，电机停止运转。
图2中的R7～R13构成Q2～Q8的基极限流电阻，Q2～Q8工作在开关工作状态，C5为消除电机M1的自感应吸收电容。

图2 电机转速档位控制电路
遥控操作转化为74HC138输入A、B、C电路
为了实现按键控制转化为图2中74HC138输入A、B、C的电路，由CD40193构成加减双向计数器，CPU、CPD分别为加、减计数的时钟输入端，见图3中相应的虚线部分。
当按键S1按下时，A+为高电平，在Q0、Q1、Q2均不为1时，U2C的输出为高电平，此时CLK经U2A到达U3 CD40193的CPU端，作为二进制加计数时钟，而S2未按下，A-为低电平，CLK不能经U2B到达U3 CD40193的CPD端，这时Q0、Q1、Q2产生由000～111的二进制加计数。在Q0=A、Q1=B、Q2=C时，为电机提供转速逐渐递增的驱动信号。继续按S1，当加计数达Q0=1、Q1=1、Q2=1时，U2C的输出为低电平，此时U2A禁止CLK通过，其输出为高，U3 CD40193不再进行加计数。电机工作在最高速度，继续按S1时速度保持不变。此时只能由S2按键操作来改变电机转速。
当按键S2按下时，A-为高电平，在Q0、Q1、Q2均不为0时，U5A的输出为高电平，CLK经U2B到达U3 CD40193的CPD端，作为二进制减计数时钟，同理S1未按下，CLK不能经U2C到达U3 CD40193的CPU端，对应的Q0、Q1、Q2产生由111～000的二进制减计数，为电机提供转速逐渐递减的驱动信号。当按S2到Q0=0、Q1=0、Q2=0时，同理U5A输出低电平，U2B禁止CLK通过，U3 CD40193不进行减计数，电机为停转，继续按S2时，电机保持为停止状态不变。此时只能由S1按键操作来改变电机转速。电路中R8、C1的作用是：在VCC开机接通瞬间，电容C1来不及充电，使U3 CD40193的预置端PL为低电平，将P0、P1、P2、P3的预置数0000异步预置到Q0、Q1、Q2、Q3。即保证在接通电源开机，且没有S1、S2的按健动作时，电机不会发生误动作。
CLK产生电路
CLK产生电路如图3中相应的虚线部分所示。当S1、S2均无按键操作时，A+、A-均为低电平，U4B的输入5脚为低电平，使其输出为高电平，这时CLK没有时钟脉冲输出，前述1.2的U3 CD40193将保持Q0、Q1、Q2的输出不变，即电机转速不变。当S1、S2之中有任一按键操作时，U4B的5脚为高电平，电路产生频率为1/(1.4R5C2)，即约2Hz的振荡时钟输出，为图3电路提供加/减计数时钟CLK。其中LED1为使用者提示速度变化。其每闪动一次，表示速度增加或减少一级。
为实现图2电路与图3电路之间的无线遥控操作，在Q0、Q1、Q2到A、B、C之间引入无线发射与遥控编码电路，见图3中相应的虚线部分，无线接收与遥控解码电路见图4中相应的虚线部分。

图3 操作转换、CLK产生的编解码电路
图3中，U1 SC2262为与PT2262有相同功能(减少无用引脚)的CMOS通用遥控编码器，F05E为3～12V供电的、含声表谐振器进行稳频的、可工作在433MHz或315MHz的射频发射模块，其3脚IN端触发极在无输入信号时不发射。当其触发极有信号输入时，产生触发发射。每次触发便输出一串每秒3次频率约1kHz的脉冲信号。其发射距离可以由改变R2与F05E上增加天线来改善，在不增加天线，且R2=47kΩ时，发射距离可达12～15m左右。R2=10kΩ时，在工作频率为433MHz时，F05E上增加18cm的漆包线作为天线时，发射距离可达50m左右。
其中，D1、D2、C4、C5、R3、R4、R11、Q1构成SC2262的编码输出有效控制，当S1、S2无按键操作时A+、A-为低电平，Q1不导通，SC2262没有编码输出；有按键操作时，按键信号经C4、C5、R4、R11延时处理后使Q1导通，SC2262对Q0、Q1、Q2的输入进行编码并输出到F05E发射。C4、C5、R4、R11延时的目的为消除按键的抖动。
图4中，J04V为超再生射频接收模块，SC2272SML3为与前SC2262配合的通用遥控解码IC，其与PT2272ML有相同功能；均含有DIN端无新信号输入时D0、D1、D2保持前一次内容不变。J04V将接收到的射频信号恢复为数据信号送SC2272SML3解码，得到图2中U3 74HC138所需的A、B、C信号。R2、D7为接收电路工作指示灯。

接收/电机驱动电路电源管理电路
接收/电机驱动电路的电源管理电路见图4中相应的虚线部分。当SW1按下时，R3、C3与R4、C4组成两个积分电路，由CD4000系列的特性知，当CLK(ＣD4013 PIN3)、R(CD4013 PIN4)电位上升到1/2VCC时，CD4013输出端发生改变。而CLK端到达的时间为SW1按下后的t1，R端到达的时间为SW1按下后的t2，由图１有t1=R3C3ln2=1(s)，t2=R4C4ln2=2.29(s)。即当SW1按下时间t：t1

图4 无线接收与遥控解码电路、档位控制电路和电源管理电路