攀枝花学院综合设计(论文)
基于单片机的电机控制
学生姓名:邓海涛
学生学号: 200910502006 院(系):电气信息工程学院
年级专业:2009级电气工程与自动化
指导教师:曾技
二〇一二年六月
摘要
本文是对直流电机PWM调速器设计的研究,主要实现对电机的控制。本课程设计主要是实现PWM调速器的加速、减速、停止等操作。并实现电路的仿真。为实现系统的微机控制,在设计中,采用了AT89C51单片机作为整个控制系统的控制电路的核心部分,配以各种显示、驱动模块,实现对电动机转速参数的显示和测量;由命令输入模块、光电隔离模块及H型驱动模块组成。采用带中断的独立式键盘作为命令的输入,单片机在程序控制下,不断给光电隔离电路发送PWM 波形,H型驱动电路完成电机正反转控制.在设计中,采用PWM调速方式,通过改变PWM的占空比从而改变电动机的电枢电压,进而实现对电动机的调速。设计的整个控制系统,在硬件结构上采用了大量的集成电路模块,大大简化了硬件电路,提高了系统的稳定性和可靠性,使整个系统的性能得到提高。
关键词AT89C51单片机, L298,直流电机
目录
摘要 (2)
1 绪论 (4)
1.1课题背景 (4)
1.2课题来源 (4)
2 系统论述 (5)
2.1设计思路 (5)
2.2总设计框图 (5)
3 直流电机单元电路设计与分析 (6)
3.1直流电机驱动模块 (6)
3.1.1直流电机工作原理 (7)
3.1.2直流电机PWM调速原理 (7)
3.1.3电机驱动模块的电路设计 (9)
3.2直流电机的中断键盘控制模块 (10)
3.2.1外部中断设置. (10)
4 直流电机PWM控制系统的实现 (11)
4.1总电路图 (12)
4.2总电路功能介绍 (12)
4.3直流电机控制程序 (12)
5 系统仿真 (17)
6 结论 (18)
参考文献 (19)
致谢 (19)
1 绪论
1.1课题背景
本文讨论的单片机多功能定时器的核心是目前应用极为广泛的51系列单片机,配置了外围设备,构成了一个可编程的计时定时系统,具有体积小,可靠性高,功能强等特点。不仅能满足所需要求而且还有很多功能可供开发,有着广泛的应用领域。
20世纪80年代中期以后,Intel公司以专利转让的形式把8051内核技术转让给许多半导体芯片生产厂家,如ATMEL、PHILIPS、ANALOG、DEVICES、DALLAS 等。这些厂家生产的芯片是MCS-51系列的兼容产品,准确地说是与MCS-51指令系统兼容的单片机。这些兼容机与8051的系统结构(主要是指令系统)相同,采用CMOS工艺,因而,常用80C51系列来称呼所有具有8051指令系统的单片机,它们对8051单片机一般都作了一些扩充,更有特点。其功能和市场竞争力更强,不该把它们直接称呼为MCS-51系列单片机,因为MCS只是Intel公司专用的单片机系列型号。MCS-51系列及80C51单片机有多种品种。它们的引脚及指令系统相互兼容,主要在内部结构上有些区别。目前使用的MCS-51系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类:基本型、增强型、低功耗型、专用型、超8位型、片内闪烁存储器型。
1.2课题来源
在日常生活和工作中,我们常常用到定时控制,如扩印过程中的曝光定时等。早期常用的一些时间控制单元都使用模拟电路设计制作的,其定时准确性和重复精度都不是很理想,现在基本上都是基于数字技术的新一代产品,随着单片机性能价格比的不断提高,新一代产品的应用也越来越广泛,大可构成复杂的工业过程控制系统,完成复杂的控制功能。小则可以用于家电控制,甚至可以用于
儿童电子玩具。它功能强大,体积小,质量轻,灵活好用,配以适当的接口芯片,可以构造各种各样、功能各异的微电子产品。
随着电子技术的飞速发展,家用电器和办公电子设备逐渐增多,不同的设备都有自己的控制器,使用起来很不方便。根据这种实际情况,设计一个单片机控制直流电机的转速,来方便生活。
2 系统论述
2.1设计思路
直流电机PWM控制系统的主要功能包括:直流电机的加速、减速以及电机的正转和反转,并且可以调整电机的转速,还可以方便的读出电机转速的大小,能够很方便的实现电机的智能控制。其间,还包括直流电机的直接清零、启动(置数)、暂停、连续功能。该直流电机系统由以下电路模块组成:振荡器和时钟电路:这部分电路主要由80C51单片机和一些电容、晶振组成。设计输入部分:这一模块主要是利用带中断的独立式键盘来实现。设计控制部分:主要由80C51单片机的外部中断扩展电路组成。设计显示部分:包括液晶显示部分和LED数码显示部分。液晶显示部分由1602LCD液晶显示模块组成; LED数码显示部分由七段数码显示管组成。直流电机PWM控制实现部分:主要由一些二极管、电机和L298直流电机驱动模块组成。
2.2总设计框图
系统组成:直流电机PWM调速方案如图2.1所示:
方案说明:直流电机PWM调速系统以AT89C2051单片机为控制核心,由命
令输入模块、LCD显示模块及电机驱动模块组成。采用带中断的独立式键盘作为命令的输入,单片机在程序控制下,定时不断给直流电机驱动芯片发送PWM 波形,H型驱动电路完成电机正,反转控制;同时单片机不停的将从键盘读取的数据送到LCD显示模块去显示,从中不仅能读取其速度,而且能知晓其转向及一些温心提示。
图 2.1 直流电机PWM调速方案
3 直流电机单元电路设计与分析
3.1直流电机驱动模块
主要由一些二极管、电机和L298直流电机驱动模块(内含CMOSS管、三太门等)组成。
3.1.1直流电机工作原理
直流电机电路模型如图3.1所示,磁极N 、S 间装着一个可以转动的铁磁圆柱体,圆柱体的表面上固定着一个线圈abcd 。当线圈中流过电流时,线圈受到电磁力作用,从而产生旋转。根据左手定则可知,当流过线圈中电流改变方向时,线圈的受方向也将改变,因此通过改变线圈电路的方向实现改变电机的方向。
3.1.2直流电机PWM 调速原理
(1)直流电机转速
直流电机的数学模型可用图3.2表示,由图可见电机的电枢电动势Ea 的正方向与电枢电流Ia 的方向相反,Ea 为反电动势;电磁转矩T 的正方向与转速n 的方向相同,是拖动转矩;轴上的机械负载转矩T2及空载转矩T0均与n 相反,是制动转矩。
图3.2 直流电机的数学模型
图1.1 直流电机工作
说明:
U ………………> 电压 Ea ……… >电枢电动势 n …………………>转速 I ………………>电枢电流 r a ……… >电枢回路电阻 Rc ……… >外在电枢电阻 T1,T2………>负载转矩 T0………… > 空载转矩 Φ………………> 磁通量
根据基尔霍夫第二定律,得到电枢电压电动势平衡方程式1.1:
U=Ea-Ia(Ra+Rc)……………………………………………式1.1
式1.1中,Ra为电枢回路电阻,电枢回路串联保绕阻与电刷接触电阻的总和;
Rc是外接在电枢回路中的调节电阻。
由此可得到直流电机的转速公式为:
n =Ua-IR/CeΦ……………………………………………式1.2
式1.2中,Ce为电动势常数,Φ是磁通量。
由1.1式和1.2式得
n =Ea/CeΦ………………………………………………式1.3
由式1.3中可以看出,对于一个已经制造好的电机,当励磁电压和负载转矩恒定时,它的转速由回在电枢两端的电压Ea决定,电枢电压越高,电机转速就越快,电枢电压降低到0V时,电机就停止转动;改变电枢电压的极性,电机就反转。
(2)PWM电机调速原理
对于直流电机来说,如果加在电枢两端的电压脉动电流压(要求脉动电压的周期远小于电机的惯性常数),可以看出,在T不变的情况下,改变T1和T2宽度,得到的电压将发生变化。
图3.3为施加不同占空比时实测的数据绘制所得占空比与转速的关系图。
图3.3 占空比与电机转速的关系
由图看出转速与占空比D并不是完全速的线性关系(图中实线),原因是电枢本身有电阻,不过一般直流电机的内阻较小,可以近视为线性关系。
由此可见,改变施加在电枢两端电压就能改变电机的转速成,这就是直流电机PWM调速原理。
3.1.3电机驱动模块的电路设计
根据直流电机的工作原理,从PROTEUS选取元器件如下,放置元器件、放置电源和地]连线,我们参此设计的直流电机驱动模块电路如图3.4所示
●2SK1058 : CMOSS管
●74L26 : 三太门
●1N4006 : 二极管
●VSCOURCE : 电源
●MOTOR-ENCODER : 直流电机
●RES : 电阻
●AT89C51 : 单片机 (在此并未显示)
图3.4 直流电机驱动电路
然而考虑市场的行情,既然已有专门地为电机驱动而设计的芯片,就没必要
再从新来设计;选用L298芯片来构成的电路结构基本上跟上图一样,由L298芯片组装的驱动模块如图3.5所示。所用元器件如下所示:
●1N4006 : 二极管
●AT89C51 : 单片机 (在此并未显示)
●RES : 电阻
●MOTOR-ENCODER : 直流电机
●L298 : 电机驱动芯片
●RESPACK-8: 排阻
图3.5 直流电机及其驱动电路
3.2直流电机的中断键盘控制模块
3.2.1外部中断设置.
(1)外部中断允许设置
中断控制寄存器IE的EX0对应INT0,EX1对应INT1,EA为中断的
总开关,若要开放外部中断,只要将IE对应的位和总开关EA置1即可。
如:开放外部中断0的设置:
SETB EX0
SETB EA
开放外部中断0和1的设置:
SETB EX0
SETB EX1
SETB EA
(2)外部中断触发方式设置
单片机外部中断有两种触发方式,一种是电平触发方式,另一种是脉冲触发
电平触发设置方法:CLR ITX,为低电平触发方式。
脉冲触发设置方法:SETB ITX=1,为脉冲下降沿触发方式。
在使用外部中断时,如果不进行设置,则为电平触发方式。
(3)外部优先级设置
外部中断IN0、INT1的中断优先级的设置是通过设置IP寄存器实现的,IP的PX0对应INT0,PX1对应INT1。PX置1为高级中断,PX为0为低级中断。
4 直流电机PWM控制系统的实现
4.1总电路图
图4.1 直流电机
4.2总电路功能介绍
直流电机PWM调制控制系统具有加速、减速、正转、反转、停止控制功能。操作开关通过中断控制直流电机的加速、减速、正转、反转、停止控制功能,并通过LCD液晶显示。振荡、时钟电路和复位电路由80C51单片机内部给出。直流电机转动速度由LCD液晶显示。操作开关状态由液晶显示器显示。
4.3直流电机控制程序
ORG 0000H
SJMP DISPLAY
ORG 0003H
LJMP BUTTON ; 外部0中断入口地址
ORG 000BH
LJMP DINGSHI ; 定时中断T0入口地址
RS EQU P3.0
RW EQU P3.1
E EQU P3.4
ORG 0030H ; 此次直流电机的设计以LCD字符夜晶的 ; 显示程序为主程序DISPLAY:
SETB EA ; 打开中断总开关
SETB EX0 ; 打开外部中断0开关
SETB IT0 ; 打开外部中断0下降沿触发
MOV TMOD,#01H ; 设置定时工作方式
MOV TL0,#0FFH ; 设置定时初值
MOV TH0,#0FFH
SETB ET0 ; 打开定时中断T0开关
CLR P0.5
CLR P0.6
CLR P0.7
SETB TR0 ; 定时器T0开始定时
MOV DPTR,#TAB ; 夜晶显示的字符首地址
MOV R0,#00H ; 脉宽的初值
MOV R1,#16 ; "SET SPEED PLEASE"的字符个数MOV R3,#00H
MOV R4,#00H
LP9:
LCALL CHUSHI
LP2:
ACALL BUSY
MOV A,#00H
MOVC A,@A+DPTR
MOV P1,A
ACALL DATAS
INC DPTR
DJNZ R1,LP2
LP3:
CJNE R3,#00H,LP4
CJNE R4,#00H,LP4
SJMP LP3
LP4: MOV R7,#00H ; 中断的标志
MOV R5,#09H ; CURRENT : 的字符个数
ACALL BUSY
MOV P1,#0C0H
ACALL ENABLE
MOV DPTR,#MMTAB
ACALL BUSY
LP5:
MOV A,#00H
MOVC A,@A+DPTR
MOV P1,A
INC DPTR
ACALL DATAS
ACALL BUSY
DJNZ R5,LP5
MOV DPTR,#STAB
MOV A,R2
MOV P1,A
ACALL DATAS
ACALL BUSY
MOV A,R3 ; 显示速度的十位
MOVC A,@A+DPTR
MOV P1,A
ACALL DATAS
ACALL BUSY
MOV A,R4 ; 显示速度的个位
MOVC A,@A+DPTR
MOV P1,A
ACALL DATAS ; 使夜晶始终显示当前电机的速度
LP8:
CJNE R7,#00H,LP7 ; 速度不变时等待
LJMP LP8 ; 速度变时重新读入速度
LP7:
SJMP LP4
CHUSHI: ; 使夜晶显示的一些初始设置ACALL BUSY
MOV P1,#00000001B ; 清屏并光标复位
ACALL ENABLE
ACALL BUSY
MOV P1,#00111000B ; 设置显示模式:8位2行5x7点阵ACALL ENABLE
ACALL BUSY
MOV P1,#00001111B ; 显示器开、光标开、光标允许闪烁ACALL ENABLE
ACALL BUSY
MOV P1,#00000110B ; 文字不动,光标自动右移ACALL ENABLE
ACALL BUSY
MOV P1,#80H ; 写入显示起始地址
ACALL ENABLE
RET
ENABLE: ; 写入控制命令的子程序SETB E
CLR RS
CLR RW
CLR E
RET
DATAS: ; 写入数据子程序SETB E
SETB RS
CLR RW
CLR E
RET
BUSY: ; 准备写入数据
CLR E
MOV P1,#0FFH
CLR RS
SETB RW
SETB E
JB P1.7,BUSY
RET
ORG 2000H
DINGSHI: ; 定时中断服务程序CPL P0.7
JNB P0.7,Z1 ; 周期一定
MOV A,#0FFH
SUBB A,R0
MOV TH0,A
SETB TR0
RETI
Z1: MOV TH0,R0 ; 脉宽
SETB TR0
RETI
BUTTON: ; 从控制键盘中读取操作命令PUSH ACC
CLR EX0
CLR EA
INC R7 ;
MOV A,#0FFH
MOV P2,A
MOV A,P2
JNB ACC.0,AA0
JNB ACC.1,KK0
JNB ACC.2,ZZ
JNB ACC.3,FF
JNB ACC.4,WW0
AJMP QQ
AA0: CJNE R0,#0FFH, AA1 ; 加速操作AJMP QQ
AA1: MOV A,R0
ADD A,#5
MOV R0,A
AJMP QQ
KK0: CJNE R0,#00,MM ; 减速操作AJMP QQ
MM: MOV A,R0
SUBB A,#5
MOV R0,A
AJMP QQ
QQ: MOV A,R0
MOV B,#5
DIV AB
MOV B,#10
DIV AB
MOV R3,A
MOV R4,B
SETB EX0
LCALL DELAY
LCALL DELAY
LCALL DELAY
LCALL DELAY
SETB EA
POP ACC
RETI
WW0: CLR P0.5 ; 停止操作CLR P0.6
LCALL DELAY
LCALL DELAY
LCALL DELAY
SETB EX0
SETB EA
POP ACC
RETI
DELAY: ; 延时子程序MOV R5,#0E0H
MM0: MOV R6,#30H
MM1: DJNZ R6,MM1
DJNZ R5,MM0
RET
TAB: DB 53H,45H,54H,20H
DB 53H,50H,45H,45H ; "SET SPEED PLEASE" 代码
DB 44H,20H,50H,4CH
DB 45H,41H,53H,45H
STAB: DB 30H,31H,32H,33H
DB 34H,35H,36H,37H ; "0,1,2,3,4,5,6,7" 代码
DB 38H,39H,41H,42H ; "8,9,A,B,C,D,E,F"
DB 43H,44H,45H,46H
MMTAB: DB 43H,4FH,52H,52H
DB 45H,4EH,54H,20H ; " CURRENT : " 代码
DB 3AH
END
5 系统仿真
键盘向单片机输入相应控制指令,由单片机通过P2.0与P2.1其中一口输出与转速相应的PWM脉冲,另一口输出低电平,经过信号放大、光耦传递,驱动H 型桥式电动机控制电路,实现电动机转向与转速的控制。电动机的运转状态通过LED显示出来。电动机所处速度级以速度档级数显示。正转时数字向右移动,反转时数字向左移动。移动速度分7档,快慢与电动机所处速度级快慢一一对应。每次电动机启动后开始计时,停止时LED显示出本次运转所用时间,时间精确到0.1s。
本实验是由组员共同完成,我主要负责的是调试。为了确保设计项目能够最终得到实现,要先将他在电脑进行仿真再连接单片机输入程序进行调试。
1.输入程序:将同学已经写好的,并且无错误的程序输入到单片机中。
2.调试:输入程序后,连接直流电机,对直流电机进行控制。
3.修改:看键盘能否对直流电机进行控制,如果不能再对程序及其它做出
改。4.修改后再进行同样的操作,一直得到键盘能对直流电机进去控制。
LCD 液晶显示电路的系统仿真与调试:在PROTEUS 运行环境中首先检验LCD 显示电路,添加程序,运行LCD 液晶显示电路能,在之前的电路基础之
上再拓展带中断的独立式键盘,调试成功后的电路如图5.1所示
D 7D 6D 5D 4D 3D 2D 1D 0
E R W R S
V S S
V D D V E E
图5.1 带中断控制的LCD 液晶显示
6 结论
通过这次课程设计,我得到了一次非常好的锻炼机会,在这四个星期左右的时间里,我和我的团队在老师的指导下,一步一步从完全不懂到最后的实物制造。通过这四个星期的学习,发现了自己的很多不足,自己知识的不牢固,知识面太狭窄。看到了自己的实践经验更是缺乏,理论联系实际的能力急需提高。
这次的课程设计也让我看到了团队的力量,我认为我们的工作是一个团队的工作,团队需要个人,个人也离不开团队,必须发扬团结协作的精神。团结协作是我们成功的一项非常重要的保证。而这次设计也正好锻炼我们这一点,这也是非常宝贵的。
这次设计就我个人而言,除了认识自己的许多不足,还有很多经验值得以后
学习。就比如说在这次实验中遇到的问题,如电机在测速模块中,假如电机在运行的过程不稳定,特别是在换向过程很容易产生误脉冲。经过小组的共同努力也克服了一些困难,同时自己也学会了很多软件的使用和程序调试的小技巧,可以说是让我受益匪浅。
当今社会科技日新月异,数字系统的更新换代速度不断加快,因此仅仅满足教学上的内容还远远不够,必须及时汲取新的知识充实自己这样在以后的工作生活中才会更加容易的面对种种困难。
参考文献
[1]杨永辉.现代电子技术[J] .智能小车的多传感器数据融合.2005, (6) :3-6.
[2]何立民.单片机与嵌入式系统应用[J].基于HCS12的小车智能控制系统设计.2007,(3) :51-53,57.
[3]方建军.何广平.智能机器人[M].北京:化学工业出版社.2004 :5-9.
[4]张立.电子世界[J].电动小车的循迹.2004,(6):45.
[5] https://www.wendangku.net/doc/6711234051.html,/forum/thread/view/99_22334448_1.html.
[6]滕志军.今日电子[J].基于超声波检测的倒车雷达设计.2006,(9):15-17.
致谢
在学习中,老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模,老师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神,将永远激励着我。这三年中还得到众多老师的关心支持和帮助。在此,谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意!
十二、直流电动机速度控制模型建立 如图所示,a R 和a L 分别为电枢回路电阻和电感,a J 为机械旋转部分的转动惯量,f 为旋转部分的粘性摩擦系统,)(t u a 为电枢电压,)(t n 为电动机转动速度,)(t i a 为电枢回路电流。 通过调节电枢电压)(t u a ,控制电动机的转动速度)(t n 。电动机负载变化为电动机转动速度的干扰因素,用负载力矩)(t M d 表示。 根据直流电动机的工作原理及基尔霍夫定律,直流电动机有四大平衡方程: (1)电枢回路电压平衡方程 )()()(t u E t i R dt t di L a a a a a a =++ 式中,a E 为电动机的反电势。 (2)电磁转矩方程 )()(t ia K t M a w = 式中,)(t M w 为电枢电流产生的电磁转矩,a K 为电动机转矩系数。 (3)转矩平衡方程 )()()()(t M t M t fn dt t dn J d w a +=+ 式中,a J 为机械旋转部分的转动惯量,f 为旋转部分的粘性摩擦系数。 (4)由磁感应关系,得 )(t n K E b a = 根据上述的四个平衡方程式,可建立起系统的输出量、干扰量与输入量之间的传递函数 b a a a a a a a a a K K f R s J R f L s L J K s U s N ++++=)()()(2 a a a a d R s L K s U s M +-=)()( 建立起直流电动机的结构图为
直流电动机参数为 Ω =0.2a R , 015.0,015.0,5.0===b a a K K H L ,Nms f 2.0=,202.0m kg J a ?=。 得到系统的阶跃响应曲线为
实用标准文案 目录 1 总体设计框 架 (3) 2 硬件电路设 计 (4) 2.1 芯片介 绍 (4) 2.2 驱动电 路 (9) 2.3 按键控制电 路 (10) 3 程序编写 ................................................. 10 3.1 工作原 理 (10) 21程序书写过程 3.2 ...................................................... 参考资 料 (16) 精彩文档. 实用标准文案 直流电机驱动 Abstract 摘要:本文主要内容是利用PIC18F452单片机来控制直流电机,通过L293NE来驱动电机,通过按键来使其正转,反转。Keywords 关键词:直流电机,PWM,L293NE 精彩文档. 实用标准文案
总体设计框架1硬件电路利用驱动芯片L293D来驱动直流电机,按键则是单独引出。如图1所示。软件则是C语言编程。 PI驱C直动1流8电电F路机452 图1硬件设计框精彩文档. 实用标准文案 2硬件电路设计 2.1 芯片介绍 首先,总体说明硬件电路设计,如图2 原理图,图3 PCB图以及图4板子的图所示。三个输入信号,如图分别为RD4,RD5,RD6连上光耦的2脚,然后通过光耦的4脚引入L293D的使能引脚(12EN)以及输入引脚(1A,2A),然后L293D的输出引脚(1Y,2Y)通过H-桥型控制电路与直流电机连接。 图2 直流电机控制部分原理图 精彩文档. 实用标准文案 PCB图图3直流电机控制部分 成品板图4 其中红线圈表示直流电机控制部分。下面详细介绍各个芯片。PIC18F452
直流电机转速控制公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]
直流电机转速控制 课程设计 姓名: 学号: 班级:
目录 1.直流电机转速控制方案设计 (2) 设计要求 (2) 设计框图 (2) 2.直流电机转速控制硬件设计 (3) 主要器件功能 (3) 硬件原理图 (6) 3.直流电机转速控制软件设计 (7) 4.调试 (8) 硬件测试 (8) 软件调试……………………………………………………………(11
1.直流电机转速控制方案设计 设计要求 通过设计了解如何运用电子技术来实现直流电机转速控制,完成直流电机转向和转速的控制,提高分析电路设计、调试方面问题和解决问题的能力。 1、用按键1控制旋转方向,实现正转和反转。 2、电机的设定转速与电机的实际转速在数码管上显示。 3、旋转速度可实时改变。 设计框图 本课题中测量控制电路组成框图如下所示:
图1 2.直流电机转速控制硬件设计 主要器件功能 1、L298N 是专用驱动集成电路,属于H 桥集成电路,与L293D 的差别是其输出电流增大,功率增强。其输出电流为2A,最高电流4A,最高工作电压50V,可以驱动感性负载,如大功率直流电机,步进电机,电磁阀等,特别是其输入端可以与单片机直接相联,从而很方便地受单片机控制。当驱动直流电机时,可以直接控制步进电机,并可以实现电机正转与反转,实现此功能只需改变输入端的逻辑电平。此外可能通过使能端的高低电平的变换,从而使电机通断,来控制电机的转速。 图2 板上的EN1 与EN2 为高电平时有效,这里的电平指的是TTL 电平。EN1 为IN1 和IN2 的使能端,EN2为IN3 和IN4 的使能端。POWER 接直流电源,注意正负,电源正端为VCC,电源地为GND。 2、ZLG7290的核心是一块ZLG7290B芯片,它采用I2C接口,能直接驱动8位共阴式数码管,同时可扫描管理多达64只按键,实现人机对话的功能资源十分丰富。除具有自动消除抖动功能外,它还具有段闪烁、段点亮、段熄灭、功
. 直流电机转速控制 课程设计
姓名: 学号: 班级: 目录 1.直流电机转速控制方案设计 (2) 1.1设计要求 (2) 1.2设计框图 (2) 2.直流电机转速控制硬件设计 (3) 2.1主要器件功能 (3) 2.2硬件原理图 (6)
3.直流电机转速控制软件设计 (7) 4.调试 (8) 4.1硬件测试 (8) 4.2软件调试……………………………………………………………(11 1.直流电机转速控制方案设计 1.1设计要求 通过设计了解如何运用电子技术来实现直流电机转速控制,完成直流电机转向和转速的控制,提高分析电路设计、调试方面问题和解决问题的能力。
1、用按键1控制旋转方向,实现正转和反转。 2、电机的设定转速与电机的实际转速在数码管上显示。 3、旋转速度可实时改变。 1.2设计框图 本课题中测量控制电路组成框图如下所示: 图1
2.直流电机转速控制硬件设计 2.1主要器件功能 1、L298N 是专用驱动集成电路,属于H 桥集成电路,与L293D 的差别是其输出电流增大,功率增强。其输出电流为2A,最高电流4A,最高工作电压50V,可以驱动感性负载,如大功率直流电机,步进电机,电磁阀等,特别是其输入端可以与单片机直接相联,从而很方便地受单片机控制。当驱动直流电机时,可以直接控制步进电机,并可以实现电机正转与反转,实现此功能只需改变输入端的逻辑电平。此外可能通过使能端的高低电平的变换,从而使电机通断,来控制电机的转速。 图2 板上的EN1 与EN2 为高电平时有效,这里的电平指的是TTL 电平。EN1 为IN1 和IN2 的使能端,EN2为IN3 和IN4 的使能端。POWER 接直流电源,注意正负,电
基于单片机对直流电机的控制 第十五组 姓名:吴代露20131325010 张鹏飞20131325012 金静丽20131325014 周敏20131325015 胡会华20131325017 顾蓉20131325018 专业:2013级信息工程(系统工程方向) 指导老师:周旺平 2014.12.22
基于单片机对直流电机的控制 内容摘要 电动机作为最主要的动力源,在生产和生活中占有重要地位。电动机的调速控制过去多用模拟法,随着计算机的产生和发展以及新型电力电子功率器件的不断涌现,电动机的控制也发生了深刻的变化。 关键字:电动机飞思卡尔 PWM控制 一、引言 (一)直流电机的定义 直流电机(direct current machine):是指能将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机,将电能转换为机械能;作发电机运行时是直流发电机,将机械能转换为电能。 (二)直流电机的基本结构 由直流电动机和发电机工作原理示意图可以看到,直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子,定子的主要作用是产生磁场,由机座、主磁极换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子,其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势,是直流电机进行能量转换的枢纽,所以通常又称为电枢,由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。 (三)直流电机工作原理
直流电机里边固定有环状永磁体,电流通过转子上的线圈产生安培力,当转子上的线圈与磁场平行时,再继续转受到的磁场方向将改变,因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触,从而线圈上的电流方向也改变,产生的洛伦兹力方向不变,所以电机能保持一个方向转动。直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势,靠换向器配合电刷的换向作用,使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。感应电动势的方向按右手定则确定(磁感线指向手心,大拇指指向导体运动方向,其他四指的指向就是导体中感应电动势的方向)。导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩,这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩,转矩的方向是逆时针方向,企图使电枢逆时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩(例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩),电枢就能按逆时针方向旋转起来。 (四)直流电机的分类 直流电动机按结构及工作原理可划分:无刷直流电动机和有刷直流电动机。(1)无刷直流电动机:无刷直流电动机是将普通直流电动机的定子与转子进行了互换。其转子为永久磁铁产生气隙磁通:定子为电枢,由多相绕组组成。在结构上,它与永磁同步电动机类似。无刷直流电动机定子的结构与普通的同步电动机或感应电动机相同.在铁芯中嵌入多相绕组(三相、四相、五相不等).绕组可接成星形或三角形,并分别与逆变器的各功率管相连,以便进行合理换相。由于电动机本体为永磁电机,所以习惯上把无刷直流电动机也叫做永磁无刷直流电动机。 (2)有刷直流电动机:又可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。 永磁直流电动机划分:稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。稀土永磁直流电动机:体积小且性能更好,但价格昂贵,主要用于航天、计算机、井下仪器等;铁氧体永磁直流电动机:由铁氧体材料制成的磁极体,廉价,且性能良好,广泛用于家用电器、汽车、玩具、电动工具等领域;铝镍钴永磁直流电动机:需要消耗大量的贵重金属、价格较高,但对高温的适应性好,用于环境温度较高或对电动机的温度稳定性要求较高的场合。 电磁直流电动机划分:串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。 (1)串励直流电动机:电流串联,分流,励磁绕组是和电枢串联的,直流串励电
实训题目: 温度控制直流电动机转速 学生姓名:崔敬通 学号: 201223160126 专业:电子信息工程 2013年11月27日
1 引言 直流电机具有良好的线性调速特性和控制性能,使其调速控制占主流地位。尽管交流变频电机、步进电机等在控制调速领域的应用比较广泛,但直流电机调速仍是大多数调速控制电机的最佳选择。89C55单片机支持C语言编程,可移植性好,速度快,已被广泛应用于机电一体化、工业控制、智能仪器仪表等领域。现应用89C51单片机对直流电机速度进行有效测试和控制,通过对直流电机转速脉冲和中断次数的计数,可实现根据输入值控制直流电机的转速。 2 设计任务与要求 根据设计需要,通过测量原件把检测到的直流电机转速读入到89C55单片机中,再通过编程使读入的数值在显示器上显示出来。若检测到的电机转速等于设定值,则对直流电机的转速进行记录;若检测到的电机转速没有达到设定值,则通过加大数值或模数转换芯片使电机速度提升至设定值;若检测到电机转速超过设定值则通过模数转换芯片把电机速度降至设定值。通过这种实时检测和在线控制的方式使单片机能够对直流电机 2.1系统的设计要求及主要技术指标 本论文要求使用单片机进行电路设计,同时单片机部分应带有显示功能。单片机对某个位置进行温度监控,当外部温度≥45℃时,电动机加速正转,当温度≥75℃时,电动机全速正转;当外部温度≤10℃时,电动机加速反转,当温度≤0℃时,电动机全速反转;当温度回到10℃~45℃之间时电动机逐渐停止转动。 2.2系统总体方案 系统总体方案设计,如下图2.1
图2.1 系统总体方案图 2.3总体方案论述 该系统采用AT89C55单片机为核心,通过DS18B20进行温度采集,送入单片机,经过软件编程进行温度的比较和范围划定,然后通过程序控制由单片机产生不同的PWM(脉冲宽度调制)信号,送给电机驱动芯片L298的使能端口,通过L298驱动芯片来控制直流电机的启动、速度、方向的变化;单片机将温度数据传送给LM016L显示温度。整个电路设计包括温度采集模块,单片机控制模块,温度显示模块,和电机及电机驱动模块。 3硬件电路设计 MCS-51系列单片机 Intel公司推出的8位单片机: 1976年推出的MCS-48系列:8039,8048等。
兰州交通大学 毕业设计文献综述 题目:基于单片机的电机转速测量系统Title:Motor speed measuring system based on single chip microcomputer 姓名:韦宝芸
学号:3 班级:机设1202班 摘要 本文首先叙述了单片机测量转速的系统构成及转速测量的几种常用方法,分析了相应方法在测量上的特点、误差和计算。其次,针对特定的应用环境,设计出一种基于 80C51单片机的全数字式测速系统,详细阐述了系统的工作原理,指出产生误差的可能原因,并给出了具体解决的方法;根据系统要求编制了源程序,分析其工作流程。最后,对构建的系统利用仿真机进行调试,对测量指标进行了分析、比较并提出改进方案。 关键词:单片机、转速、测量精度 Abstract
This paper first discussed some ways for rotary speed measure. It analyzed characters and errors of these ways. Second, it designed full digital measure system based on a Single-Chip Microprocessor(80C51) responding to special application, stated the working theory of the system and the methods to solve the errors, writed the working programmes by A51 assemble language. Finally, this system implementation was confirmed by using of Keil-51 simulator. The characters on the error margin and accuracy was summarized. Keywords : Single-Chip Microprocessor、rotary speed 、measureprecision Keil-51
一、 直流无刷电机转速控制 1. 模拟PID 控制 1.1 模拟PID 控制原理 在模拟控制系统中,最常用的控制器就是模拟PID 控制器。以下图所示直流电机 控制系统为例,说明PID 控制器控制电机转速的原理。图中)(0t n 为转速设定值,)(t n 为转速反馈值,)()()(0t n t n t e -=为偏差信号,偏差信号通过PID 控制器后产生控制作用作用于直流电机从而控制电机转速到设定值。 常见的模拟PID 控制系统如下图所示。PID 控制器由比例、积分、微分的线性组合构成。控制规律如下: ]) ()(1)([)(0?++=t d i p dt t de T d e T t e K t u ττ * 其中: p K ——控制器的比例系数 i T ——控制器的积分系数 d T ——控制器的微分系数 1) 比例部分 比例部分的数学表达式:)(t e K p 。 比例部分的作用是对偏差信号做出快速反应,一旦控制器检测到偏差,比例部分就 能迅速产生控制作用,且偏差越大,控制作用越强。但仅存在比例控制的系统存在稳态偏差。比例系数越大,响应越快,过渡越快,稳态偏差也越小,但系统也越不稳定,因此比例系数必须选择恰当。 2) 积分部分 积分部分的数学表达式: ?t i p d e T K 0 )(ττ。
从积分部分表达式可以看出,只要系统输出与设定值存在偏差,积分作用就会不断增加,知道偏差为零,因此积分部分可以消除稳态偏差。但积分作用会降低系统的响应速度,增加系统的超调量。积分常数越小,积分作用越强,过渡过程容易产生震荡,但回复时间减小;积分常数越大,积分作用越弱,过渡过程不产生震荡,但回复时间增长。因此应根据具体情况选取积分常数。 3) 微分部分 微分部分的数学表达式: dt t de T K d p ) (。 微分作用能阻值偏差的变化。它根据偏差的变化趋势进行控制。偏差变化越快,微分作用越强,能在偏差变化之前就行控制。微分作用的引入有助于减小超调量,克服振荡;但微分作用对噪声很敏感,导致系统的错误响应,使系统不稳定。 为实现PID 控制器的软件实现,将式*进行适当离散化,即离散PID 。 2. 数字PID 控制 2.1 位置式PID 算法 离散化处理的方法是,以T 为采样周期,对模拟信号进行采样,以k 为采样序列号,进行以下近似: T e e dt t de e T d e kT t k k k j j t 1 )()(-=-≈≈≈∑?ττ 将上式带入式*,得到如下式所示的位置式离散PID 控制规律。 ][1 T e e T e T T e K u k k d k j j i k p k -=-++ =∑ ** 由于位置式PID 要对t 时刻之前的所有输出进行记录,工作量大,对计算机硬件要求高。增量式PID 可避免这些。 2.2 增量式PID 算法 由式**得到 ][2 11 11T e e T e T T e K u k k d k j j i k p k ---=---++ =∑ 将式**与上式相减,得到增量式PID 控制规律如下 211)21()1(---++-++ =-=?k d p k d p k d i p k k k e T T K e T T K e T T T T K u u u *** 一旦得出控制作用的增量,就可递推得出当前控制作用的输出。 2.3 控制器参数整定 1) 离线整定法 步骤 1:将控制器从“自动”模式切换至“手动”模式(此时控制器输出完全由人工控制),人为以阶跃方式增大或减少控制器输出,并记录控制器相关的输入输出动态响应数据。 步骤 2:由阶跃响应数据估计特性参数 K , T ,τ。