机电一体化-单片机控制直流电机调速系统(编辑修改稿)

机电一体化-单片机控制直流电机调速系统(编辑修改稿)内容摘要：

统的可逆运行造成困难；晶闸管对过电压、过电流和过高的 dudt 与 didt 都十分敏感，若超过允许值会在很短的时间内损坏器件。 另外，由谐波与无功功率引起电网电压波形畸变，殃及附近的用电设备，造成“电力公害”，因此必须添置无功补偿和谐波滤波装置。 图 13 晶闸管可控整流器供电的直流调速系统（ VM系统） 兼于方案一 调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大 ，因此本设计采用方案一。 山东华宇职业技术学院毕业设计用纸 3 第二章 单元模块设计 H 桥电路方案设计 图 21所示的 H桥式电机驱动电路包括 4个三极管和一个电机 ， 电路得名于 “H 桥驱动电路 ” 是因为它的形状酷似字母 H。 如图 21所示， 要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。 根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。 图 21 H桥驱动电路 要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。 例如，如图 22 所示，当 Q1管和 Q4管导通时，电流就从电源正极经 Q1 从左至右穿过电机，然后再经 Q4回到电源负极。 按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。 当三极管 Q1 和 Q4导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按特定方向转动（电机周围的箭头指示为顺时针方向）。 图 22 H桥驱动电机 顺 时针转动 山东华宇职业技术学院毕业设计用纸 4 图 23所示为另一对三极管 Q2 和 Q3导通的情况，电流将从右至左流过电机。 当三极管 Q2和 Q3导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动（电机周围的箭头表示为逆时针方向）。 图 23 H桥驱动电机逆时针转动 调速设计方案 调速采用 PWM（ Pulse Width Modulation） 脉宽调制，工作原理：通过产生矩形波，改变占空比，以达到调整脉宽的目的。 PWM 的定 义 :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，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。 模拟信号的值可以连续变化，其时间和幅度的分辨率都没有限制。 9V 电池就是一种模拟器件，因为它的输出电压并不精确地等于 9V，而是随时间发生变化，并可取任何实数值。 与此类似，从电池吸收的电流也不限定在一组可能的取值范围之内。 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 山东华宇职业技术学院毕业设计用纸 5 何扰动或噪声都肯定会改变电流值的大小。 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。 电源电路 （ 1）芯片介绍 78XX,XX就代表它所输出的电压值，能降低电压 45V 电子产品中常见到的三端稳压集成电路有正电压输出的 78 系列和负电压输出的 79 系列。 故名思义，三端 IC是指这种稳压用的集成电路只有三条引脚输出，分别是输入端 、 接地 端和输出端。 用 78/79 系列三端稳压 IC来组成稳压电源所需的外围元件极少 ,电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路。 该系列集成稳压 IC 型号中的 78或 79 后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如 7806 表示输出电压为正 6V， 7909 表示输出电压为负 9V。 有时在数字 78 或 79 后面还有一个 M或 L，如 78M12 或 79L24,用来区别输出电流和封装形式等，其中 78L系列的最大输出电流为 100mA， 78M 系列最大输出电流为 1A， 78系列最大输出电流为。 在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散 热器（当然小功率的条件下不用）。 当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。 （ 2）电路原理图 电源电路采用 78系列芯片产生 +5V、 +15V。 电路图如图 24： 图 24 78系列的电源电路 H 桥驱动电路 基于三极管的使用机理和特性，在驱动电机中采用 H桥功率驱动电路 ， H桥功率驱动电路可应用于步进电机、交流电机及直流电机等的驱动。 永磁步进电机或混合式步进 山东华宇职业技术学院毕业设计用纸 6 电机的励磁绕组都必须用双极性电源供电，也就是说绕组有时需正向电流，有时需反向电流，这样绕组电源需用 H桥驱动。 直流电机控制使用 H 桥驱动电 路（图 25），当 PWM1为低电平 ,通过对 PWM2 输出占空比不同的矩形波使三极管 Q Q6 同时导通 Q5截止， 从而实现电机正向转动以及转速的控制；同理，当 PWM2 为高电平 ,通过对 PWM1 输出占空比不同的矩形波使三极管 Q Q6 同时导通， Q5 截止 ，从而实现电机反向转动以及转速的控制。 图 25 H桥的电机驱动电路 2． 5 基于霍尔传感器的测速模块 霍尔传感器的工作原理 霍尔效应 ： 在一块半导体薄片上，其长度为 l，宽度为 b，厚度为 d,当它被置于磁感应强度为 B的磁场中，如果在它相对的两边通以控 制电流 I，且磁场方向与电流方向正交，则在半导体另外两边将产生一个大小与控制电流 I 和磁感应强度 B乘积成正比的电势 UH，即 UH=KHIB，其中 kH为霍尔元件的灵敏度。 该电势称为霍尔电势，半导体薄片就是霍尔元件。 工作原理 ： 霍尔开关集成电路中的信号放大器将霍尔元件产生的幅值随磁场强度变化的霍尔电压 UH 放大后再经信号变换器、驱动器进行整形、放大后输出幅值相等、频率变化的方波信号。 信号输出端每输出一个周期的方波，代表转过了一个齿。 单位时间内输出的脉冲数 N，因此可求出单位时间内的速度 V＝ NT。 霍尔传 感器的电路原理图 山东华宇职业技术学院毕业设计用纸 7 图 26 霍尔传感器的测速电路 2． 6 LCD 显示模块 1602 芯片介绍 1602 液晶模块内部的字符发生存储器（ CGROM)已经存储了 160 个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母 “A” 的代码是01000001B（ 41H），显示时模块把地址 41H 中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母 “A”。 因为 1602识别的是 ASCII 码，试验可以用 ASCII 码直接赋值，在单片机编程中还 可以用字符型常量或变量赋值，如 39。 A’。 1602采用标准的 16 脚接口，其中： 第 1 脚： VSS 为电源地 第 2 脚： VDD 接 5V 电源正极 第 3 脚： V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生 “ 阴 影 ” ，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度）。 第 4 脚： RS为寄存器选择，高电平 1 时选择数据寄存器、低电平 0 时选择指令寄存器。 第 5 脚： RW为读写信号线，高电平 (1)时进行读操作，低电平 (0)时进行写操作。 第 6 脚： E(或 EN)端为使能 (enable)端。 第 7～ 14 脚： D0～ D7 为 8 位双向数据端。 第 15～ 16 脚：空脚或背灯电源。 15 脚背光正极， 16 脚背光负极。 山东华宇职业技术学院毕业设计用纸 8 电路原理图 图 27 LCD显示电路 调速设计模块 PWM 波软件软件设计 程序流程图： 图 28 软件电机控制的方框图 通过控制总中断使能 EA 控制电机的开关，同时使能对霍尔传感器输出的方波在单位时间内脉冲个数的计数。 其中定时器 T0,T1 分别对脉冲的宽度、霍尔元件输出的脉冲开始 按键查询 OPEN 是否按下 时 定时器 T0开始计时 Add_speed 是否按下 初始化 是 是 增大矩形波占空比 Sub_speed 是否按下 是 减小矩形波占空比 Swap 或 close 是否按下 改变转向或关闭电机 产生矩形波 山东华宇职业技术学院毕业设计用纸 9 数对应的 1秒时间定时。 对脉冲宽度的调整是通过改变高电平的定时 长度，由变量 high控制。 变量 change、 sub_speed 、 add_speed 分别实现电机的转向、加速、减速。 /***********通过按键实现对电机开关、调速、转向的控制的程序 *****************/ void motor_control() { if(open == 1) EA = 1。 if(close == 1) EA = 0。 if(swap == 1) { change = ~change。 while(swap != 0) {} } if(sub_speed == 1) { high++。 if(h。