期刊发表网电话

全国热线
022-83699069

基于单片机的电机控制系统

作者: 发布时间:2020-01-21 09:11:54 阅读: 58 次

摘要:传统的电机控制系统采用的电路具有电路复杂和控制精度低等问题,本篇论文采用AT89C51设计了相应的电机控制系统,并利用模块化的设计思路给出了控制系统的硬件和软件的设计方案,对进一步的提高和完善单片机控制系统的集成化提供一定的借鉴意义。

        0引言

不论社会经济如何飞速,对于电机的控制在人们正常生活和生产中起着重要的作用。一旦缺少了电机的控制,轻则给人民生活带来极大的不便,重则可能造成严重的生产事故及损失,从而对电机控制系统提出了更高的要求,需要满足及时、准确、安全等特性。如果仍然使用人工方式,劳动强度大,工作效率低,安全性难以保障,由此必须进行自动化控制系统的改造。

目前的单片机广泛的应用在很多的场合,在以下的民用电子产品、计算机系统、智能仪表、工业控制、网络与通信的智能接口、军工领域、办公自动化等领域有广泛的应用。本次的电机控制系统设计使用单片机控制电路实现对电机的控制。

本文采用AT89C51单片机作为硬件核心实现对电机进行控制,通过采集电路采集电机的速度信息,并与设定的速度进行比较,产生偏差信号,偏差信号通过PID调节器调节电机转速,保证电机的恒转速运行。

AT89C51单片机温度测控仪采用Atmel公司的AT89C51单片机,采用双列直插封装(DIP),有40个引脚。该单片机采用Atmel公司的高密度非易失性存储技术制造,与美国Intel公司生产的MCS51系列单片机的指令和引脚设置兼容。其主要特征如下:8CPU;内置4K字节可重复编程Flash,可重复擦写1000次;完全静态操作:0Hz~24Hz,可输出时钟信号;三级加密程序存储器;128B×8的片内数据存储器(RAM)32根可编程I/O线;216位定时/计数器;中断系统有6个中断源,可编为两个优先级;一个全双工可编程串行通道;可编程串行UART通道;具有两种节能模式:闲置模式和掉电模式。

1电机控制系统的硬件设计

对于电机的整流电路在实际的应用过程中已经非常成熟,因此可以参考相关的电机设计资料,在本论文中就不做相应的赘述。

1.1功率驱动模块

功率驱动模块是电机控制系统的一个重要组成部分,在本文的电机控制系统中,采用的是IR公司的IRAMS10UP60A,这款集成电路具有硬件电路简单,并且稳定性和安全性、可靠性高等特点。在这款电路中具有自举电路和过温过流保护,这样能够保证闭环速度控制系统的功能。

1.2检测电路

在本篇论文中采用的是无刷直流电机自带的霍尔元件式的位置传感器,霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器。用它们可以检测磁场及其变化,可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔元件具有许多优点,它们的结构牢固,体积小,重量轻,寿命长,安装方便,功耗小,频率高(可达1MHZ),耐震动,不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。霍尔线性器件的精度高、线性度好;霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高(可达μm 级)。采用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽,可达-55℃~150℃。

通过遮光盘的齿部的遮挡与不遮挡, 使霍尔元件产生高、低电平信号, 从而提供了电动机的转子位置信息。当电机转轴逆时针转动时, 遮光盘的齿部进入霍尔传感器定子内,此时由于永磁块的磁力线被齿部所短路,磁力线不穿越霍尔元件, 霍尔元件输出为“1 ( 高电平); 当齿部离开时, 磁力线穿越霍尔元件, 霍尔元件输出为“0 ( 低电平), 这样, 根据这三个霍尔元件的输出状态, 就可以准确地确定转子的磁极位置。

13电流采样设计

对于电流信号的采样一般情况下有两种方式: 采用采样电阻或采用电流传感器。采样电阻可以直接将主电路的电流信号转化为电压信号送给控制电路, 输出电压直接正比于主电路流过的电流。因此在本设计方案中, 采用一个采样电阻来检测电机相电流的大小, 电阻位于三相全控功率变换电路的下端功率桥臂和地之间。

基于AT89C51的电机控制系统整体结构设计示意图如下图所示:

 

2.电机控制系统软件设计

总流程图采用模块化结构,在RAM建立各控制量的映射,方便各功能模块的编程和修改。分功能模块结构,可实现无扰动重入。软件模块按功能划分,是以子程序的形式设计的,程序分别对各个功能进行调用各个模块功能清晰明了,本次设计采用单极性直流电源供电,对不同功能的按键扫描并存放不同的按键标志。按键去抖动采用延时去抖法,根据按键扫描后的按键标志位结果来处理相应的子程序,键后处理采用键前沿把键前沿后,存放成触型按键把前次扫描到的存放成控制型,按键显示模块采用传统的编码,显示数字程序编译容易资源占用少使用四位数码管动态扫描显示的方式总程序流程框图如下图所示:

 

3.结论

随着性能高的微处理器的出现,采用高性能的处理器可以简化系统的设计,同时还能够提高系统的安全性、可靠性。根据这种方法设计的电机控制系统与传统的电机控制系统相比较在成本上具有很大的优势。本文利用ATMEL公司的AT89C51的单片机,设计出了相应的硬件和软件系统,在系统的软件设计中,采用了模块化的设计思想,并给出了相应的设计流程,这种芯片式的电机控制系统设计,简化了设计的时间,降低了开发成本,能够很好的实现系统的功能。

参考文献:

[1]   白雷石, 杨华. 基于DSP的无刷直流电动机控制系统[J]. 电气传动自动化,2012(2):7172.

[2]  唐妙然, 苗世洪, 刘沛. 基于dsPIC30F 处理器的一种新型保护装置平台的研究[J]. 继电器,2011(4):2527.

[3] 吴文全,束华.基于单片机的多周期完全同步测频技术.电子技术应用,2004,(10):56-57.