基于直流電機調(diào)速與測速系統(tǒng)設計方案

本文以AT89S51單片機為核心，提出了基于直流電機調(diào)速與測速系統(tǒng)的設計方案，然后給出了系統(tǒng)的主電路結(jié)構(gòu)，以及驅(qū)動電路設計和系統(tǒng)軟件設計。本方案充分利用了單片機的優(yōu)點，具有頻率高、響應快的特點。

　　0 引言

　　直流電機是工業(yè)生產(chǎn)中常用的驅(qū)動設備，具有良好的起動、制動性能。早期直流電動機的控制均以模擬電路為基礎，采用運算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成。控制系統(tǒng)的硬件部分復雜、功能單一，調(diào)試困難。本方案采用單片機控制系統(tǒng)，使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術(shù)來完成，為直流電動機的控制提供了更大的靈活性，并使系統(tǒng)能達到更高的性能。

　　1.基于單片機的PWM直流調(diào)速原理

　　P W M（脈沖寬度調(diào)制P u l s e W i d t hModulation）簡稱脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種技術(shù)，廣泛應用在測量、功率控制與變換等許多領(lǐng)域中。脈寬調(diào)制是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應載荷的變化來調(diào)制晶體管基極的偏置，改變晶體管導通時間。是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù)。

　　PWM可以應用在許多方面，如電機調(diào)速、溫度控制、壓力控制等。 在PWM驅(qū)動控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個固定的頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短。通過改變直流電機電樞上電壓的“占空比”

　　來改變平均電壓的大小，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速。因此，PWM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動裝置”.PWM的占空比決定輸出到直流電機的平均電壓。所以通過調(diào)節(jié)占空比，可以實現(xiàn)調(diào)節(jié)輸出電壓無級連續(xù)調(diào)節(jié)。

　　2.調(diào)速和測速系統(tǒng)的主體電路設計

　　整個系統(tǒng)由輸入電路、PWM調(diào)制、測速電路、驅(qū)動電路、控制部分及顯示等部分組成，PWM調(diào)制選用AT89S51單片機通過軟件實現(xiàn)頻率和占空比的調(diào)節(jié)。

　　2.1 直流電機調(diào)速的設計方案

　　驅(qū)動電路用光耦隔離保護電路，控制部分由單片機和外圍電路組成，實現(xiàn)各種控制要求，外圍電路主要完成對輸入信號的采集、操作、對速度進行控制，顯示部分采用四位共陽數(shù)碼管。系統(tǒng)方框圖如圖1所示。

　　硬件方面以STC89C51單片機為核心，與復位電路、晶振電路、驅(qū)動電路，測速電路，鍵盤和 LED顯示模塊構(gòu)成最小系統(tǒng)。軟件上通過用C51語言編程產(chǎn)生PWM脈沖信號的輸出、鍵盤、LED顯示器的數(shù)據(jù)傳輸。通過鍵盤調(diào)節(jié)速度檔位給定值，實現(xiàn)按給定值跟蹤，在LED顯示器上顯示，最后再由單片機輸出PWM脈沖信號，通過測速電路把轉(zhuǎn)速反饋給CPU并且通過CPU把轉(zhuǎn)速顯示在LED顯示器上，從而達到想要設定的轉(zhuǎn)速。

　　2.2 顯示電路設計

　　LED采用動態(tài)顯示方式，通過四位數(shù)碼管顯示電機的實際轉(zhuǎn)速，方便系統(tǒng)的監(jiān)控，系統(tǒng)用四位共陽數(shù)碼管、采用9012三極管開關(guān)電路驅(qū)動、控制數(shù)碼管的顯示。