基于單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)-文庫(kù)吧
2025-06-12 20:52 本頁(yè)面
【正文】 長(zhǎng)短及頻率控制的方式實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)節(jié)電機(jī)的目的。測(cè)速單片機(jī)接口, 如圖4，（外部中斷0）接入單片機(jī)，在單片機(jī)內(nèi)部通過(guò)中斷次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，同時(shí)通過(guò)定時(shí)器0進(jìn)行時(shí)間（一分鐘）的控制，從而得出該時(shí)間段的測(cè)速脈沖數(shù)，進(jìn)而轉(zhuǎn)換成速度值。 圖3 主控單片機(jī)接口 圖4 測(cè)速單片機(jī)接口LCD顯示電路，如圖5，顯示部分采用LCD1602，可以方便的實(shí)現(xiàn)速度的顯示，界面友好，操作簡(jiǎn)單，外部電路不會(huì)像采用數(shù)碼管那樣復(fù)雜，并且不需要額外的驅(qū)動(dòng)電路。第3腳：VEE為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。第6腳：E為使能端，當(dāng)E端為高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 圖5 LCD1602接口電路電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路及測(cè)速接口，如圖6，若是采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)整電動(dòng)機(jī)的分壓，從而達(dá)到調(diào)速的目的的話，電阻網(wǎng)絡(luò)只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價(jià)格比較昂貴。更主要的問(wèn)題在于一般電動(dòng)機(jī)的電阻很小，但電流很大；分壓不僅會(huì)降低效率，而且實(shí)現(xiàn)很困難。若是采用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)或關(guān)進(jìn)行控制，通過(guò)開(kāi)關(guān)的切換對(duì)小車的速度進(jìn)行調(diào)整。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間慢、機(jī)械結(jié)構(gòu)易損壞、壽命較短、可靠性不高。所以采用驅(qū)動(dòng)芯片L298N驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，L298N具有驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，外圍電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。 L298N可接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)VSS,~7V電壓。4腳VS接電源電壓，VS電壓范圍VTH為+~46V。，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號(hào)。L298N可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電動(dòng)機(jī)，OUT1，OUT2,和OUT3，OUT4之間可以分別接電動(dòng)機(jī)。5,7,10,12腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。ENA,ENB接pwm端，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。（ENA為低電平時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行，當(dāng)ENA為pwm時(shí)。輸入電平為一高一低，電機(jī)正或反轉(zhuǎn)。In3或In4同為低電平，電機(jī)停止；同為高電平，電機(jī)剎停。圖6 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路及測(cè)速接口 （圖中電機(jī)帶有測(cè)速碼盤，MV為測(cè)速碼盤接口）按鍵控制電路，如圖7，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、，，然后再與地相連。停止實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的停轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的反轉(zhuǎn)，加速實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的加速，減速實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的減速。圖7 系統(tǒng)按鍵控制電路（低電平有效） 系統(tǒng)整體硬件原理圖 系統(tǒng)整體硬件原理圖如圖8所示。圖8 整體原理圖 PCB原理圖 Pcb原理圖如圖9所示。 圖9 Pcb原理圖 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，編制程序輸出一串脈沖，經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，改變輸出脈沖的占空比，達(dá)到使電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、停轉(zhuǎn)等目的。 信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路輸出給電機(jī)，從而控制電機(jī)得電與失電。軟件采用定時(shí)器中斷進(jìn)行設(shè)計(jì)。單片機(jī)上電后，系統(tǒng)進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)。本設(shè)計(jì)共有5個(gè)按鍵，分別為“加速”“減速”“正轉(zhuǎn)”“反轉(zhuǎn)”“停止”。1) 電機(jī)啟動(dòng)后，默認(rèn)為1檔2) 每按一次“加速”“減速”鍵，檔位加減一3) 當(dāng)減到0當(dāng)時(shí)，電機(jī)會(huì)慢慢地停下來(lái)4) “正轉(zhuǎn)”或“反轉(zhuǎn)”按下時(shí)，電機(jī)會(huì)慢慢地減速，減到0后會(huì)向相反的方向加速直至上次的檔位轉(zhuǎn)速5) “停止”按下后，電機(jī)后慢慢地停下來(lái)，檔位恢復(fù)0檔其總體流程圖如圖10示。 圖10 系統(tǒng)主函數(shù)流程圖 按鍵掃描按鍵掃描，采用不斷查詢的方式進(jìn)行，并在設(shè)計(jì)中添加了防抖動(dòng)控制。流程如圖11。 電機(jī)PWM驅(qū)動(dòng)對(duì)于電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，采用51單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器0中斷的方式控制占空比的大小，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度的調(diào)節(jié)，電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制在鍵值處理函數(shù)中涉及。如圖12。 圖11 鍵盤掃描子程序流程圖 圖12 鍵定時(shí)器0中斷程序（電機(jī)驅(qū)動(dòng)）3 結(jié)果與討論此設(shè)計(jì)以AT89S52單片機(jī)為核心，以5個(gè)輕觸按鈕作為輸入達(dá)到控制直流電機(jī)的加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止。在設(shè)計(jì)中，采用PWM技術(shù)對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，通過(guò)對(duì)占空比的計(jì)算達(dá)到精確調(diào)速的目的。由P2口的低電平輸入識(shí)別不同的按鍵，通過(guò)對(duì)單片機(jī)程序?qū)χ绷麟姍C(jī)的停止、加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制。1) 在最初設(shè)計(jì)測(cè)速模塊時(shí)，只用了一個(gè)單片機(jī)，將測(cè)速碼盤輸出端接至INT0（外部 中斷0），用來(lái)統(tǒng)計(jì)碼盤脈沖，這樣存在一個(gè)問(wèn)題——外部中斷會(huì)與定時(shí)器中斷不斷產(chǎn)生沖突，導(dǎo)致測(cè)速不準(zhǔn)確。解決方案：采用兩片單片機(jī)，一片用來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，另一片則用來(lái)測(cè)速，這樣就可以很好地避免上面的問(wèn)題，而且一片單片機(jī)的成本有不貴。2) 在安裝測(cè)速碼盤時(shí)，發(fā)現(xiàn)測(cè)試速度與估算值相差甚遠(yuǎn)。原因在于碼盤安裝角度和高度不合適，光電開(kāi)關(guān)方位異常。解決方案：測(cè)速碼盤較為精確，碼盤必須通過(guò)光電管正中央，校正碼盤后，測(cè)速正常。3) 報(bào)警時(shí)蜂鳴器聲音顫抖解決方案：對(duì)照電路圖檢查連線，發(fā)現(xiàn)三極管基極電阻（1K）使用過(guò)大，導(dǎo)致三極管放大能力不足，改用18歐電阻后，聲音清晰正常。4 結(jié)論 采用單片機(jī)控制的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，將以往模擬電路設(shè)計(jì)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為程序設(shè)計(jì)問(wèn)題，且其調(diào)節(jié)電樞電壓范圍大，可控性好，精度高。本設(shè)計(jì)主要對(duì)PWM調(diào)速方式如何在單片機(jī)控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了進(jìn)行探討和研究，對(duì)于研究直流電機(jī)的控制和測(cè)量方法，提高控制精度和響應(yīng)速度，節(jié)約能源等都具有重要意義。PWM調(diào)速裝置具有電路簡(jiǎn)單，成本低廉，
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