【正文】 畢業(yè)設(shè)計(論文)題 目 基于單片機的直流電機調(diào)速設(shè)計 教學點 專 業(yè) 年 級 姓 名 指導教師 定稿日期： 2011 年 6月 1 日目 錄前言 1 2（一）方案一：PWM波調(diào)速 2（二）方案二：晶閘管調(diào)速 2 3（一） H橋驅(qū)動電路設(shè)計方案 3（二） 調(diào)速設(shè)計方案 5（三）系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 6 62．H橋驅(qū)動電路 63．基于霍爾傳感器的測速模塊 74．LCD顯示模塊 8（四） 調(diào)速設(shè)計模塊 91．PWM波軟件軟件設(shè)計 92．測速軟件設(shè)計 12 13（一）調(diào)試軟件介紹 13（二）直流電機的調(diào)速功能仿真 141．調(diào)速前的波形圖 142．調(diào)速后的波形圖 14（三）電機速度的測量并顯示功能仿真 15（四）系統(tǒng)的電路原理圖 15（五）系統(tǒng)的PCB圖 16 17 17附錄 17前言在現(xiàn)代電子產(chǎn)品中，自動控制系統(tǒng)，電子儀器設(shè)備、家用電器、電子玩具等等方面，直流電機都得到了廣泛的應(yīng)用。大家熟悉的錄音機、電唱機、錄相機、電子計算機等，都不能缺少直流電機。所以直流電機的控制是一門很實用的技術(shù)。直流電機，大體上可分為四類：幾相繞組的步進電機、永磁式換流器直流電機、伺服電機、 兩相低電壓交流電機直流電機具有良好的啟動性能和調(diào)速特性，它的特點是啟動轉(zhuǎn)矩大，最大轉(zhuǎn)矩大，能在寬廣的范圍內(nèi)平滑、經(jīng)濟地調(diào)速，轉(zhuǎn)速控制容易，調(diào)速后效率很高。與交流調(diào)速相比，直流電機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，維護工作量大。隨著大功率晶體管的問世以及矢量控制技術(shù)的成熟，使得矢量控制變頻技術(shù)獲得迅猛發(fā)展，從而研制出各種類型、各種功率的變頻調(diào)速裝置，并在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。適用范圍：直流調(diào)速器在數(shù)控機床、造紙印刷、紡織印染、光纜線纜設(shè)備、包裝機械、電工機械、食品加工機械、橡膠機械、生物設(shè)備、印制電路板設(shè)備、實驗設(shè)備、焊接切割、輕工機械、物流輸送設(shè)備、機車車輛、醫(yī)療設(shè)備、通訊設(shè)備、雷達設(shè)備、衛(wèi)星地面接受系統(tǒng)等行業(yè)廣泛應(yīng)用。高性能的交流傳動應(yīng)用比重逐年上升，在工業(yè)部門中，用可調(diào)速交流傳動取代直流傳動將成為歷史的必然。盡管如此，我認為設(shè)計一個直流電機調(diào)速系統(tǒng)，不論是從學習還是實踐的角度，對一名電子信息工程專業(yè)的大學生都會產(chǎn)生積極地作用，有利于提高學習熱情。（一）方案一：PWM波調(diào)速 采用由達林頓管組成的H型PWM電路（圖1—1）。用單片機控制達林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動機轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高；H型電路保證了可以簡單地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也極佳，是一種廣泛采用的PWM調(diào)速技術(shù)。我們采用了定頻調(diào)寬方式，因為采用這種方式，電動機在運轉(zhuǎn)時比較穩(wěn)定；并且在采用單片機產(chǎn)生PWM脈沖的軟件實現(xiàn)上比較方便。且對于直流電機，采用軟件延時所產(chǎn)生的定時誤差在允許范圍。圖1 PWM波調(diào)速電路其結(jié)構(gòu)圖如圖1—2所示：單片機（速度的測量計算、輸入設(shè)定及系統(tǒng)控制）單片機（PID運算控制器、PWM模擬發(fā)生器）電機速度采集電路電機驅(qū)動電路鍵 盤顯示器圖2 電機調(diào)速系統(tǒng)框圖（二）方案二：晶閘管調(diào)速采用閘流管或汞弧整流器的離子拖動系統(tǒng)是最早應(yīng)用靜止式變流裝置供電的直流電動機調(diào)速系統(tǒng)。1957年，晶閘管（俗稱“可控硅”）問世，到了60年代，已生產(chǎn)出成套的晶閘管整流裝置，并應(yīng)用于直流電動機調(diào)速系統(tǒng)，即晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（VM系統(tǒng)）。如圖13，VT是晶閘管可控整流器，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓，從而實現(xiàn)平滑調(diào)速。晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟性和可靠性上都有很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出較大的優(yōu)越性；晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)在以上，其門極電流可以直接用晶體管來控制，不再像直流發(fā)電機那樣需要較大功率的放大器。在控制作用的快速性上，變流機組是秒級，而晶閘管整流器是毫秒級，這將大大提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。因此，在60年代到70年代，晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（VM系統(tǒng)）代替旋轉(zhuǎn)變流機組直流電動機調(diào)速系統(tǒng)（GM系統(tǒng)），得到了廣泛的應(yīng)用。但是由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運行造成困難；晶閘管對過電壓、過電流和過高的與都十分敏感，若超過允許值會在很短的時間內(nèi)損壞器件。另外，由諧波與無功功率引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃及附近的用電設(shè)備，造成“電力公害”，因此必須添置無功補償和諧波濾波裝置。圖3 晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（VM系統(tǒng)）兼于方案二調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大，因此本設(shè)計采用方案一。（一） H橋驅(qū)動電路設(shè)計方案圖21所示的H橋式電機驅(qū)動電路包括4個三極管和一個電機，電路得名于“H橋驅(qū)動電路”是因為它的形狀酷似字母H。，要使電機運轉(zhuǎn)，必須導通對角線上的一對三極管。根據(jù)不同三極管對的導通情況，電流可能會從左至右或從右至左流過電機，從而控制電機的轉(zhuǎn)向。圖4 H橋驅(qū)動電路要使電機運轉(zhuǎn)，必須使對角線上的一對三極管導通。例如，如圖22所示，當Q1管和Q4管導通時，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過電機，然后再經(jīng) Q4回到電源負極。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅(qū)動電機順時針轉(zhuǎn)動。當三極管Q1和Q4導通時，電流將從