【正文】 1 前 言 開發(fā)背景 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，電動機是主要的驅(qū)動設(shè)備，目前在直流電動機拖動系統(tǒng)中已大量采用晶閘 管 (即可控硅 )裝置向電動機供電的 KZ—D 拖動系統(tǒng)，取代了笨重的發(fā)電動一電動機的 F—D 系統(tǒng)，又伴隨著電子技術(shù)的高度發(fā)展，促使直流電機調(diào)速逐步從模擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，特別是單片機技術(shù)的應(yīng)用，使直流電機調(diào)速技術(shù)又進入到一個新的階段，智能化、高可靠性已成為它發(fā)展的趨勢。直到進入上世紀 80 年代，隨著全控型電力電子器件的出現(xiàn)和迅速發(fā)展， PWM 控制技術(shù)才真正得到應(yīng)用。早期直流電動機的控制均以模擬電路為基礎(chǔ)，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)的硬件部分非常復雜，功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試困難，阻礙了直流電動機控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍的推廣。 目前，直流電動機調(diào)速系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)走向?qū)嵱没?，伴隨著電子技術(shù)的高度發(fā)展，促使直流電機調(diào)速逐步從模擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，特別是單片機技術(shù)的應(yīng)用，使直流電機調(diào)速技術(shù)又進入到一個新的階段，智能化、高可靠性已成為它發(fā)展的趨勢。 由式可見， 直流電動機的調(diào)速方法可以分為 ， , 。需串入的電阻值越大，損耗越大，這樣使電動機的效率大為降低。所以只能在低于額定轉(zhuǎn)速的范圍進行調(diào)節(jié)。 PWM 調(diào) 速 方式 PWM（脈沖寬度調(diào)制）是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率 ,改變負載兩端的電壓，從而達到直流電機調(diào)速的一種方法。通過改變直流電機電樞上電壓的“占空比”來達到改變平均電壓大小的目的，來控制電動機的轉(zhuǎn)速。當電源電壓不變的情況下，電樞的端電壓的平均值為DVVD ?? max ，因此改變占空比 D 就可以改變端電壓的平均值，從而達到調(diào)速的目的，這就是 PWM 調(diào)速原理。 調(diào)寬調(diào)頻法和定寬調(diào)頻法在調(diào)速時改變了控制脈沖的周期 (或頻率 )，當控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時，將會引起振蕩，使電路不穩(wěn)定。 TFT 作為顯示模塊，它可以顯示英文字母、符號、漢字。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。 系統(tǒng)控制方案的分析：本直流電機調(diào)速系統(tǒng)以單片機系統(tǒng)為依托，根據(jù)PWM 調(diào)速的基本原理，以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)速為依據(jù)，實現(xiàn)對直流電動機的平滑調(diào)速，并通過單片機控制速度的變化。 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖 本系統(tǒng)采用 89C51 控制輸出數(shù)據(jù)，由 PWM 信號發(fā)生電路產(chǎn)生 PWM 信號，送到直流電機，從而實現(xiàn)對電機速度和轉(zhuǎn)向的控制，達到直流電機調(diào)速的目的。 電路設(shè)計 電源模塊電路設(shè)計如圖： 電氣工程學院 2020 年“萌芽計劃”科創(chuàng)訓練計劃報告 8 圖 312 電源模塊原理圖 電路參數(shù)的計算及元器件的選擇 ① 對整流電路 輸出電壓平均值： 輸出電流平均值： 對二極管 考慮到電網(wǎng)電壓的波動范圍為 10%，實際選用二極管時，應(yīng)至少有 10%的量。對于橋式整流電路來說，脈動電壓峰值為 2U2， C 的充電周期等于交流電源周期 T 的一半，即 C≥ (3~5) T2RL，式中 RL 為整流后的等效負載電阻?？梢灾苯油ㄟ^電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；此芯片可以直接用單片機的 I/O 口提供模擬時序信號，電路簡單，使用方便。輸入端 IN2 為 PWM 信號 ,輸入端 IN1 為低電平 ,電動機反轉(zhuǎn) )。 TFT的特點是亮度好、對比度高、層次感強、顏色鮮艷。 1k 的上拉電阻，輸出電平 0時需要灌入約 5mA 的電流（電源 5V 的情況下）。單片機最小系統(tǒng)電路如圖下圖所示。 測量溫度范圍為 55176。 176。 C 。 紅外接收頭結(jié)構(gòu)： 紅 外接收頭內(nèi)部有兩個重要元件，分別是 IC 和 PD。 載波頻率 ，脈沖寬度 600us 左右，根據(jù)芯片而定，一般 400600800. 接收波長：接收頭接收紅外光曲線，接收的范圍是 7501150，在 940NM的左右的波長段是接收效果最好的，因此遙控器的發(fā)射管波長是 940nm。 在進行微機控制系統(tǒng)設(shè)計時，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計外，大量的工作就是如何根據(jù)每個生產(chǎn)對象的實際需要設(shè)計應(yīng)用程序。數(shù)據(jù)處理包括：數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字濾波、標度變換等。 模塊程序設(shè)計法將復雜的問題分解成可以管理的片斷會更容易。 5 系統(tǒng)調(diào)試與測試 硬件測試 測試儀器與方法 ① 測試儀器 測試儀器包括數(shù) 字萬用表、直流穩(wěn)壓電源、示波器等。在調(diào) 試的過程中與硬件的調(diào)試相結(jié)合，提高了調(diào)試的效率。 ② 減速鍵用于電機減速，每按一次電機轉(zhuǎn)速減小轉(zhuǎn)速。 圖 542 加速正轉(zhuǎn) 按一次減速鍵，電機轉(zhuǎn)速減小 10r/min，到達 190r/min，如圖所示。 6 系統(tǒng)功能、指標參數(shù) 系統(tǒng)實現(xiàn)功能 ① 系統(tǒng)具有獨立供電系統(tǒng)。 ⑤ 在系統(tǒng)中加入紅外傳感器，電機可通過紅外遙控器實現(xiàn)遠距離調(diào)速功能。 7 設(shè)計總結(jié) 在學校里我們學習到的知識和簡單的動手實踐，要轉(zhuǎn)化成為社會的生產(chǎn)力還需要一個平臺。要想取得成功，需要有豐富的知識積累、靈活的頭腦、堅強的意志、塌實肯干和永不放棄的精神。培訓到競賽是一個漫長的過 程，期間心態(tài)很重要，會遇到很多問題，不懂的知識可以去學習；硬件、軟件調(diào)不出來，只要有耐心，認真分析就能找出原因； 阻礙我們發(fā)展的往往是自己心情，心胸開闊，善于接受意見和容忍別人的錯誤，才能在培訓和競賽中有所收獲。交流不僅能促進隊員們的學習 ，還能及時發(fā)現(xiàn)問題處理問題。編程軟件也是英文的，如果是沒人教，就得自己看資料學習。唐山學院， [4]陳 錕 危立輝，基于單片機的直流電機調(diào)速器控制電路 [J]，中南民族大學學報 (自然科學版 )， . [5]李維軍 韓小剛 李 晉，基于單片機用軟件實現(xiàn)直流電機 PWM 調(diào)速系統(tǒng) [J]，維普資訊， [6]曹巧媛 .單片機原理及應(yīng)用 [M].北京，電子工業(yè)出版社， 1997. [7]劉大茂，嚴飛 .單片機應(yīng)用系統(tǒng)監(jiān)控主程序的設(shè)計方法 [J].福州大學學報(自然科學福建農(nóng)林大學碩士論文版 )， . [9]朱定華，戴汝平編著 .單片機原理與應(yīng)用 [M].清華大學出版社北方交通大學出版社， . [11]薛鈞義 張彥斌編著 . MCS— 51/96 系列單片微型計算 [M].西安交通大學出版社， [12]陳國呈 編著 .PWM 逆變技術(shù)及應(yīng)用 [M].中國電力出版社 .2020 年 7 月 [13]馬忠梅 等編著 .單片機的 C 語言應(yīng)用程序設(shè)計（第 4 版） [M]，北京航天航空大學出版社 .2020. 4 [14]劉昌華，易逵編著 .8051 單片機的 C 語言應(yīng)用程序設(shè)計與實踐 [M].國防工業(yè)出版社 電氣工程學院 2020 年“萌芽計劃”科創(chuàng)訓練計劃報告 26 [15]翁家民，馮建勤，陶春鳴 .單片機應(yīng)用開發(fā)技術(shù) [M].中國電力出版社，2020: 1206 [16]譚浩強，卜家岐 .C 程序設(shè)計教程 [M].高等教育出版社， 2020: 196 [17]Chen Jingxian. Single chip microputer control DC mot or PWM speed controller design [J] Journal of Zhanjiang Normal University, 2020 :123126. 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