【正文】 1 前 言 開(kāi)發(fā)背景 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，電動(dòng)機(jī)是主要的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，目前在直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)中已大量采用晶閘 管 (即可控硅 )裝置向電動(dòng)機(jī)供電的 KZ—D 拖動(dòng)系統(tǒng)，取代了笨重的發(fā)電動(dòng)一電動(dòng)機(jī)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(jī)調(diào)速逐步從模擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，特別是單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，使直流電機(jī)調(diào)速技術(shù)又進(jìn)入到一個(gè)新的階段，智能化、高可靠性已成為它發(fā)展的趨勢(shì)。直到進(jìn)入上世紀(jì) 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(dòng)機(jī)的控制均以模擬電路為基礎(chǔ)，采用運(yùn)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(fù)雜，功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試?yán)щy，阻礙了直流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍的推廣。 目前，直流電動(dòng)機(jī)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(jī)調(diào)速逐步從模擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，特別是單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，使直流電機(jī)調(diào)速技術(shù)又進(jìn)入到一個(gè)新的階段，智能化、高可靠性已成為它發(fā)展的趨勢(shì)。 由式可見(jiàn)， 直流電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的效率大為降低。所以只能在低于額定轉(zhuǎn)速的范圍進(jìn)行調(diào)節(jié)。 PWM 調(diào) 速 方式 PWM（脈沖寬度調(diào)制）是通過(guò)控制固定電壓的直流電源開(kāi)關(guān)頻率 ,改變負(fù)載兩端的電壓，從而達(dá)到直流電機(jī)調(diào)速的一種方法。通過(guò)改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來(lái)達(dá)到改變平均電壓大小的目的，來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。當(dāng)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(dá)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(shí)改變了控制脈沖的周期 (或頻率 )，當(dāng)控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時(shí)，將會(huì)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(hào)、漢字。在 PWM 驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個(gè)固定的頻率來(lái)接通和斷開(kāi)電源，并根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi) “接通 ”和 “斷開(kāi) ”時(shí)間的長(zhǎng)短。 系統(tǒng)控制方案的分析：本直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)以單片機(jī)系統(tǒng)為依托，根據(jù)PWM 調(diào)速的基本原理，以直流電機(jī)電樞上電壓的占空比來(lái)改變平均電壓的大小，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速，并通過(guò)單片機(jī)控制速度的變化。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 本系統(tǒng)采用 89C51 控制輸出數(shù)據(jù)，由 PWM 信號(hào)發(fā)生電路產(chǎn)生 PWM 信號(hào)，送到直流電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)速度和轉(zhuǎn)向的控制，達(dá)到直流電機(jī)調(diào)速的目的。 電路設(shè)計(jì) 電源模塊電路設(shè)計(jì)如圖： 電氣工程學(xué)院 2020 年“萌芽計(jì)劃”科創(chuàng)訓(xùn)練計(jì)劃報(bào)告 8 圖 312 電源模塊原理圖 電路參數(shù)的計(jì)算及元器件的選擇 ① 對(duì)整流電路 輸出電壓平均值： 輸出電流平均值： 對(duì)二極管 考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)范圍為 10%，實(shí)際選用二極管時(shí)，應(yīng)至少有 10%的量。對(duì)于橋式整流電路來(lái)說(shuō)，脈動(dòng)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(fù)載電阻。可以直接通過(guò)電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓；此芯片可以直接用單片機(jī)的 I/O 口提供模擬時(shí)序信號(hào)，電路簡(jiǎn)單，使用方便。輸入端 IN2 為 PWM 信號(hào) ,輸入端 IN1 為低電平 ,電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn) )。 TFT的特點(diǎn)是亮度好、對(duì)比度高、層次感強(qiáng)、顏色鮮艷。 1k 的上拉電阻，輸出電平 0時(shí)需要灌入約 5mA 的電流（電源 5V 的情況下）。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路如圖下圖所示。 測(cè)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(gè)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(zhǎng)：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(zhǎng)段是接收效果最好的，因此遙控器的發(fā)射管波長(zhǎng)是 940nm。 在進(jìn)行微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)外，大量的工作就是如何根據(jù)每個(gè)生產(chǎn)對(duì)象的實(shí)際需要設(shè)計(jì)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(biāo)度變換等。 模塊程序設(shè)計(jì)法將復(fù)雜的問(wèn)題分解成可以管理的片斷會(huì)更容易。 5 系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試 硬件測(cè)試 測(cè)試儀器與方法 ① 測(cè)試儀器 測(cè)試儀器包括數(shù) 字萬(wàn)用表、直流穩(wěn)壓電源、示波器等。在調(diào) 試的過(guò)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(jī)減速，每按一次電機(jī)轉(zhuǎn)速減小轉(zhuǎn)速。 圖 542 加速正轉(zhuǎn) 按一次減速鍵，電機(jī)轉(zhuǎn)速減小 10r/min，到達(dá) 190r/min，如圖所示。 6 系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù) 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能 ① 系統(tǒng)具有獨(dú)立供電系統(tǒng)。 ⑤ 在系統(tǒng)中加入紅外傳感器，電機(jī)可通過(guò)紅外遙控器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離調(diào)速功能。 7 設(shè)計(jì)總結(jié) 在學(xué)校里我們學(xué)習(xí)到的知識(shí)和簡(jiǎn)單的動(dòng)手實(shí)踐，要轉(zhuǎn)化成為社會(huì)的生產(chǎn)力還需要一個(gè)平臺(tái)。要想取得成功，需要有豐富的知識(shí)積累、靈活的頭腦、堅(jiān)強(qiáng)的意志、塌實(shí)肯干和永不放棄的精神。培訓(xùn)到競(jìng)賽是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò) 程，期間心態(tài)很重要，會(huì)遇到很多問(wèn)題，不懂的知識(shí)可以去學(xué)習(xí)；硬件、軟件調(diào)不出來(lái)，只要有耐心，認(rèn)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(kāi)闊，善于接受意見(jiàn)和容忍別人的錯(cuò)誤，才能在培訓(xùn)和競(jìng)賽中有所收獲。交流不僅能促進(jìn)隊(duì)員們的學(xué)習(xí) ，還能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題處理問(wèn)題。編程軟件也是英文的，如果是沒(méi)人教，就得自己看資料學(xué)習(xí)。唐山學(xué)院， [4]陳 錕 危立輝，基于單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速器控制電路 [J]，中南民族大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版 )， . [5]李維軍 韓小剛 李 晉，基于單片機(jī)用軟件實(shí)現(xiàn)直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng) [J]，維普資訊， [6]曹巧媛 .單片機(jī)原理及應(yīng)用 [M].北京，電子工業(yè)出版社， 1997. [7]劉大茂，嚴(yán)飛 .單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)監(jiān)控主程序的設(shè)計(jì)方法 [J].福州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)福建農(nóng)林大學(xué)碩士論文版 )， . [9]朱定華，戴汝平編著 .單片機(jī)原理與應(yīng)用 [M].清華大學(xué)出版社北方交通大學(xué)出版社， . [11]薛鈞義 張彥斌編著 . MCS— 51/96 系列單片微型計(jì)算 [M].西安交通大學(xué)出版社， [12]陳國(guó)呈 編著 .PWM 逆變技術(shù)及應(yīng)用 [M].中國(guó)電力出版社 .2020 年 7 月 [13]馬忠梅 等編著 .單片機(jī)的 C 語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)（第 4 版） [M]，北京航天航空大學(xué)出版社 .2020. 4 [14]劉昌華，易逵編著 .8051 單片機(jī)的 C 語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)與實(shí)踐 [M].國(guó)防工業(yè)出版社 電氣工程學(xué)院 2020 年“萌芽計(jì)劃”科創(chuàng)訓(xùn)練計(jì)劃報(bào)告 26 [15]翁家民，馮建勤，陶春鳴 .單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)技術(shù) [M].中國(guó)電力出版社，2020: 1206 [16]譚浩強(qiáng)，卜家岐 .C 程序設(shè)計(jì)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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