基于單片機(jī)的直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2024-07-23 15:15 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 （b）上電復(fù)位方式。 電源接口模塊在單片機(jī)最小系統(tǒng)板上設(shè)計(jì)了電源接口模塊，此模塊主要為4個(gè)電源插口，電源插口均為并聯(lián)方式連接，其中J1為電源輸入端，J2J4可為其他模塊提供電源。 電源接口模塊 電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)電源系統(tǒng)主要是為單片機(jī)最小系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、測(cè)速系統(tǒng)、1602液晶顯示系統(tǒng)供電，主要提供5V直流電以及12V直流電。電源系統(tǒng)的電路主要由12V交流輸出、橋式整流、濾波和7805穩(wěn)壓電源組成。 （1）橋式整流和濾波電路：整流作用是將交流電變換成脈動(dòng)的直流電壓。濾波電路主要由電容組成，其目的是將脈動(dòng)電壓的紋波濾除去，從而得到較平滑的直流電。（2）7805穩(wěn)壓電源電路：由于整流得到的輸出電壓為DC12V，并且容易受輸入電壓、負(fù)載和溫度的影響，為了可以得到更為穩(wěn)定的電源電壓，我們添加了穩(wěn)壓電源電路，進(jìn)而得到穩(wěn)定的DC5V。用78/79系列芯片組成穩(wěn)壓電源需要的外圍元件少,電路內(nèi)部還有過(guò)流、過(guò)熱及調(diào)整管等保護(hù)電路。本論文中電源電路采用7805芯片產(chǎn)生+5V。 電源模塊電路 電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的主要功能是使用單片機(jī)產(chǎn)生PWM波驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)模塊，使電機(jī)實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、停止等功能。 直流電機(jī)的PWM控制原理直流電機(jī)轉(zhuǎn)速n的控制方法分為兩類(lèi)分別為：電樞電壓控制法與勵(lì)磁控制法。直流電機(jī)轉(zhuǎn)速： (1)由式（1）可知:勵(lì)磁控制法主要是控制磁通的大小，其主要特點(diǎn)有：控制的功率比較小，電機(jī)不但在低速狀態(tài)下會(huì)出現(xiàn)受到磁飽和度的限制，而且在高速時(shí)還會(huì)受到換向器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等方面的限制，同時(shí)還由于其勵(lì)磁線(xiàn)圈的電感比較大，從而導(dǎo)致了其動(dòng)態(tài)響應(yīng)比較差，所以現(xiàn)在比較常用的調(diào)速方法為：電樞電壓控制法。電源電壓，將電機(jī)電樞串聯(lián)一個(gè)電阻并且接到電源上，有如下關(guān)系： （2）不難分析出：只要調(diào)節(jié)電阻，從而改變端電壓，進(jìn)而對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，但這種調(diào)壓調(diào)速的方法一般效率比較低。故可以運(yùn)用PWM斬波調(diào)壓來(lái)改變電樞電壓，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。基于PWM斬波調(diào)壓電路是把直流電壓“斬”成一系列脈沖，改變脈沖的占空比來(lái)獲得所需的輸出電壓。通過(guò)脈沖作用，按一定固定的頻率來(lái)接通和斷開(kāi)電源，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。設(shè)電機(jī)直接接入電源時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速為，設(shè)占空比為則電機(jī)的平均速度為： (3)式中：——最大速度(即直接通電時(shí)的速度)；——平均速度；——占空比(0 － 100%)。由式(1)可見(jiàn)，是直流電機(jī)的最大速度，只與電機(jī)自身特性有關(guān)，電機(jī)一定時(shí)，為定值。改變占空比，就能得到不同的電壓，從而得到不同的平均速度，進(jìn)而對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。 驅(qū)動(dòng)模塊的選擇 三極管組成的H橋驅(qū)動(dòng)模塊當(dāng)PWM1為低電平,通過(guò)對(duì)PWM2輸出占空比不同的矩形波使三極管QQ6同時(shí)導(dǎo)通Q5截止，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)以及轉(zhuǎn)速的控制；同理，當(dāng)PWM2為高電平,通過(guò)對(duì)PWM1輸出占空比不同的矩形波使三極管QQ6同時(shí)導(dǎo)通，Q6截止，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)以及轉(zhuǎn)速的控制。 H橋的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路實(shí)驗(yàn)證明，該電路是不可以運(yùn)行的。原因分析：由于我們使用的電機(jī)是線(xiàn)圈式的，在從運(yùn)行狀態(tài)突然轉(zhuǎn)換到停止?fàn)顟B(tài)和從順時(shí)針狀態(tài)突然轉(zhuǎn)換到逆時(shí)針狀態(tài)時(shí)會(huì)形成很大的反向電流，從而使三極管不能正常關(guān)斷。 L298N芯片作為驅(qū)動(dòng)模塊L298n有兩路電源分別為邏輯電源和動(dòng)力電源，12V為動(dòng)力電源。Power 5V接入邏輯電源，Power 12V接入動(dòng)力電源，IN1IN2分別為單片機(jī)控制電機(jī)的輸入端， ENA直接接入單片機(jī)產(chǎn)生的PWM波，對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，M1與電機(jī)的正負(fù)極相連。由于我使用的直流電機(jī)是線(xiàn)圈式的，當(dāng)電機(jī)從運(yùn)行的狀態(tài)突然轉(zhuǎn)換為停止的狀態(tài)或者從順時(shí)針工作的狀態(tài)突然轉(zhuǎn)換為逆時(shí)針工作的狀態(tài)時(shí)，電機(jī)將產(chǎn)生非常大的反向電流，故我們?cè)陔娐分屑尤攵O管，其主要作用是在電機(jī)產(chǎn)生反向電流的時(shí)候進(jìn)行泄流，從而保護(hù)芯片的安全。 L298N驅(qū)動(dòng)電路實(shí)驗(yàn)證明，該電路是實(shí)際可行的。 L298N內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖如圖，當(dāng)IN1輸入IN2輸入0、ENA輸入1時(shí)，此時(shí)與門(mén)4開(kāi)，23關(guān)閉，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)IN1輸入0、IN2輸入ENA輸入1時(shí)，此時(shí)與門(mén)3開(kāi)，23關(guān)閉，電機(jī)反轉(zhuǎn)；不難看出，只要當(dāng)EA輸入為0，不管IN1,IN2輸入什么狀態(tài)，此時(shí)電機(jī)都停止。PWM波調(diào)速原理：當(dāng)EA處于高電平時(shí)，內(nèi)部開(kāi)關(guān)管處于導(dǎo)通
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