基于单片机控制直流电机转速的设计.docx

【标题】基于单片机控制直流电机转速的设计 【作者】蓝流 【关键词】单片机8051? 3020开关型霍尔传感器? DAC0832??电机转速控制 【指导老师】许 明 【专业】电子信息科学与技术(电信职本) 【正文】1?绪论1.1课题意义在电气时代的今天，直流电动机转速的控制它以其编程方便、操作简单尤其是它的高可靠性等优点,在工业生产过程中得到了广泛的应用。无论是在工农业生产、交通运输、国防、航空航天、医疗卫生、商务与办公设备中，还是在日常生活中的家用电器中，都大量地使用着各种各样的电动机。军事和宇航方面的雷达天线、火炮瞄准、卫星姿态的控制等；工业生产中的各种加工中心、专业加工设备、数控机床、工业机器人、印刷机械、纺织机械等设备的控制；办公或商务设备中的磁带机、绘图仪、打印机、传真机等设备的控制；家用电器中的DVD、DC、DV、音响、洗衣机、冰箱、空调等设备的控制。据资料统计，现在有90％以上的动力源来自于电动机。我国生产的电能大约有60％用于电动机。可见，电动机与人们的生活息息相关、密不可分。对电动机转速的控制更是意义非凡。1.2国内外研究现状从国内外对直流电机调速控制的角度来看，早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础,采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成,控制系统的硬件部分非常复杂,功能单一,而且系统非常不灵活、调试困难,阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。现在国内外工业上对直流电机的调速基本已经不再使用模拟调速，而是采用数字调速系统。随着科学技术的不断进步展，使得直流电动机转速的控制已经多样化。如单片机、PC机、DSP、CPLD等的控制设计，特别是高性价比的单片机的涌现，转速测量控制普遍采用了以单片机为核心的数字化、智能化的系统。数字调速系统具有控制精度高，非常稳定，受环境影响小，效率高等优点，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性。采用单片机构成控制系统,可以节约人力资源和降低系统成本,从而有效的提高工作效率。所以在国内外的使用越来越广泛。?2?系统硬件电路的设计2.1系统方案选择与总体设计2.1.1转速测量方法及方案的选择转速是工程上一个常用的参数。转速是指作圆周运动的物体在单位时间内所转过的圈数,其大小及变化往往意味着机器设备运转的正常与否,因此,转速测量一直是工业领域的一个重要问题。电机的转速常以每秒钟或每分钟转速来表示，因此其单位为转/秒、转/分，也有时用角速度表示瞬时转速，这时的单位相应为弧度/秒。按照不同的理论方法,先后产生过模拟测速法(如离心式转速表)?、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪)?以及计数测速法。计数测速法一般用的是脉冲计数来实现转速测量的方法。在频率的工程测量中,脉冲计数测量的方法一般有三种：测频率法:在一定时间间隔t?内,计数被测信号的重复变化次数N?,则被测信号的频率fx?可表示为f x?=Nt(1)测周期法:在被测信号的一个周期内,计数时钟脉冲数m0?,则被测信号频率fx?= fc/ m0?,其中, fc?为时钟脉冲信号频率。多周期测频法:在被测信号m1?个周期内,?计数时钟脉冲数m2?,从而得到被测信号频率fx?,则fx?可以表示为fx?=m1 fcm2, m1?由测量准确度确定。本设计主要采用的是测频率法，简称M法。2.1.2?转速测量系统方案的选择利用测频法对脉冲计数来电机转速控制的方法多种多样，如：光敏管测速、传感器测速、测速表测试等。?光敏管测速是通过栅格圆盘和光敏管组成测速系统。当直流电机通过传动部分带动栅格圆盘旋转时，测速光敏管获得一系列脉冲信号。这些脉冲信号通过单片机系统定时/计数器1计数，定时器T0定时。定时器T0完成100次溢出中断的时间T除以测得的脉冲数m，经过单位换算，就可以算得直流电机旋转的速度。?直流电机转速计算公式：n=60?m/(N1?T?N)(rpm)????????????????????????????式(1-1)?式（1-1）中：n为直流电机转速,N为栅格数，N1为T0中断次数，m为定时器T1在规定时间内测得的脉冲数，T为定时器T0定时溢出时间。传感器测速常用的传感器就有很多种，如：磁阻式磁电传感器、光电式传感器、霍尔开关传感器等。霍尔开关传感器由于其体积小、无触点、动态特性好、使用寿命长等特点，故在测量转动物体旋转速度领域得到了广泛应用。本设计选用传感器测速，采用的是3000系列中的3020霍尔开关传感器。2.1.3?转速测量原理由于转速是以单位时间内转数来衡量，在变换过程中多数是有规律的重复运动。根据霍尔效应原理，将一块永久磁钢固定在电机转轴上的转盘边沿，转盘随测轴旋转，磁钢也将跟着同步旋转，在转盘下方安装一个霍尔器件，转盘随轴旋转时，受磁钢所产生的磁场的影响，霍尔器件输出脉冲信号，其频率和转速成正比。脉冲信号的周期