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远程电机转速检测与控制 专业：自动化 学生：赵秀龙 指导老师：柯海森 摘要：本文介绍了一套基于红外通信的远程电机转速检测与控制装置。该装置主要分为两个模块：电机模块和控制模块。电机模块可以实时检测电机转速值并根据控制模块发送过来的PWM占空比信号控制电机的转速；控制模块将电机模块发送过来的电机转速信号跟设定转速值进行PID运算并返回PWM波占空比信号，通过红外通信将该信号发送给电机模块。通过这样不断的调整使得电机的转速最终达到并稳定在设定转速值。红外通信使用红外发光二极管发送数据，HX1838红外接收管接收数据。 关键词: PID；PWM控制；红外通信 1.引言 随着科学技术的发展和进步，以及市场对产品功能和性能的要求不断提高，直流电动机的应用越来越广泛。直流电机具有调速范围宽，控制简单，扭矩大等优点，广泛应用于各种对调速要求较高的场合。20世纪80年代之前，电机控制都是由模拟电路来实现，控制信号都是模拟量，这使得控制系统结构复杂，控制精度不高。随着集成电路技术的不断发展，电机控制系统中逐渐应用了一些数字电路，实现了数模混合控制，简化了系统结构。从20世纪80年代中后期开始，世界各大电气公司都在竞相开发数字式调速传动装置，经过二十几年的发展，当前直流调速已经发展到一个很高的技术水平：功率元件采用可控硅、控制板采用表面安装技术、控制方式采用电源换相和相位控制。特别是采用了微处理器及其它先进电力电子技术，使数字式直流调速装置在控制精度、控制性能和抗干扰性上有很大的提高和发展，在国内外得到广泛的应用。电机控制系统对微机的性能要求不是很高，同时由于计算机CPU及外围功能卡的不断升级和价格的不断下降，使得用微机进行控制的成本大为降低。因此，用微机构成计算机控制系统具有较高的可行性。采用计算机控制后，整个电机调速系统实现全数字化，其结构简单，可靠性高，操作维护方便，电动机稳态运转时转速精度可达到较高水平，静动态各项指标均能较好地满足工业生产中高性能电气传动的要求。由于计算机性能优越，具有较佳的性价比，因此，计算机控制直流电机系统在工业过程及设备控制中得到日益广泛的应用。 2.系统总体方案 本设计分为两个模块，分别为电机模块和控制模块，电机模块主要实现电机转速的检测和调整，控制模块主要实现PID运算以及转速的显示和设置，两个模块之间通过红外通信实现数据的交换。 2.1电机模块 电机模块主要由单片机、电机驱动电路、直流电机、测速电路和无线收发电路组成，其结构图如图2.1所示。 图2.1 电机模块结构图 单片机通过无线收发电路接收控制模块发送过来的PWM波占空比信号并产生相应的PWM波通过电机驱动电路控制直流电机旋转。通过测速电路检测电机的转速值并将其反馈给单片机，单片机再将该转速信号通过无线收发电路发送给控制模块进行PID运算，控制模块运算完成后再将PWM波占空比信号发送给电机模块。如此循环进行，最终电机的转速将达到并稳定在设定转速值附近。 2.2 控制模块 控制模块主要由单片机、LCD液晶显示电路、RS232电路、按键和无线收发电路组成，其结构图如图2.2所示。 图2.2 控制模块结构图 单片机通过无线收发电路接收来自电机模块的转速信号，将其与设定值比较并进行PID运算，运算后返回的结果为PWM波的占空比值，通过无线收发电路将其发送给电机模块。同时在LCD1602液晶显示器上显示当前转速值、设定转速值以及PWM波占空比值。通过按键可以调节设定转速值的大小。通过RS232芯片可以实现与上位机的通信，单片机将实时转速值传递给上位机，上位机上显示实时转速曲线，通过点击上位机上的调节按钮也可以实现对设定转速的调节。 3. 系统核心模块的软硬件设计 根据系统的具体功能分析，系统的硬件部分主要分为单片机模块、电源模块、电机驱动模块、转速检测模块、液晶显示模块、红外通信模块、串口通信模块等；系统的软件部分主要分为定时器模块、PWM模块、无线通信模块、测速模块、液晶显示模块、PID运算模块以及串口通信模块。其中，红外通信模块的软硬件设计和PID运算模块的软件设计为本系统的核心部分。 3.1 红外通信模块的软硬件设计 本设计采用红外发光二极管发送经过38KHz载波信号载波后的数据信号。38KHz信号由555芯片产生，数据信号由单片机的TXD脚产生，电路如图3.1所示。 图3.1 无线发送模块电路图 图3.1中，由555芯片产生38KHz的方波信号，其复位脚R作为数据信号和载波信号进行叠加的控制端，R脚为高电平时，555芯片复位，输出端输出低电平，当R脚为低电平时,555芯片开始工作，输出端输出38KHz的方波，这样就实现了数据的调制，调制后的波形如图3.2所示。 图3.2 调制后的数据波形图 在图3.2中，黄色线为单片机串口输