基于单片机的直流电机调速系统设计.doc

指导教师评定成绩： 审定成绩： 重 庆 邮 电 大 学 自 动 化 学 院 课程设计报告 设计题目：基于单片机的直流电机调速系统设计 单位（二级学院）： 学 生 姓 名： 专 业： 班 级： 学 号： 指 导 教 师： 设计时间： 2011 年 10 月 重庆邮电大学自动化学院制 08级自动化专业综合设计题目 第二组题目： 单片机直流电机调速装置的设计与制作 要求： ① 设计与制作单片机最小系统，具有键盘输入0 ~ 9数字和功能键；LED数码管或LCD1602显示。主要显示实际速度值和设定速度值以及参数修改的值。 ② 设计速度检测电路与数据处理，速度测量采用数字测量的方式，采用光电式和电磁式测量方法。实现速度信号的检测、整形等实现。 ③ 输出驱动采用PWM脉宽调制。调节周期可以设定。默认值为0.5s。驱动芯片采用L298 ④ 直流电机由实验室提供。直流电机的输入电压24V。功率50瓦。控制算法采用常用PID算法。 ⑤ 进度要求：第一周方案设计设计，原理图设计等。元器件清单提交到指导老师处。第二周至第五周系统软件设计以及调试相关准备。第六周系统调试和撰写综合设计报告。进行答辩。 摘 要 IV 1 引言 1 2 总体方案设计 1 2.1 硬件方案论证 1 2.1.1 微处理器的选择 1 2.1.2 测速传感器的选择 2 2.1.3电机驱动方案论证 2 2.2系统原理框图设计 3 2.3. 系统单元电路的设计 3 2.3.1速度测量电路的设计 3 2.3.2 车速传感检测电路 4 2.3.3串行通信接口电路 4 2.3.4 电机驱动电路的设计 5 2.3.5 LCD显示电路与单片机的接口设计 5 2.3.6.矩阵键盘电路 6 2.3.7电源模块 6 3.系统软件设计 7 3.1 系统总程序框图设计 7 3.2 电机转速测量程序设计 7 3.3键盘程序设计 8 3.4 LCD显示子程序的设计 9 4 数字PID算法 9 4.1.PID基本原理 9 4.2 PID控制算法的单片机程序实现 10 5.总结 11 参考文献 12 附录1……………………………………………………………………………………………...13 附录2……………………………………………………………………………………………...14 摘 要 本文介绍了基于 STC12C5412单片机作为微控制芯片，利用红外传感器或霍尔传感器测直流电机的转速，L298N作为直流伺服电机的驱动芯片，完成了在主电路中对直流电机的控制，利用PWM调速方式控制直流电机转动的速度，同时可以通过矩阵键盘随意设定电机的转速值，并由LCD显示速度的变化值，采用PID算法实现自动调节速度至预先设定的速度，整个系统的电路逻辑结构简单，可靠性高，实现功能强。 关键词： 单片机 红外传感器 霍尔传感器 PWM调速 直流电机 1 引言 最基本的电力传动自动控制系统是调速系统：即通过控制电机的转速来控制生产机械的运动。测速装置在控制系统中占有非常重要的地位。对测速装置的要求是分辨能力强、高精度和尽可能短的检测时间(采样周期)。 电机转速的检测方案可分成两类：用测速发电机检测或用脉冲发生器检测。测速发电机的工作原理是将转速转变为电压信号，它运行可靠，但体积大、精度低，且由于测量值是模拟量，必须经过 A/ D 转换后读入计算机。脉冲发生器的工作原理是按电机转速高低，每转发出相应数目的脉冲信号。按要求选择或设计脉冲发生器，能够实现高性能检测。如选用旋转编码器做脉冲发生器，使用简单，但价格较贵。所设计的基于霍尔元件和光电传感器的脉冲发生器成本低、构造容易、性能好。它成功地嵌入目前在国内大学中普遍采用的DCS- 1 型直流调速系统实验装置中，已可靠运作两年以上。而且有关用测速发电机测速的系统实验可以照常进行，硬件上无须做任何改动。若采用旋转编码器则只能与测速发电机替换使用，反复卸下一个、装上另一个，才能进行相应的系统实验。 2 总体方案设计 2.1 硬件方案论证 要控制直流电机转速，硬件电路要求比较高，它决定直流电机调