直流电机调速论文.doc

目 录 一、总体方案设计 2 二、方案论证与比较 3 2.1 PWM电路选择 3 2.2检测装置电路的选择与实现方案 4 三、PWM控制电路设计 6 3.1锯齿波发生器 6 3.2 转速检测电路 8 3.3 电机驱动电路和正反转向切换电路 9 四、软硬件调试 11 4.1硬件调试 11 4.2软件调试 11 4.3软硬件结合调试 11 五、测试数据及测试结果分析 12 六、使用说明 13 七、结论 13 八、 参考文献 13 附录一 系统设计原理图 14 摘 要 在日常的生活生产中直流电机是经常用到的,然而直流电机转速的智能控制已成为人们越来越关注的问题。为此我们从器件原理入手，着重从硬件电路着手，我们设计了数字式直流电机转速控制系统，它包括控制器、脉宽调制系统、转速检测装置、显示、按键等环节。我们采了AT89C52单片机作为中心控制器,由光电传感器作频率检测装置,脉宽采用D/A—MAX5441来进行调制，近而控制电机转速。真正实现可变脉宽控制电机转速，达到了工程指标，也实现了电机的智能控制。 关键词： 单片机 光电传感器 PWM调制 直流电机一、总体方案设计： 数字式直流电机转速控制系统设计有控制器、PWM驱动器、转速检测电路、按键设定、显示输出五部分。PWM驱动器、转速检测电路、按键设定、显示输出都是由控制器控制实施的。总体框图1-1所示： 图1-1 电机转速是通过光电传感器检测产生触发脉冲经过触发器分频触发单片机中断计数，经定时计数得到标准计数值，由单片机对数据的计算、处理，建立了时间和脉冲的关系式，得到每分中电机的转速。将转速与给定转速作差得到偏差量，再由PID进行调节，使转速趋近给定转速实现控制。电机的速控是通过PWM方式控制的。PWM是由三角波发生电路、比较器、反馈电路。反馈是由单片机输入偏差量给高速的DA，由DA输出反馈值作用PWM中达到闭环反馈控制。电机是由集成H桥芯片驱动，为了防止电压的扰动控制中增，加了型滤波电路平直电流。电机正反转是由电压的正负方向控制的。当切换方向时电路中型滤波电路的电感会产生反电动势会影响系统供电，严重会使系统无法正常工作。所以切换使用了继电器作为切换开关。按键功能可以设定转速，控制电机的转动的正反方向。显示电路是用了高亮数码管显示。系统是以高精度和实时性相协调的原则的基础上设计的。二、方案论证与比较： 2.1 PWM电路选择 直流电机是利用PWM进行调速，PWM可以由软件编程实现，也可由硬件电路实现，但在设计要求精度和实时性都比较高的情况下，单独使用二者之一是不能完全实现的。因此我们选择了两种典型电路来实现PWM，方案如下： 2.1.1由单片机直接控制的PWM 由图2-1所示可以看到是利用单片机给出比较脉冲，可实现PWM脉宽控制。这样占用了单片机资源，更重要的是占用了它的大量时间作计算，这样就失去了控制的实时性。 2.1.2 利用高速的DA实现的PWM 图2-2用MAX5441作为控制脉宽，MAX5441是高速的十六位DA，大大增加了单片机的工作效率，实现了可调脉宽的高精度和实时性。因此我们选择了图2-2的电路作为PWM最终电路。 2.2检测装置电路的选择与实现方案 作为脉冲检测的传感器多种多样，究竟选择什么样的传感器需要考虑诸多因素，我们在设计的方案中测试了几类型的传感器：霍尔传感器、红外传感器、光电传感器。 2. 2 .1霍尔传感器 霍尔传感器是利用霍尔效应原理产生的，霍尔德输入端是以磁感应强度B来度量的，当磁感应强度到达一定程度时，霍尔内部触发器翻转。霍尔得输出电平也随之翻转。 我们用的是A3144。如图2-3所示A3144外接电路图，其中输出OUT端须接上拉电阻。OUT接单片机的外部中断。VCC和GND是霍尔德电源接口。测试效果不错，能测试出电机的转速。但由于电机本身也 是电磁感应装置，所以在近距离测试时会产生干扰。影响霍尔正常工作。  2.2.2光电传感器 光电传感器是的传感器。 其响应速度是微秒级，足以跟踪电机的转速。它不受外界电磁的干扰，很适应电机近距离工作，不受电机磁场的影响。设计的电路图如图2-5所示：发光二极管始终通电，发光二极管与光敏三极管之间是电机的叶轮。通过叶轮的遮挡和缺口给定光敏三极管基极光源。使三极管产生脉冲送出去。 通过对上述两个传感器的比较，在本设计中我选择了光电传感器。因其响应速度快而且不受电磁干扰，得到更优的控制效果。 三、电路设计方案及参数计算 3.1 PWM控制电路设计 PWM是由锯齿波发生器、高速比较器、脉冲控制装置组成，其中的每一个环节都影响PWM的品质。在设计中每个环节都经过计算、实验、调节。 3.1.1锯齿波发生电路 为了简单方便设计中使用了RC振荡电