1、基于單片機的直流電機 For personal use only in study and research; not for commercial use調速與測速系統2011 年基于單片機的直流電機調速與測速系統摘要：（200字以內）在現代工業自動化高速發展的時期， 幾乎所有的機械裝備都 離不開電機，形形色色的電機在不同領域發揮著很重要的作用。 與之而來的問題是怎樣控制好電機，對于不同的場合，對電機的要求是不同的。本系統分析的是最典型、最實用的控制方法 PWM 調速，并通過光電對管的原理來測得電機的速度。本系統利用光電對管來完成對電機速度的測量，它以單片機 ATMEL89C52作為電機控制

2、和數據處理的中心。電機驅動電路 采用MC33886芯片來實現完成。關鍵詞：電機、PWM、光電對管、單片機一. 系統方案設計和論證本系統主要由五部分組成：1控制系統；2.LCD顯示模塊；3鍵 盤；4.MC33886驅動模塊；5測速裝置。控制系統采用的由ATME公司的AT89C52單片機具有高密度、非 易失性、低電壓、高性能等優點，且滿足本系統和電子設計大賽的兩 方面要求，因此采用AT89C52作為微控制器，該部分方案設計將在文 章第三、四部分詳細介紹。二. 系統硬件實現系統總體框圖：驅動電路LCD顯示轉速設定鍵盤測 速 裝 置ZX圖1 直流電機測速與調速系統框圖本系統采用AT89C52單片機，它

3、是美國ATMEL公司生產的低電 壓，高性能CMOS8位單片機，片內含8KB的可反復擦寫的Flash程 序存儲器和256B的隨機數據存儲器（RAM），器件采用ATMEL公 司的高密度、非易失性存儲技術生產，與標準MS-51指令系統及8052 產品引腳兼容，片內置有8位中央處理器（CPU）。功能強大的AT89C52單片機適用于許多較為復雜的控制應用場合。電路中選用紅外光敏二極管作為受光器件， 它與紅外發光二極管 一起組成一對紅外發射接收管，紅外光敏二極管在電路中處于反向工 作狀態。沒有光照射時，光敏二極管處于截止狀態，反向電阻很大， 反向電流（暗電流）很小。隨著光照的增強，光敏二極管處于導通狀 態

4、，其反向電阻減小，反向電流（光電流）增大，其光電流與照度之 間呈線性關系。轉速顯示選用字符型液晶顯示模塊 LCD12864，可顯示16X 8或 16X16點陣字符。其主控制驅動電路為 HD44780，具有標準的接口 特性，適配M6800系列和MCS-51系列MCU的操作時序；模塊內部僅供個人參考具有64個字節的自定義字符RAM ,可自定義顯示字符。該模塊采用 +5V電源供電，共有20個引腳。直流電機驅動采用飛思卡爾公司的5A集成H橋芯片MC33886。MC33886內置了控制邏輯、電荷泵、門驅動電路以 及低導通電阻的 MOSFET輸出電路，適合用來控制感性直流負 載，可以用來提供持續的 5A電

5、流，并且集成了過流保護、過熱 保護、欠壓保護。當系統開機后，單片機首先讀取默認的電機轉速，該轉速值可以通過外部按鍵進行修改設置。 單片機通過測速裝置反饋回來 的數值和設定的值進行比較， 對PWM波進行調整以驅動電機加 速或是減速，并將電機的實時轉速反饋給單片機使其不斷的調節 輸出的PWM波，從而電機轉速穩定在設定的轉速值。紅外線發射管丄紅外線接收管JL TL n信號處理齒盤圖1測速儀總體結枸Fig.l construction of mjeasme數宇顯示ATS9C52 MCU圖2 直流電機測速裝置示意圖核心電路原理及理論分析與計算R2810KJP2113LGNDGt-muio347呂gC31

6、 470UFVCC1| 1_r7TX4MC33886上圖是由MC33886芯片構成的驅動電路，由于只對一路電機驅-1好C32 133NF|5BATTERY131145亠TX16-41112 2334455&677331010AGNDDNCFSINI2INIDIVpvuTCepVpWf"VpflvtOUTlUT2OITT1OUT2DNCD2PGND PGNDPGND PGND201192IS31741U51361471331211io以增強驅動動，因此我們將芯片的兩路輸入與輸出分別連接到一起,能力，芯片的操作比較簡單。給 MC33886上電工作后，在4、19管腳分別給高低電平，

7、電機正轉；將電平反接則電機反轉。在系統中只要將高低電平換成相對應的PWM波即可上圖是光電對管的PCB原理圖，通過控制三極管 NPN的開斷 使發射管是否發射紅外線。當 NPN導通時，發射管產生紅外線并由 接收管接收，經過簡單的處理后形成 TTL信號送入單片機，經單片 機計數處理后通過LCD液晶顯示出來實時測得的電機轉速。四、算法與軟件設計-1.系統的控制算法PID控制是指比例、積分、微分控制，實現 PID控制的裝置稱為 PID調節器。傳遞函數為：G c（S） = K（ Kp K 1 KdS） = KK p（V ； - °S）式中：K為其它環節總增益；Kp為比例系數；K為積分系數； Kd

8、為微分系數；i =Kp Ki ；二© Kp。比例控制可快速、及時、按比例調節偏差，提咼控制靈敏度。但 是有靜差，控制精度低。積分控制能消除偏差，提高精度、改善穩態 性能，但是容易引起震蕩，造成超調。微分控制是一種朝前控制，能 調節系統速度、減小超調量、提高穩定性，但是其時間常數過大會引 入干擾、系統沖擊大，過小則調節周期長、效果不顯著。比例、積分、 微分控制相互配合，合理選擇 PID調節器的參數，即比例系數Kp、 積分時間常數Ti和微分時間常數Td，可迅速、準確、平穩的消除偏差， 達到良好的控制效果。采用增量式算法位置式輸出PID算法：Ui 二 Ui-1 Ui 二Ui-! Kp （

9、8i e d 人2e）式中：曲i =ei -e耆ei-i , ei為設定值與i次實測 值的偏差；V;辛;T為采樣周期為積分時間,Td為微分 時間。上式為PID控制軟件的編程依據。參數的選取是在參考經驗數 據的基礎上用實驗法確定，本系統中取T =10s, Tj =5min，Td =1.5min， Kp =4，這些參數在運行時刻適當調整，以獲得滿意的效果。2、軟件設計主程序包括初始化、按鍵設置及控制模塊和顯示模塊的調用。轉 速信號的采集、控制算法以及轉速顯示等功能的實現由各子程序完 成。軟件的主要流程是：利用測速裝置將測量到的轉速值與設定的轉 速值進行比較，根據得到的偏差和偏差的變化率計算控制量，

10、輸出 PWMI號控制MC33886區動電機工作。啟動、停止以及給定值通過鍵 盤利用外部中斷產生，有按鍵輸入時則調用中斷服務程序。停機主程序流程圖五、系統測試與結果分析1.在同等條件下，測試電機由啟動至達到設定轉速所需時間及誤差。表1設定轉速實測轉速轉速誤差調整時間理論分析200/min300/min400/min500/min800/min1000/min1200/min2.在相同的條件下，測試電機由一個轉速調整到另一轉速所需時間起始轉速設定轉速轉速誤差調節時間理論分析200/min800/min300/min800/min400/min800/min500/min800/min800/min

11、1000/min800/min1200/min800/min六、總結從開始的對電機一無所知到能獨立的做出一個簡單的電機控制 系統并且指標能達到基本的要求，在這期間，我們查閱了很多的資料、 遇到了很多的問題，同時也多次請教老師的指導和幫助。 雖然困難重 重，探索的路上步履蹣跚，但我們從不曾放棄、堅定而執著的朝著最 初的目標努力。要么不曾開始，要么就有始有終。每條路都不會很平 坦，這條路走到頭，已選擇的下一條路上依然有不肯服輸、努力前行 的身影！七. 參考文獻1. 李維軍、韓小剛、李晉一一基于單片機用軟件實現直流電機 PWM調速系 統一一遼寧石油化工大學機械工程學院機電工程系2. 模型車電機特性和

12、MC33886驅動芯片3. 汪玉成一一直流電機PWM調速系統設計一一浙江理工大學機控學院4陳景賢一一單片機控制的直流電機 PWM調速控制器設計一一湛江師范學院 學報5肖衡、陳春俊、梁健一一單片機在直流電機轉速測量及控制中的應用一一西 南交通大學機械工程學院6. 全國大學生電子設計競賽電路設計（第 2版）7. 趙鴻圖基于單片機 AT89C51的直流電機PWM調速系統河南理工大 學計算機學院僅供個人用于學習、研究；不得用于商業用途For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour l &#