利用單片機(jī)來(lái)控制直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)系統(tǒng)的探討

陳永峰

摘 要 本文對(duì)單片機(jī)控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的硬件結(jié)構(gòu)以及工作原理進(jìn)行了介紹，還對(duì)控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)以及流程圖進(jìn)行了分析，對(duì)單片機(jī)在直流電機(jī)轉(zhuǎn)速以及控制中的設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，希望可以促進(jìn)我國(guó)工業(yè)更好的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī) 直流電機(jī) 轉(zhuǎn)速 控制

直流電機(jī)是工業(yè)企業(yè)中常見(jiàn)的電機(jī)設(shè)備，將單片機(jī)應(yīng)用在直流電機(jī)控制系統(tǒng)中，可以提高直流電機(jī)的性能，還可以提高工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)效率。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，我國(guó)工業(yè)水平在不斷提高，市場(chǎng)對(duì)工業(yè)產(chǎn)品有著較高的需求量，而且對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量提出了更高的要求，所以，相關(guān)工作人員一定要采用先進(jìn)的技術(shù)對(duì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，還要實(shí)現(xiàn)電機(jī)的自動(dòng)化控制，這樣才能保證工業(yè)加工的質(zhì)量。下面筆者對(duì)基于單片機(jī)的直流電機(jī)工作原理以及工作流程進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

1 單片機(jī)控制直流電機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量一般是靠傳感器實(shí)現(xiàn)的，這種傳感器有著兩種工作方式，一種是磁電式，另一種是光電式，應(yīng)用在直流電機(jī)中的傳感器一般體積比較小，而且有著良好的動(dòng)態(tài)特性，而且使用壽命比較長(zhǎng)，這樣可以提高轉(zhuǎn)速測(cè)量的準(zhǔn)確性以及應(yīng)用范圍，將單片機(jī)應(yīng)用在直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量中，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速測(cè)量以及旋轉(zhuǎn)速度測(cè)量。本文對(duì)工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中常用的霍爾傳感器特性進(jìn)行了介紹，這種傳感器是由單片集成電路構(gòu)成，在運(yùn)行的過(guò)程中，有著較為穩(wěn)定的電壓?；魻杺鞲衅鞯墓ぷ麟妷哼m用范圍比較大，而且有著較高的可靠性，其輸出電平可以實(shí)現(xiàn)與數(shù)字電路的兼容。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，霍爾傳感器發(fā)出的脈沖信號(hào)的頻率一般與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，記錄單位時(shí)間內(nèi)霍爾傳感器的脈沖數(shù)，則可以對(duì)應(yīng)的測(cè)量出直流電機(jī)轉(zhuǎn)速。以霍爾傳感器3020T為例，單片機(jī)控制直流電機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

采用MC78系列三端固定輸出集成穩(wěn)壓器，向單片機(jī)、D/A轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算放大器、霍爾傳感器提供直流電壓?；魻杺鞲衅鬏敵雒}沖信號(hào)到單片機(jī)測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速，鍵盤(pán)和LED顯示器由8279控制，0832D/A轉(zhuǎn)換器輸出控制電壓，經(jīng)運(yùn)算放大器放大控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。

2 直流電機(jī)的工作原理

直流電機(jī)在工業(yè)行業(yè)應(yīng)用比較廣，其是一種將直流電轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，與基于單片機(jī)的直流電機(jī)相比，結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜，主要是由定子以及轉(zhuǎn)子兩部分構(gòu)成。在直流電機(jī)的定子上一般都固定了永久磁場(chǎng)，可以控制轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向，轉(zhuǎn)向器內(nèi)還安裝了電刷，與直流電連接后，保持直流電的方向不變，則可以保證線圈中電流方向固定不變。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的方向與直流電方向有關(guān)，還與固定磁場(chǎng)收到的電磁感應(yīng)力有關(guān)，改變直流電機(jī)電流的大小以及方向，可以有效的控制直流電轉(zhuǎn)速。

當(dāng)直流電機(jī)通過(guò)直流電轉(zhuǎn)子上的線圈時(shí)，就會(huì)有電流在磁場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)，故而轉(zhuǎn)子就會(huì)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。當(dāng)通過(guò)直流電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的電流發(fā)生變化時(shí)，轉(zhuǎn)子在固定電磁場(chǎng)內(nèi)收到的電磁感應(yīng)力也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的力的大小也會(huì)發(fā)生變化，故而會(huì)影響到轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度。當(dāng)通過(guò)直流電機(jī)的電流反向時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組收到的電磁感應(yīng)力會(huì)發(fā)生反向，轉(zhuǎn)子就會(huì)向反方向旋轉(zhuǎn)。所以，改變通過(guò)直流電機(jī)的電流的大小和通電方向，即可改變直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)方向。

3 軟件及流程圖設(shè)計(jì)

在了解基于單片機(jī)的直流電機(jī)中斷程序以及直流電機(jī)主程序流程后，可以有效的分析出單片機(jī)在直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量及控制中的應(yīng)用。在直流電機(jī)系統(tǒng)中，一般是利用D/A轉(zhuǎn)換器控制輸出電壓，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，如果測(cè)得電機(jī)轉(zhuǎn)速小于設(shè)定值，則可以需要減小D/A輸出電壓，還可以保證直流電機(jī)在設(shè)定的速度恒定轉(zhuǎn)動(dòng)，將比例調(diào)節(jié)器輸出定為P，調(diào)節(jié)器輸出設(shè)為y，輸出偏差值設(shè)為e（t），用公式表示比例協(xié)調(diào)算法，可得：y=Kpe（t）

由這一公式可得知，輸入偏差值對(duì)調(diào)節(jié)器輸出有著較大影響，二者具有一定比例關(guān)系，也具有一定調(diào)節(jié)規(guī)律。

在中斷程序中，鍵盤(pán)以及顯示器是由8279控制的，鍵盤(pán)輸入時(shí)會(huì)產(chǎn)生外部中斷，而這一過(guò)程可以完成直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的輸入，還可以將輸入值轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制代碼，并送至R6中進(jìn)行保存。對(duì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量一般是在電機(jī)輸入以后進(jìn)行的，在對(duì)基于單片機(jī)的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際情況修改轉(zhuǎn)速初始設(shè)定值，設(shè)計(jì)流程主圖如圖2。

轉(zhuǎn)速測(cè)量由T0和T1來(lái)實(shí)現(xiàn)。T1為計(jì)數(shù)器，對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行計(jì)數(shù)； 而T0為定時(shí)器，完成1秒時(shí)間間隔的定時(shí)。T1對(duì)轉(zhuǎn)速脈沖計(jì)數(shù)，每轉(zhuǎn)一周計(jì)數(shù)器TL1加1，1秒時(shí)間間隔內(nèi)計(jì)數(shù)器TL1的值就是轉(zhuǎn)速。T0產(chǎn)生50ms定時(shí)中斷，用R4對(duì)T0的中斷次數(shù)計(jì)數(shù)，20次中斷（1秒）讀出計(jì)數(shù)器TL1的計(jì)數(shù)值（即轉(zhuǎn)速），送R5保存，并轉(zhuǎn)換為BCD數(shù)送顯示存儲(chǔ)器。若設(shè)定值大于轉(zhuǎn)速，則送至DAC0832的數(shù)字量（R7）加1，反之，設(shè)定值小于轉(zhuǎn)速時(shí)送至DAC0832的數(shù)字量減1。

4 結(jié)語(yǔ)

基于單片機(jī)的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量及控制系統(tǒng)是科技不斷發(fā)展的產(chǎn)物，單片機(jī)應(yīng)用在直流電機(jī)控制系統(tǒng)中，是對(duì)傳統(tǒng)直流電機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)化與改進(jìn)，其不但體積比較小，而且結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，還具有價(jià)格低廉的特點(diǎn)。在該系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信號(hào)監(jiān)測(cè)，還可以控制信號(hào)的精密度，可以有效的控制轉(zhuǎn)速，降低轉(zhuǎn)速誤差，還可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。所以，將單片機(jī)應(yīng)用在直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量以及控制系統(tǒng)中，是提高直流電機(jī)性能的有效方式，可以保證直流電機(jī)功能效用的最大發(fā)揮。

參考文獻(xiàn)

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作者單位

廣東省清遠(yuǎn)市技師學(xué)院 廣東省清遠(yuǎn)市 511517