文档介绍：前言
直流电机因具有良好的线性调速特性、效率高、控制简单、调速性能好及体积小等优点得到了广泛使用。常规电机调速控制方法中,电机工作不稳定,损耗较大,尤其在低电压轻负荷时情况更为严重,且工作频率受电源频率的限制, 难以满足高精度的调速要求,不利于广泛推广。如何才能使电路具有成本低、控制精度高、调试修改参数方便,且能方便和灵活地适用于大功率、可靠性高的直流电机控制系统中,是我们研究的目的。
1、设计方案比较与分析
电机调速控制模块:
方案一:采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压,从而达到调速的目的。但是电阻网络只能实现有级调速,而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻很小,但电流很大;分压不仅会降低效率,而且实现很困难。
方案二:采用继电器对电动机的开或关进行控制,通过开关的切换对小车的速度进行调整。这个方案的优点是电路较为简单,缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。
方案三:采用集成芯片L293D。L293D采用16引脚DIP封装,其内部集成了双极型H-桥电路,所有的开量都做成n型。这种双极型脉冲调宽方式具有很多优点,如电流连续;电机可四角限运行;电机停止时有微振电流,起到“动力润滑”作用,消除正反向时的静摩擦死区:低速平稳性好等。
兼于方案三调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大,因此本设计采用方案三。
速度显示模块:
方案一:,每行16个字符,字符包括英文字符及阿拉伯数字。但其不能显示汉字。
方案二:使用数码管。数码管按段数分为七段数码管和八段数码管,八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元(多一个小数点显示);按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管;按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。
兼于方案二显示性能优良、使用范围广、使用简单,因此本设计采用方案二。
2、系统分析与设计
系统的硬件电路设计与分析
系统总体设计框图
图1 系统设计框图
8051单片机简介
,高性能CMOS 8位单片机,片内含4k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元,内置功能强大的微型计算机的AT89S51提供了高性价比的解决方案。
  AT89S51是一个低功耗高性能单片机,40个引脚,32个外部双向输入/输出(I/O)端口,同时内含2个外中断口,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,AT89S51可以按照常规方法进行编程,也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起,特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
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(1)兼容MCS—51指令系统;
(2)32个双向I/O口;
(3)两个16位可编程定时/计数器;
(4)1个串行中断;
(5)两个外部中断源;
(6)4k可反复擦写(>1000次)Flash ROM;
(7)128x8bit内部RAM;
(8)6个中断源;
(9)低功耗空闲和掉电模式;
(10)软件设置睡眠和唤醒功能。
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图2 8051单片机引脚图
电机驱动芯片
L293D采用16引脚DIP封装,其内部集成了双极型H-桥电路,所有的开量都做成n型。这种双极型脉冲调宽方式具有很多优点,如电流连续;电机可四角限运行;电机停止时有微振电流,起到“动力润滑”作用,消除正反向时的静摩擦死区:低速平稳性好等。L293D通过内部逻辑生成使能信号。H-桥电路的输入量可以用来设置马达转动方向,使能信号可以用于脉宽调整(PWM)。另外,L293D将2个H-桥电路集成到1片芯片上,这就意味着用1片芯片可以同时控制2个电机。每1个电机需要3个控制信号EN12、IN1、IN2,其中EN12是使能信号,IN1、IN2为电机转动方向控制信号,IN1、IN2分别为1,0时,电机正转,反之,电机反转。选用一路PWM连接EN12引脚,通过调整PWM的占空比可以调整电机的转速。
L293D内部结构如图3所示:
图3 L293D内部结构图
PWM
直流电动机转速的控制方法可分为两类,即励磁控制法与电枢电压控制法。励磁控制法控制磁通,其控制功率虽然小,但低速时受到磁饱和的限制,高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制;而且由于励磁线圈电感较大,动态响应较差。所