文档介绍：2004 年 9 月沈阳工业学院学报 Vol. 23 No. 3
第 23 卷第 3 期 JOURNAL OF SHENYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY Sep. 2004
文章编号:1003 - 1251 (2004) 03 - 0036 - 03
全自动绕线机单片机控制系统的设计与开发
方天红,龚民,陈白宁
(沈阳理工大学机械工程学院,辽宁沈阳 110168)
摘要:介绍了一种全自动绕线机的单片机控制系统,主要对绕线机的硬件和软件两方
面的设计进行了研究. 系统采用直流无刷电动机提供绕制动力,具有精密绕线、排线、断
线处理等功能,并采用了具有看门狗功能的专用芯片、软件处理、光电隔离等抗干扰措
施,提高绕线机的抗干扰能力.
关键词:绕线机;单片机;直流无刷电动机
中图分类号:TP271. 4 文献标识码:A
全自动绕线机是机电一体化产品,是线圈、变
压器、绕线电阻等的绕制设备,核心部分采用 51 系 2 系统的硬件设计
列单片机来实现绕线机的实时自动控制,不仅计数
和排线工作能按照设定的参数自动完成,而且具有
2. 1 直流无刷电动机的控制与检测
实时调速、断线自动停机,精密绕线等功能.
直流无刷电动机兼有直流电动机调整和启动
性能好以及异步电动机结构简单无需维护的优点,
1 系统的基本结构和工作原理且在电机转速控制方面,绝大多数场合的数字调速
系统已经取代模拟调速系统. 基于以上原因,本设
本设计中的全自动绕线机单片机控制系统,主计采用直流无刷电动机和单片机控制系统,可以
要由步进电机及其自动排线机构、直流无刷电动机编程控制,应用广且灵活方便.
及其控制器和单片机控制系统组成. 通过单片机控在本控制器中,直流无刷电动机的测速、位置
制系统,对步进电机的工作状态和直流无刷电动机检测和换向利用了同一套传感装置,即固定于电机
主轴的转速进行控制,实现不同尺寸的线径的精密端盖上的三个霍尔集成芯片,三个霍尔元件相位相
排线. 单片机控制系统结构图如图 1 所示. 差 120°. 电机旋转时,磁铁每越过一次霍尔芯片,就
产生一个霍尔电势,经放大、整形后输出一个脉冲,
利用单片机测得脉冲周期就可计算转速,方波频率
正比于电机转速. 控制器逆变器回路采用的六个功
率管型号为 IRF540N ,采用两两导通方式,即每一瞬
间有两个功率管导通,每个功率管连续导通 120°电
角度,每隔 60°电角度定子绕组电流换向一次,在电
机旋转 360°电角度内,由三个霍尔元件信号的状态
组成状态字,状态字发生变化的时刻也是定子绕组
电流将要发生换相的时刻.
在恒定电源电压、稳速情况下, 电机的运动方
程式可表示为: Tem = KT· Ie
图 1 单片机控制系统结构图
式中: Tem为平均电磁转矩,N·m; KT 为等效转
矩常数; Ie 为平均电流,A.
则直流无刷电动机转矩—电流特性是线性的,
收稿日期:2004 - 04 - 26 本设计中直流无刷电动机的控制原理如图 2 所示,
作者简介方天红—男湖北赤壁人硕士研究生
: (1979 ) , , . 直流无刷电动机控制采用 PID 控制,电流