文档介绍：数字式直流电机转速控制系统设计
目录
一、总体方案设计 2
二、方案论证与比较 3
PWM电路选择 3
4
三、PWM控制电路设计 6
6
转速检测电路 8
电机驱动电路和正反转向切换电路 9
四、软硬件调试 11
11
11
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:
单片机
转速测量
PWM驱动
转速显示
按键接口
供电电源
直流电机
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:
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:

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。
图2-1

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。
图2-2

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。
图2-3

光电传感器是主要利用光电效应原理集成的传感器。它具有响应速度快、结构简单、可靠性高等优点。其内部结构是由发光二极管和光敏三极管组成。其相对的平面各开有小玻璃窗口。电路结构如图示四所示:光敏三极管只伸出集电极和发射极、基极是受光面,当有光照时三极管导通,OUT输出低电平,无光照时三极管截止,OUT输出高电平。
图2-4

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