基于单片机的无刷直流风扇转速测量与调节

1、基于单片机的无刷直流风扇转速测量与调节一、 项目设计要求1、 实现无刷直流电机转速的测量和控制 2、给定转速指令：由pc发送转速值，经单片机控制器，使得电机达到并稳定在指定转速上。 二、硬件设备1、测量风扇型号：品牌：台达，型号：afb0712hhb 2、51系列单片机学习板 3、pc三、方案设计1、硬件电路usb提供+5v电源，可以实现pc机与开发板的数据通讯和程序下载。数码管显示速度和占空比风扇电路连接：p1.0口接pwm波输入，p3.2口接测速脉冲输入风扇输入和输出信号图1、 输出信号-转速输出 每转输出2个脉冲oc输出，如上图2. oc输出的特点 外加集电极电源和负载；输出幅值任意；注

2、意icmax3. 输入信号-pwm输入2、程序流程图说明:程序应用模块化进行设计，主要有初始化模块、显示模块、测速模块和调速模块。编程次序可按此先后进行。（1）、初始化模块：t0和t1工作方式、标志位状态、所用单元初值、中断设置以及初始显示等。（2）、显示模块：显示风扇转速的实测值及其对应的pwm占空比。（3）测速模块：将0.5s测出的脉冲数即风扇每秒的转速。（4）调速模块：通过串口通信把风扇转速设定值发给单片机，通过改变脉冲波的占空比和pi调节来控制转速的大小。3. 占空比与转速关系:占空比000.160.170.180.190.20.220.240.270.290.31转速r/s01234

3、567891011占空比0.350.380.420.460.510.540.610.740.840.941转速r/s1213141516171819202122四、设计程序：1、主程序：#include #include #include extern unsigned char set_value;/占空比设定/主函数void main()ps=1; /串行口中断优先级别设为高t0_init();/定时器0初始化t1_init(); /定时器1初始化ext0_init();/外部中断0初始化usart_init();/串口初始化set_value=22;while(1)2、初始化子程序#in

4、clude #include /tc0初始化/设为定时器、模式2（自动重装） void t0_init() ea=1;et0=1;tmod |= 0x02;th0=tl0 = 0x00;tr0=1;/tc1初始化/设为定时器、模式2（自动重装）void t1_init()ea=1;et1=0;/中断关tmod |= 0x20;th1=tl1=0xfd;tr1=1;/ext0初始化/负跳变沿有效、int0（p3.2）输入脉冲void ext0_init()it0=1;ex0=1;ea=1;/usart初始化/波特率 9600bpsvoid usart_init() pcon=0x40; scon

5、=0x50;/模式1，允许接收 es=1;3、数码管显示子程序#include #include /硬件连接sbit dat = p02;sbit sck = p00;sbit rck = p01;/数码管驱动xdata num=0xf5,0x05,0xb3,0x97,0x47,0xd6,0xf6,0x85,0xf7,0xd7;/0-9数字xdata bit=0xdf,0xbf,0x7f,0xef,0xfd,0xfb,0xf7,0xfe; /位选void dis_bit(unsigned char pos,unsigned char data)unsigned char i;pos=bitpo

6、s-1;data=numdata;rck = 0;for(i=0;i8;i+) sck = 0;if(pos & 0x80)dat = 1;elsedat = 0;pos =1;sck = 1;delay();for(i=0;i8;i+) sck = 0;if(data & 0x80)dat = 1;elsedat = 0;data 0;i-);4、测速、调速子程序#include #include it.h#include display.h/硬件连接sbit fan =p10;/风扇脉冲输入sbit h = p06;/led，测试/全局变量xdata unsigned char f=0,0

7、,16,17,18,19,20,22,24,27,29,31,35,38,42,46,51,54,61,74,84,94,100,100,100;/转速与占空比关系对照表/int0参数volatile unsigned char n;/转速volatile unsigned char p;/脉冲数/usart参数static unsigned char flag; /串口相关unsigned char usart_buf2=00;/接收缓冲区/pid参数unsigned char kp=5,ki=1;/pid参数 （pi）static unsigned int error,error_re,s

8、um_e;/当前偏差，上一次的偏差，积分累加器 /t0参数static unsigned char time;/测速计时器unsigned char set_value;/pwm设定值/tc0中断void t0it()interrupt 1 using 1 unsigned char temp; time+;if(time150)/0.5s,由于中断处理的程序过于庞大，以至于定时的理论值不能精确的算出。time=0;n=p;p=0;flag=0;/若串口的两位数据不是连续发送，则在下一次接收时全部刷新 temp=pid();if(1) pwm_generater(temp);/pid调节dis

9、_word(1,n);dis_word(5,set_value);/显示占空比/dis_word(3,error);/dis_word(7,temp);/tc1中断void t1it()interrupt 3 using 1/ext0中断void ex0_it()interrupt 0 using 1p+;/脉冲计数/usart中断void usart_it()interrupt 4 using 1unsigned char temp;usart_bufflag=sbuf;flag+;if(flag1)flag=0;temp=(usart_buf0-48)*10+usart_buf1-48;i

10、f(temp23) set_value=ftemp;ri=0;ti=0;/pwm生成程序/输入：duty_cycle：占空比高电平持续值void pwm_generater(unsigned char duty_cycle)static unsigned char com_value;com_value+;if(com_valueduty_cycle)fan=1;else if(com_valuefn)/error为正值的情况 error=set_value-fn;/偏差 sum_e=sum_e+error;/积分 feedback=kp*error/2+ki*sum_e; /pid计算 el

11、se/error为负值的情况 error=fn-set_value;/偏差/积分部分if(sum_eerror)/积分为正 sum_e=sum_e-error; else/积分为负sum_e=0;proportion=kp*error/2;/比例计算integral=ki*sum_e;/积分if(integralproportion)/pid计算feedback=integral-proportion;elsefeedback=0; return(feedback); /返回结果 五、方案总结本方案基本能完成风扇转速测量与控制，达到了设计任务的要求。通过测试，本控制系统可以根据气流和通风条件等

12、环境对运行的影响，比较及时调整pwm波形。但是，本方案也存在一些不足之处：1. 由于本程序的中断处理比较复杂，定时的理论值不能精确的算出，以至测量的转速不是很精确2. 由于时间关系，我们的pid控制模块只完成了pi调节，缺乏了微分调节，系统的动态性能有所下降。六、感想 通过该项目的实践，我们加深了对单片机的定时器、计数器、中断等模块的理解。但是万事开头难，一开始，我们只是学了相关的理论知识，对实体的单片机并不了解，遇到各种问题，比如缺乏硬件电路的了解，风扇该如何接线如何输出信号，pwm波如何输出和调节，在调试过程中难以调到稳定速度等问题。后来结合书本，通过摸索，得出了上述程序。尽管时间紧迫、压力大，但是我们还是灵活运用并掌握微机测控装置的经典设计过程，即