直流电机监控闭环转速系统的实现,直流电机,PIC,RS232汇总

直流电机监控闭环转速系统的实现，直流电机，PIC，RS232／SPI总线，脉宽调制1引言直流电机监控系统是机电产品中的重要环节，其控制性能反映了机电设备的控制质量。灵活、方便、准确、实时的监控需要对电机的转速信号进行测量和处理，以达到精确控制转速的目的。 2系统总体设计ARMDSPFPGA虽精度高、速度快，但设计复杂，价格也一直居高不下。本系统采用一种适用于小容量存储器单片机（如PIC系列）系统且功能强大的RTO—Salvo。无需扩展大量的RAM和ROM并且实时性好。大大节省了成本。系统选用 PC机作为上位引言直流电机监控系统是机电产品中的重要环节，其控制性能反映了机电设备的控制质量。灵活、方便、准确、实时的监控需要对电机的转速信号进行测量和处理，以达到精确控制转速的目的。系统总体设计ARPDSPFPGAS精度高、速度快，但设计复杂，价格也一直居高不下。本系统采用一种适用于小容量存储器单片机（如PIC系列）系统且功能强大的RTO—Salvo。无需扩展大量的RAM和ROM并且实时性好。大大节省了成本。系统选用PC机作为上位机，运用API函数及MSCOM控件实现计算机通信。PIC16F877A单片机及外围电路组成一个单片机系统。作为下位机。电路设计包括PWMg动、CCP甫捉、A/D模数转换、LCD液晶显示、RS232和SPI串行通讯以及下位机双机通信模块。系统总体框图如图1所示。Salvo系统简介嵌入式实时操作系统Salvo具有占用系统资源少和功能强大两大特点Salvo占用的系统资源Salvo最大的特点是占用系统资源少，特别是占用存储器资源极少。它不但适用于51系列单片机，也适用于存储器资源更少的 PIC系列单片机。Salvo占用ROM资源取决于用户调用的系统函数，占用RAM取决于用户定义的变量、任务和事件的数量。以PIC16系列单片机为例，每个全局变量占10B，任务占5B，事件占3B。Salvo功能和性能Salvo是一个基于优先级任务切换、支持事件驱动的多任务嵌入式实时操作系统。Salvo共支持16个任务优先级，且多个任务可共用一个优先级，任务按优先级高低切换，对于多个同一优先级的任务则以时间片循环方式（round-robin）切换。Salvo支持任务和事件的数量取决于RAM勺大小（Salvo默认支持255个任务、255个事件和255个消息队列）。Salvo内核主要提供以下几类函数供用户应用程序引用：任务管理：提供任务建立、任务撤消功能；时间管理：提供任务延时函数功能；信号管理：提供信号量建立、删除、等待、发出等功能；消息管理：提供消息建立、删除、等待、发出等功能。系统硬件总述通讯部分主要由两部分组成：单片机与PC机以及PIC单片机之间的通讯。PC机与下位单片机间互传数据采用RS232串行异步通信方式。而PIC单片机之间的通讯则采用SPI总线，它是主要用于处理器和外设同步串行通信的4线接口。采用同步时钟把串行数据以8位码的形式移入和移出微控制器。SPI总线是一种主／从接口，主接口驱动串行时钟。在使用SPI时，会同时发送和接收数据，使其成为一种全双工协议，通讯效率高，而且电路连线及软件编程结构简单。硬件电路如图2、图3所示，其单元电路包括CCP甫捉电路、PWM驱动电路、RS232/SPI通讯模块、A/D转换算法及LCD显示等。CCP甫捉电路光电采集模块中，采用光电器件具有高转换精度、良好的静态工作点、完整的模拟前端以及片内校正，特别适用于测量低频小信号。该电路将光信号转换成电压信号，再经过整形滤波就可直接送至单片机。送往单片机的转速信号可通过CCPI捕捉模块测量出转速。在该模式下，若要采用捕捉功能应将相应的 TRIS置为1,将单片机CCP）引脚设置为输入。例如，输入频率稳定时，将单片机预分频值设置为1:16，则这16个周期的总误差为1个TCY其有效分辨率为TCY/16,即在40MHz时有效分辨率为6.25ns。只有在输入频率在16个采样周期内均稳定的情况下，这一方法才有效。不使用预分频器（1：1）时，每个采样分辨率为TCY而且当改变捕捉模式时，产生一个捕捉中断。用户应保持CCPxIE位清零以禁止这种中断，还应在运行模式改变后将 CCPxIF位清零。整个捕捉过程快捷、简单。PWM驱动模块PIC16F877A单片机产生的PWM信号经过光电耦合器连接到L298N的使能控制端。考虑到TLP521-4电路具有反相器作用，PW信号中的高电平持续时间对应直流电机的断电时间。从单片机其他引脚输出的信号送入 L298N的方向控制端，控制直流电机的转动方向和制动状态。L298N驱动负载的电源电压最大为46V，单桥的驱动电源接近2A，最大开关频率不小于40kHz。与由分立元件构成的桥式驱动电路相比，该电路结构简单，性能可靠。通过改写程序，可以控制小型直流电机的多种变速。使用光电编码器实现电机速度检测，构成了完整的闭环控制系统。RS232串行通讯模块PIC16F877A串行口仅占用了单片机的RC6和RC7引脚，用于接收端RXD和发送端TXD因此在上位机计算机与下位机单片机通信时，只需将收发信号 （TX、RX）及地（GND3根线相连即可。单片机的串行接口电平为 TTL电平，这与计算机的串行接口电平不一致，因此需要电平转换。系统选用了 Maxim公司的MAX232!用串行接收/发送驱动器，其外围电路简单，只需外接 4只0.1卩F的电容即可。LCD显示模块模块SMC1602由一块点阵液晶屏和控制器HD44780及其辅助电路组成。本系统设计采用OCM中文模块系统LCD液晶作为下位机的显示模块。该模块内含GB231216X16点阵国标一级简体汉字和ASCII8X8（半高）及8X16（全高）点阵形英文字库，用户输入区位码或ASCII码可实现文本显示。OCM中文液晶显示模块采用ASQANSWE握手方式。系统软件总述下位机软件设计智能电机监控系统的下位机软件设计主要完成CCPB捉、A/D采集、PWMI制、SPI通讯、LCD显示、RS232通讯等多个功能。总体流程框图如图4所示，控制算法是利用PIC16F877A直接控制PID参数，实现精确控制。上位机系统设计上位机系统软件是在Windows平台上利用Vi-sualBasic6.0开发的，设计包括了操作提示部分（自动发送、手动发送、串口选择、奇偶校验、波特率、数据位等）、接收回显部分（接收数据位、电机转速、电机正反转等）以及发送内容部分（电机转速设定、过压、过流保护值等）。监控电机工作时上、下位机实时通讯，显示的参数值实时性好，此时电机正处在反转状态（正转“1”、反转“0”），这一方面可以从上位机界面中的正反转设定标志看出，另一方面下位机回馈的参数中也有电机正反转标志，下位机的液晶面板也同样有转速、电压、电流及正反转显示（正转“Right”、反转“Left”），并且上、下位机的数据显示是同步的。与此同时，可通过上位机对下位机设定的过流过压保护值，一旦电路检测到任一过流或者过压时（超过设定值），下位机控制单元就会发出报警信号（红灯亮、蜂鸣器响、上位机出现错误标志、下位机的液晶上也会出现错误提示等）