【基于单片机的直流电机的转速控制探究（论文）8600字】

的宽度大小便会变动，即频率保持稳定，变动宽度水平。对上述三类方法作出选择时，不同的方法会对系统所具有的性能特征造成直接影响。其中第一以及第二类方法较为类似，均通过周期(即频率状况)变动来对占空比大小进行控制，然而容易存在这样的问题，如果系统所具有的稳定频率和它所选择进行操控的频率大小相对于较接近时,就可能会造成较为剧烈的动荡，通常较少被使用，因此在这个系统设计当中主要采用的是第三类方式。2.3PWM实现方式方案一：使用定时仪器给相关的脉宽调定具体的时间，系统自动生成的脉冲宽度大小将会极为确切。方案二：在电脑中编制相关的程序，通过这一程序来自动给电机生成一定的脉冲。然而这个方法在精确度上比前一个方法低，所以笔者选取了第一个方案。笔者选择在本次研究中采用闭环型系统，这种类型系统所具有的优点是有较好的反馈性能。在被控制量偏离设定数值时，可经由相关的反馈效用修正出现的偏误。为了能够达到对直流电机运转速度的平稳操控，本次研究选择运用单片机来当做核心的操控板块，以此为基础对相关的直流调速系统进行设计，这个系统采用控制仪器形成了PWM波，再经由相关的驱动电路进行放大之后产生了能够对直流电机进行操控的脉宽，作用相关的速率传感仪器，对电机所具有的运转速度进行测定，之后将获得的速率方面信息传输至系统当中，系统在接收之后会反馈具体的数据信号，对PWM进行有效调整，以此实现对于直流电机的有效控制。3直流调速系统硬件设计3.1总体硬件电路设计直流电机直流电机AT89S52单片机（速度的测量计算、输入设定及系统控制）转速检测驱动电路键盘控制LED显示PWM图3-1直流电机PWM调速系统硬件电路设计框图在设计出来的这个系统当中所使用的是AT89C52型号单片机来用作是调试系统的关键所在，选取了通过脉宽调制（Pulse-WidthModulation，能够简写为PWM）的方法，来对占空比的状况进行调节，进一步对于直流电机转动的速度进行把控。在设计的系统调试过程当中，通过模拟PWM信号的集成，然后再使用驱动电机，同时根据光电编码器本身所具有的性能，就可以计算得出电机的速度，最终能够把电压信号反馈到单片机当中，达成想要达成的目标。单片机同样会展开PID运算，借助单片机的功能，输出相应的控制量，构建起一个闭环控制，实现对于电机速度的把控。3.2单片机最小系统电路单片机、晶振时钟电路和复位电路三个方面搭建起了最小的单片系统。正如下面的图3-2所展示的这样，单片机在处于正常运转的背景下，时钟节拍是非常关键的，应当在时钟把控的状态下运转。时钟芯片作为系统的“心率”，实际上是单片机能够维持正常工作一定要具备的。时钟控制一定给要供给一个基础的定时，单片机才可以维持正常工作，复位电路的目的在于令程序在上电开始亦或是执行的期间，一旦产生错误的情况可以快速纠正过来，避免程序跑飞。复位电路的目的在于令程序在上电开始亦或是执行的期间，产生错误可以快速纠正过来，把程序从0地址开始重新执行的时候，避免程序步入了死循环消耗内存空间。单片机的基准时钟是需要系统的时钟电路提供的，12个时钟周期建构起来单片机一条指令，时钟电路是单片机执行时间与周期程序所应当应用的。时钟电路应当与外部晶振配合实施工作。图3-2AT89C52最小系统电路图3.3LCD1602显示电路这个系统所使用的是LCD1602显示电机的设定转速与实际跟踪转速。LCD1602一共具备了16个管脚,接地端是1引脚与16引脚,2引脚和15是电源供电的管脚，其中接地端需要连接电源的GND,电源供电管脚需要连接到直流5V电源的VCC,背光亮度的调节端是3引脚,若对于背光亮度不具备特别的需求,能够使用一个10k的电位器来调整背光亮度,不然的话就会导致显示问题4引脚是数据/命令选择（R/S）控制引脚，单片机的P2.0是属于读写控制引脚（W/R），5引脚，接入单片机的P2.1,6引脚应当接单片机的P2.2属于使能引脚（Enble），最末端的7-14引脚属于数据端D0-D7，应该要利用10K的上拉排阻接入单片机的P0口，因为P0口具有弱上拉功能，想要作为普通IO口用必须加电阻上拉从而输出高电平，正如下面的图3-3所展示的是LCD显示电路。图3-3LCD1602显示电路图3.4电机驱动电路电机是由L298N驱动芯片驱动的电机，L298N是驱动大电流设备的双H桥芯片，能够驱动直流电机和步进电机等常见电机，通过IN1和IN2控制直流电机的正反转，通过OUT2输出驱动信号给电动机。电机驱动的电路如图3-4所示。图3-4电机驱动电路图3.5键盘控制电路通过按键能够实现电机的加速、减速和正反转。键盘控制电路如图3-5所示。图3-5键盘控制电路图4直流调速系统软件设计4.1PWM调速软件设计这个部分的软件设计是固定频率调节、固定宽度频率调制还有宽调节频率调制。在本篇文章当中所采用的是固定频率的调节方式，选择的是固定频率的调节方式能够达成还留电动机的稳定运转，与此同时在达成PWM脉冲的过程中也较为简便。MCU的内部定时器位是PWM信号软件得以达成的必然要求。从定时器这个方面来说，选用不一样的MCU，而且因为定时器所具备的特征一般来说都是不一样的。即便是一样的型号的MCU工作的方式还是有所差别，亦或是所选用的晶体振荡器有所差别，这样的话定时器当中所具备的初始值与定时时间的相对也会有所差别。接着,定时器中的初始值和定时时间的相对性应当要予以确认。目前,倘若微控制器当中的位与时钟频率是定时器/计数器所在的位置,则定时时间和定时器初始值之间所具备的关系实际上是：式（4-1）式中，个机器周期的时钟数；定时器定时初值。一般来说，模型的不同会决定着N值也有所差别。在真实的设计内容里面，通常都会选用确定的模型，同时提供相应的值。在此次的设计当中，频率是12MZ的微控制器。总而言之，想要对电机的速度进行把控，就应当要对占空比进行把控，同时还可以完成对于占空比的把控,知识借助对于各个定时值Tw展开设置就可以对它的占空比进行变动。4.2系统程序设计单片机在完成初始化之后会实现显示刷新，主要是显示电机的转速以及设置的转速的把控，同时能够借助按键子程序来达成电机的正反转和加减速的操作，然后调用PID算法实现转速的跟随控制。主程序流程图如下图所示。图4-1主程序流程图4.2LCD显示子程序设计图4-2LCD显示子程序流程图LCD1602可以显示电机的设定速度和跟随速度，主要的程序流程是首先需要清屏，光标复位，设置显示模式；然后自动右移，读取显示的数据，从第一行开始读取，第一行读取结束后再去读取第二行。逐行显示数据，写入缓存，最后就显示出我们需要的效果。5仿真调试对软件的调试和对硬件的调试是需要互相配合的，一般来说是先需要单独调试其次再将两者实现一样的调试，因此系统调试是需要软件调试以及硬件调试这两个不同的部分共同构成的，单独的调试前述工作已经完成，所以本章的主要工作就是仿真的综合调试。5.1程序装载和仿真调试软件的调试进行仿真大多数都是使用Keil与Proteus这两种软件。编辑好程序,画出程序的原理框图以后,就能够电脑上促使Proteus对这种程序实施仿真。建立相应的全新的工程,选用的是AT89C51处理器;接着再重新建立起一个文档的编辑过程,编辑工作完毕后将其中的.asm文件进行了保存之后,把这些文件当中的.asm文件添加到工程当中。按键Project之后的"Target1"来实现对于目标额选取。在弹出对话框上面的Target项当中输入一个晶振12m,接着再勾到Useon-chipRom。在Output项里面勾选CreateHEX

File。最终有一个编译器,keil就能够自动生成.hex文件。然后将系统的原理示意图在Proteus环境里面进行描绘,再运用Proteus

来进行仿真,模拟过程电路示意图如下。图5-1proteus仿真电路图图5-2为仿真运行状态，设定速度为3000r/min，通过PID算法控制逐渐跟随并稳定，此时为2813转，前面的“+”代表电机在正转。图5-2仿真运行电路图图5-3为电机逐步跟随稳定状态，设定速度为3000r/min，通过PID算法控制逐渐跟随并稳定，此时为3089转，根据控制系统理论，此时的超调量已经符合稳定控制系统，电机会维持在这个速度附近转动，所以此时系统已经是稳定的了。图5-3PID调整转速控制电路图图5-4为通过加速按键加速电机的转动，相当于给电机一个外部扰动，看系统是否能够重新稳定，加速后设定电机速度为3040r/min，通过PID算法控制逐渐跟随并稳定，此时为3055转，根据控制系统理论，此时的超调量已经符合稳定控制系统，电机会维持在这个速度附近转动，所以此时系统已经是稳定的了，说明本系统在扰动条件下也能够维持稳定，PID参数整定合理。

图5-4扰动模拟电路图5.2PID参数整定原则对PID的参数进行设置可以按照以下的方法进行设定:

参数整定找最佳，从小到大顺序查;

先是比例后积分，最后再把微分加;

曲线振荡很频繁，比例度盘要放大;

曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳;

曲线偏离回复慢，积分时间往下降;

曲线波动周期长，积分时间再加长;

曲线振荡频率快，先把微分降下来;

动差大来波动慢。微分时间应加长;

理想曲线两个波，前高后低4比1;

一看二调多分析，调节质量不会低;

5结论由于时间有限和本人的能力不足，仅仅做了proteus的仿真来验证系统的功能，并未做实物方面的焊接和设计本次电机控制系统在仿真中表明,如果想实现控制控制直流电机正反转、加减速以及自由设置速度可通过上位机来实现或者可通过键盘来实现;还有显示,按键等多种特性。这套系统已经充分适应了直流驱动器的调速控制装置的设计。虽然只做了仿真，但是在仿真设计过程中我也遇到了很多问题和收获了很多知识。主要是有以下两点的感触：(1)在在对电路框图进行了多次的分析与仿真验证后,通过结合我们的指导教师提供的参考元器件数据库,确定了什么样的元器件才能够实现该电路的作用。(2)在绘制电路图中历经各类软件多次方针和修改后,在仿真的电路图上能够满足设计需要的基础上,确定了本次设计的初心与原则。这次我就是运用Proteus软件进行硬件设计,因为它所涉及到的都是Proteus软件。通过对于设计好的仿真原理示意图,进行了多次修正,并且听取了一些老师们的建议后,确定了最终的设计布局。通过此次毕业设计,我发现了自己的不足之处,充分感受到"书到用时方恨少"的含义。因此以后再做任何东西我总是会首先把自己的基础搞好,并且要通过持续的练习把它们学好,学精,多动手去操作,做好以后的课程和教学布置中的各项实验,提升自己的理论连接到现场的能力。虽然本次设计工作做得并不是非常完善,但是我在进行设计时所学及得到的知识与运用,却是经过了几次实践都无法相媲美的,让我终生受益。参考文献[1]王山卉.利用单片机控制直流电机调速系统设计[J].甘肃科技纵横,2018,47(03):11-16.[2]李玮.基于单片机控制的直流电机PWM调速系统设计[J].产业与科技论坛,2018,17(04):74-75.[3]詹庄春.单片机控制的直流电机闭环调速系统设计[J].绵阳师范学院学报,2016,35(11):23-27.[4]尹冬梅.基于单片机控制的PWM直流电机调速系统[J].科技传播,2015,7(24):155+157.[5]杜敬锐,朱振国,熊凯琳,郁金明,郭丙君.单片机控制直流电机无触点切换调速系统设计[J].自动化与仪器仪表,2015(09):90-91+94.[6]吴楠.基于单片机控制的直流电机调速系统的设计[J].科技与创新,2014(10):40.[7]顾剑.无刷直流电机单片机控制调速系统设计[J].电子世界,2014(09):134-135.[8]李伟龙.基于单片机控制的PWM直流调速系统[J].河南科技,2013(17):127-128.[9]郭胤.单片机控制直流调速系统的研究[J].数字技术与应用,2013(06):30.[10]孟海岗,常美,孙剑.基于8051单片机控制的直流电机PWM调速系统设计[J].伺服控制,2013(02):41-45.[11]宋晓宇.单片机模糊PID控制双闭环直流调速系统研究[D].沈阳建筑大学,2011.[12]张新荣,徐保国.单片机控制PWM直流双闭环调速系统设计[J].电气应用,2010,29(16):66-69.[13]程刚.单片机控制直流调速系统的研究[J].科技信息,2010(23):421-423+444.[14]宋晓宇,马斌,张波.基于单片机的模糊PID控制双闭环直流调速系统研究[J].科技广场,2010(06):138-141.[15]胡祝兵.基于单片机控制的直流电机调速系统的设计[J].承德石油高等专科学校学报,2008(01):27-29.[16]杨靖.用单片机控制的直流电机调速系统[J].机床电器,2008(01):45-47.[17]李旭超,刘宇安,彭宣戈.全数字直流调速系统的单片机控制[J].井冈山学院学