直流电动机调速系统详解.doc

创 新 设 计 创新设计名称 目录 目录 1 1 引言 2 1.1 设计背景 2 1.2 系统可实现的功能 2 2 总体方案设计 3 2.1 单片机选型方案 3 2.2 转速测量方案选择 4 2.3直流电机驱动电路介绍 5 2.4 PWM调宽方式的选择 6 2.5键盘的选择 6 2.6整体方案设计框图 6 3 硬件电路设计 7 3.1 系统的整体硬件框图 7 3.2 按键模块电路设计 7 3.3数码管显示模块电路设计 8 4系统软件设计 10 4.1 PWM输出程序设计 10 4.2 数字PID算法程序设计 11 4.3速度采集模块程序设计 12 4.4 按键设定程序设计 13 4.5 速度显示模块程序设计 15 5 总结 16 6 参 考 文 献 17 附录A 系统原理图 18 1 引言设计一个系统，要求系统具有如下功能 图2.1 CS3020外形图 使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的圆周上粘上一粒磁钢，让霍尔开关靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。如果在圆周上粘上多粒磁钢，可以实现旋转一周，获得多个脉冲输出。在粘磁钢时要注意，霍尔传感器对磁场方向敏感，粘之前可以先手动接近一下传感器，如果没有信号输出，可以换一个方向再试。这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。 方案二：采用编码盘和光电耦合器测速 经比较，方案一虽然安装和接线都相对简单，但是对于本次学习性创新设计而言并不经济，所以本次设计采用方案二。 2.3直流电机驱动电路介绍 主要元件：恒压恒流桥式2A驱动芯片L298N、光电耦合器TLP521-4 工作电压方式：直流工作电压：信号端 4~6V、控制端 5~36V调速方式：直流电动机采用PWM信号平滑调速。特点： 1、可实现电机正反转及调速。 2、启动性能好，启动转矩大。 3、工作电压可达到36V，4A。 4、可同时驱动两台直流电机。 5、适合应用于机器人设计及智能小车的设计中。 用L298驱动两台直流减速电机的电路。引脚A，B可用于PWM控制。如果机器人项目只要求直行前进，则可将IN1，IN2和IN3，IN4两对引脚分别接高电平和低电平，仅用单片机的两个端口给出PWM信号控制A，B即可实现直行、转弯、。 图2.2 电机驱动电路 2.4 PWM调宽方式的选择 调脉宽的方式有三种:定频调宽、定宽调频和调宽调频。本设计采用了定频调宽方式，因为采用这种方式，电动机在运转时比较稳定;井且在采用单片机产生PWM脉冲的软件实现上比较方便。PWM软件实现方式有两种: 1.采用定时器做为脉宽控制的定时方式，这一方式产生的脉冲宽度极其精确，误差只在几个Us。 2.采用软件延时方式，这一方式在精度上不及方案一，特别是在引入中断后，将有一定的误差。 基于不占用定时器资源，且对于直流电机，采用软件延时所产生的定时误差在允许范围，故采用软件延时方式。 2.5键盘的选择 本设计中键盘主要用于参数的输入。将采用采用独立式键盘直接与单片机进行连接。这种方法结构简单，对于少数量的键盘来说比较适合。 2.6整体方案设计框图 整体方案设计框图如图2.3所示： 图2.3 整体方案设计框图 3 硬件电路设计 3.1 系统的整体硬件框图 本设计系统以51单片机作为电动机控制的核心，系统包括主控模块51单片机，显示模块，键盘模块，电源模块以及电动机驱动模块。系统的整体框图如图3.1所示： 图3.1 系统的整体硬件框图 3.2 按键模块电路设计 共设置四个按键，对应的功能分别为： S1:功能选择按钮 S2：数值增1按钮 S3：数值减1按钮 S4：确认按钮 对应的硬件接线原理图如图3.2所示： 图3.2 按键模块硬件连接电路图 3.3数码管显示模块电路设计 数码管显示电路硬件接线连接图如图3.3所示： 图3.3 数码管显示硬件连线图 4系统软件设计 4.1 PWM输出程序设计 利用AT89C52单片机中的定时器0和定时器1分别产生相应的高低电平延时，并在一定的总周期下，通过改变计数初值改变高或低电平的保持时间来实现改变占空比，从而实现PWM波的不同占空比输出，进而改变电动机的电枢电压，实现调速。 #define A 3000 //设置PWM的频率 #define n 50 //设置PWM的占空比n/100 //下面是对定时器0和定时器1的初始化程序 void timer_init() { TMOD = 0x11; TL0 = (65535 - A) 0xFF; TH0 = (65535 - A) 8; TL1 = (65535