基于单片机的空调温的度控制器设计.docVIP

基于单片机的直流电机控制系统 作者： 指导老师： （XXXXXXX大学工学院 电气工程及自动化 XX 230036） 摘要：直流电机是人类最早发明和应用的一种电机。在各类机电系统中，由于直流电机具有良好的启动、制动和调速性能，直流电机调速系统已广泛应用于工业、航天领域的各个方面。论文主要介绍了直流电机调速系统的意义、基于单片机控制的PWM直流电机调速方法和PWM基本工作原理以及实现方法，通过对占空比的计算达到精确调速的目的。主电路主要采用两个小按键控制STC90C51单片机，将数据传输给单片机并产生脉宽调制信号，然后通过电机驱动电路对小型直流电机进行控制。通过按键的调试可以实现控制直流电机的速度。最后在软件方面，介绍了主程序和PWM信号发生程序的编写思路以及具体的程序实现。 关键词：直流电机调速 单片机 脉宽调制 1 引言 1.1 课题研究的背景 直流电机是最常见的一种电机，它已经广泛应用于交通、机械、化工、航空等领域中。早期的直流电机控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器，非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件复杂，功能单一，而且系统非常不灵活，调试困难，阻碍了直流电机控制技术的发展和应用范围的推广。 PWM控制技术是利用半导体器件的导通和关断，把直流电压变成电压脉冲列，控制电压脉冲的周期和宽度以达到变压目的，或控制电压脉冲的周期和宽度以达到变压变频目的的一种控制技术。近年来，电气传动的PWM 控制技术已成为电气传动自动控制技术的热点之一。 随着近代电力电子技术和计算机技术的发展以及现代控制理论的应用，单片机成为了直流电机调速不可或缺的部分之一。单片机具有体积小、重量轻、功能强、抗干扰能力强、控制灵活、应用方便、价格低廉等特点，而被广泛应用于直流电机调速系统。在实际应用中，电机是把电能转化为机械能的主要设备，因此要求其具有较好的能量转换效率和能够根据生产工艺的要求调整转速。电机调速性能对提高产品质量，提高劳动生产率和节省电能有着决定性的影响。所以，电机调速一直是研究的热点。 1.2 课题研究的目的及意义 直流电机具有良好的启动性能和调速特性，虽然各种类型的电机层出不穷，然而在自动控制系统、电子仪器设备等方面，直流电机的应用还是占有突出地位。直流电机调速平滑，调速范围广，过载能力强，抗冲击负载能力强，可实现频繁的无极快速起动、制动、加/减速和正/反转。 PWM 直流电动机调压调速系统拥有需用的功率元件少、线路简单、控制方便、开关频率高、低速性能好、稳速精度高及调速范围宽、控制方式多样化、能与数字速度给定信号直接接口等优点，在工厂企业得到广泛的应用。 本课题是以单片机为主要控制核心，针对直流电机的调速系统进行设计，通过本次毕业设计培养我们综合运用所学的知识和技能解决问题的本领，巩固和加深对所学知识的理解；培养我们调查研究的习惯和工作能力。 1.3 国内外电机控制的研究现状及发展 随着PWM技术的发展，我国直流电机调速也正向着脉宽调制方向发展。目前我国大部分数字化控制直流调速装置还是依靠进口。但由于进口设备价格昂贵，也给出了国产全数字控制直流调速装置的发展空间，所以国内许多大专院校、科研单位和厂家也都在开发全数字直流调速装置。 1.4 PWM变频调速发展前景 PWM变频调速作为一项新的调速技术，在西方发达国家已得到广泛应用。目前，不论在同步电机调速方面，还是异步电机调速方面，PWM变频调速是众多交流调速方式的佼佼者。现代的变频器采用了通信技术领域中的脉宽调制技术，具体一点就是应用了采样控制理论中的一个重要理论，冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性环节上时，其效果基本相同，冲量即窄脉冲的面积。 PWM变频调速技术频调速灵活。调速的范围宽，在一定范围内可实现恒力矩输出，是一种相当适合电梯使用的调速方式，而且其本身的技术也在不断的革新中。随着PWM技术的不断改进，它的应用的范围也将不断的扩展。 1.5 课题研究内容及目标 根据直流电机调速的控制要求确定整体的设计方案，完成单片机控制的PWM直流电机调速系统设计。该系统需能实现用软件产生PWM信号，并且通过单片机对信号传输达到对电机的启动和停止，加速和减速的控制。该系统主要由输入设备、单片机和电机驱动模块等部分组成。主要内容具体描述如下： 1）输入设备的选择：与矩阵键盘相比独立键盘结构简单，所以本设计采用独立键盘给单片机输入信号； 2）单片机的选型：MCS-51系列单片机有多种型号，其中STC90C51不仅兼容8051，还具有ISP编程和看门狗功能，这里选用单片机STC90C51作为控制核心； 3）电机驱动模块的设计：利用H桥式驱动电路可实现电机的正转，反转，制动的功能，作为半导体器件的三极管、二极管在应用领域被广泛使用，而且其性能比较稳定可靠，所以用半导