陳永峰

摘 要 本文對單片機控制直流電機轉(zhuǎn)速的硬件結(jié)構(gòu)以及工作原理進行了介紹，還對控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)以及流程圖進行了分析，對單片機在直流電機轉(zhuǎn)速以及控制中的設(shè)計進行了探討，希望可以促進我國工業(yè)更好的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】單片機 直流電機 轉(zhuǎn)速 控制

直流電機是工業(yè)企業(yè)中常見的電機設(shè)備，將單片機應(yīng)用在直流電機控制系統(tǒng)中，可以提高直流電機的性能，還可以提高工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)效率。隨著社會的不斷發(fā)展，我國工業(yè)水平在不斷提高，市場對工業(yè)產(chǎn)品有著較高的需求量，而且對產(chǎn)品的質(zhì)量提出了更高的要求，所以，相關(guān)工作人員一定要采用先進的技術(shù)對直流電機轉(zhuǎn)速進行準確的測量，還要實現(xiàn)電機的自動化控制，這樣才能保證工業(yè)加工的質(zhì)量。下面筆者對基于單片機的直流電機工作原理以及工作流程進行簡單介紹。

1 單片機控制直流電機的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

直流電機轉(zhuǎn)速測量一般是靠傳感器實現(xiàn)的，這種傳感器有著兩種工作方式，一種是磁電式，另一種是光電式，應(yīng)用在直流電機中的傳感器一般體積比較小，而且有著良好的動態(tài)特性，而且使用壽命比較長，這樣可以提高轉(zhuǎn)速測量的準確性以及應(yīng)用范圍，將單片機應(yīng)用在直流電機轉(zhuǎn)速測量中，可以實現(xiàn)動態(tài)轉(zhuǎn)速測量以及旋轉(zhuǎn)速度測量。本文對工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中常用的霍爾傳感器特性進行了介紹，這種傳感器是由單片集成電路構(gòu)成，在運行的過程中，有著較為穩(wěn)定的電壓?；魻杺鞲衅鞯墓ぷ麟妷哼m用范圍比較大，而且有著較高的可靠性，其輸出電平可以實現(xiàn)與數(shù)字電路的兼容。通過研究發(fā)現(xiàn)，霍爾傳感器發(fā)出的脈沖信號的頻率一般與電機轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，記錄單位時間內(nèi)霍爾傳感器的脈沖數(shù)，則可以對應(yīng)的測量出直流電機轉(zhuǎn)速。以霍爾傳感器3020T為例，單片機控制直流電機的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

采用MC78系列三端固定輸出集成穩(wěn)壓器，向單片機、D/A轉(zhuǎn)換器、運算放大器、霍爾傳感器提供直流電壓。霍爾傳感器輸出脈沖信號到單片機測量電機轉(zhuǎn)速，鍵盤和LED顯示器由8279控制，0832D/A轉(zhuǎn)換器輸出控制電壓，經(jīng)運算放大器放大控制電機轉(zhuǎn)速。

2 直流電機的工作原理

直流電機在工業(yè)行業(yè)應(yīng)用比較廣，其是一種將直流電轉(zhuǎn)換為機械能的旋轉(zhuǎn)電動機，與基于單片機的直流電機相比，結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜，主要是由定子以及轉(zhuǎn)子兩部分構(gòu)成。在直流電機的定子上一般都固定了永久磁場，可以控制轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向，轉(zhuǎn)向器內(nèi)還安裝了電刷，與直流電連接后，保持直流電的方向不變，則可以保證線圈中電流方向固定不變。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向與直流電方向有關(guān)，還與固定磁場收到的電磁感應(yīng)力有關(guān)，改變直流電機電流的大小以及方向，可以有效的控制直流電轉(zhuǎn)速。

當直流電機通過直流電轉(zhuǎn)子上的線圈時，就會有電流在磁場內(nèi)運動，故而轉(zhuǎn)子就會產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢，帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。當通過直流電機轉(zhuǎn)子繞組的電流發(fā)生變化時，轉(zhuǎn)子在固定電磁場內(nèi)收到的電磁感應(yīng)力也會發(fā)生相應(yīng)的變化，帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的力的大小也會發(fā)生變化，故而會影響到轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度。當通過直流電機的電流反向時，轉(zhuǎn)子繞組收到的電磁感應(yīng)力會發(fā)生反向，轉(zhuǎn)子就會向反方向旋轉(zhuǎn)。所以，改變通過直流電機的電流的大小和通電方向，即可改變直流電機的旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)方向。

3 軟件及流程圖設(shè)計

在了解基于單片機的直流電機中斷程序以及直流電機主程序流程后，可以有效的分析出單片機在直流電機轉(zhuǎn)速測量及控制中的應(yīng)用。在直流電機系統(tǒng)中，一般是利用D/A轉(zhuǎn)換器控制輸出電壓，從而控制電機的轉(zhuǎn)速，如果測得電機轉(zhuǎn)速小于設(shè)定值，則可以需要減小D/A輸出電壓，還可以保證直流電機在設(shè)定的速度恒定轉(zhuǎn)動，將比例調(diào)節(jié)器輸出定為P，調(diào)節(jié)器輸出設(shè)為y，輸出偏差值設(shè)為e（t），用公式表示比例協(xié)調(diào)算法，可得：y=Kpe（t）

由這一公式可得知，輸入偏差值對調(diào)節(jié)器輸出有著較大影響，二者具有一定比例關(guān)系，也具有一定調(diào)節(jié)規(guī)律。

在中斷程序中，鍵盤以及顯示器是由8279控制的，鍵盤輸入時會產(chǎn)生外部中斷，而這一過程可以完成直流電機轉(zhuǎn)速的輸入，還可以將輸入值轉(zhuǎn)換為二進制代碼，并送至R6中進行保存。對直流電機轉(zhuǎn)速的測量一般是在電機輸入以后進行的，在對基于單片機的直流電機轉(zhuǎn)速進行測量時，可以根據(jù)實際情況修改轉(zhuǎn)速初始設(shè)定值，設(shè)計流程主圖如圖2。

轉(zhuǎn)速測量由T0和T1來實現(xiàn)。T1為計數(shù)器，對轉(zhuǎn)速進行計數(shù)； 而T0為定時器，完成1秒時間間隔的定時。T1對轉(zhuǎn)速脈沖計數(shù)，每轉(zhuǎn)一周計數(shù)器TL1加1，1秒時間間隔內(nèi)計數(shù)器TL1的值就是轉(zhuǎn)速。T0產(chǎn)生50ms定時中斷，用R4對T0的中斷次數(shù)計數(shù)，20次中斷（1秒）讀出計數(shù)器TL1的計數(shù)值（即轉(zhuǎn)速），送R5保存，并轉(zhuǎn)換為BCD數(shù)送顯示存儲器。若設(shè)定值大于轉(zhuǎn)速，則送至DAC0832的數(shù)字量（R7）加1，反之，設(shè)定值小于轉(zhuǎn)速時送至DAC0832的數(shù)字量減1。

4 結(jié)語

基于單片機的直流電機轉(zhuǎn)速測量及控制系統(tǒng)是科技不斷發(fā)展的產(chǎn)物，單片機應(yīng)用在直流電機控制系統(tǒng)中，是對傳統(tǒng)直流電機系統(tǒng)的優(yōu)化與改進，其不但體積比較小，而且結(jié)構(gòu)比較簡單，還具有價格低廉的特點。在該系統(tǒng)運行的過程中，可以實現(xiàn)實時信號監(jiān)測，還可以控制信號的精密度，可以有效的控制轉(zhuǎn)速，降低轉(zhuǎn)速誤差，還可以實現(xiàn)人機交互。所以，將單片機應(yīng)用在直流電機轉(zhuǎn)速測量以及控制系統(tǒng)中，是提高直流電機性能的有效方式，可以保證直流電機功能效用的最大發(fā)揮。

參考文獻

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作者單位

廣東省清遠市技師學院 廣東省清遠市 511517