王雷猛

【摘? 要】近年來(lái)，隨著科技的進(jìn)步，直流電機(jī)較之于交流電機(jī)具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)在很多情況下應(yīng)用非常廣泛，可以在不同情況下滿足人們對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的要求。本系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為核心，通過(guò)內(nèi)部定時(shí)器產(chǎn)生PWM波形，控制LN298大功率H橋路驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)已達(dá)到控制轉(zhuǎn)速的目的。通過(guò)數(shù)碼管將速度等級(jí)顯示出來(lái)，此外分別從主控制芯片的選擇、顯示電路的比較與選擇、電機(jī)調(diào)速控制模塊、電源電路與電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路四個(gè)方面進(jìn)一步確定系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，最后通過(guò)數(shù)碼管LED顯示程序設(shè)計(jì)以及電機(jī)控制子程序完成實(shí)驗(yàn)步驟，并在結(jié)論部分對(duì)系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中的常見(jiàn)的故障分析和注意事項(xiàng)做出了摘要說(shuō)明，具有一定的理論和實(shí)際意義。。

【關(guān)鍵詞】STC89C52;雙向可逆控制系統(tǒng);PWM調(diào)速;

近些年來(lái)，社會(huì)在飛速發(fā)展，生產(chǎn)力在不斷的提高。直流電機(jī)的因?yàn)閼?yīng)用的范圍廣，并且可以滿足不同情況下人們對(duì)電機(jī)的各種近乎苛刻的要求，所以直流電機(jī)的優(yōu)勢(shì)地位越來(lái)越明顯?，F(xiàn)在的生產(chǎn)力越來(lái)越高就離不開(kāi)人們對(duì)電機(jī)的高質(zhì)量的要求。如果僅僅通過(guò)改變電樞、改變電壓等遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了人們對(duì)電機(jī)的要求，生產(chǎn)力也跟不上，所以這時(shí)用PWM方調(diào)控直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的辦法就由此產(chǎn)生。

現(xiàn)在的工業(yè)生產(chǎn)中，電動(dòng)機(jī)主要提供動(dòng)能，人們?cè)诓粩嗟淖龀鰢L試新的電動(dòng)機(jī)來(lái)滿足生產(chǎn)的需要，舊的電動(dòng)機(jī)不斷地接受時(shí)間的檢驗(yàn)，遵循優(yōu)勝劣汰的市場(chǎng)法則。現(xiàn)在的直流電機(jī)采用的是晶閘管成功的取代了之前笨重的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)?，F(xiàn)如今電子技術(shù)越來(lái)越成熟，這使得直流電機(jī)的調(diào)控速度向數(shù)字化轉(zhuǎn)變。單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用于直流電機(jī)，使得直流電機(jī)的調(diào)速進(jìn)行到一個(gè)新的高度。直流電機(jī)較之于交流電機(jī)的調(diào)速的原理是類似的，可以通過(guò)改變電壓來(lái)改變速率。PWM的基本運(yùn)作原理其實(shí)在上個(gè)世紀(jì)人們就對(duì)此進(jìn)行了深入的研究和探討，但是那個(gè)年代的的電器發(fā)展還處在萌芽的階段，所以該技術(shù)一直沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。直到一九八幾年，電子技術(shù)越來(lái)越成熟，人們已經(jīng)能夠有足夠的生產(chǎn)力去運(yùn)用，所以PWM技術(shù)才被發(fā)現(xiàn)和利用起來(lái)。現(xiàn)在也出現(xiàn)了新的理論和理論方法，PWM技術(shù)發(fā)展的局限性和絆腳石瞬間蕩然無(wú)存。所以人們pwm技術(shù)發(fā)展的速度非常快，直到現(xiàn)在，以PWM技術(shù)變形的多種技術(shù)已經(jīng)在不同領(lǐng)域得到運(yùn)用[1]。

1系統(tǒng)總體方案

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的步驟為先選擇主控制芯片，然后通過(guò)顯示電路的比較與選擇、電機(jī)調(diào)速控制模塊、電源電路與電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路三個(gè)方面逐步確定系統(tǒng)的軟硬件指標(biāo)，最終將設(shè)計(jì)分為硬件和軟件兩個(gè)部分分別詳細(xì)概括，本文的設(shè)計(jì)原理是主要以單片機(jī)為核心，通過(guò)內(nèi)部定時(shí)器產(chǎn)生PWM波形，控制LN298大功率H橋路驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)控制轉(zhuǎn)速，并且將結(jié)果通過(guò)數(shù)碼管將速度等級(jí)顯示出來(lái)作為具體分析概述。

1.1 主控制芯片的選擇

本次設(shè)計(jì)采用STC12C5A60S2單片機(jī)作為控制元器件，該系列單片機(jī)的始祖是Intel的8031單片機(jī)，后來(lái)隨著Flash rom技術(shù)的發(fā)展，8031單片機(jī)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，成為目前應(yīng)用最廣泛的8位單片機(jī)之一。其代表型號(hào)是ATMEL公司的AT89系列，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)之中。目前市場(chǎng)上有很多公司都推出了51系列的兼容機(jī)型，占據(jù)了市場(chǎng)上大部分的份額。并且這種現(xiàn)狀還會(huì)持續(xù)很久。其中51單片機(jī)的應(yīng)用范圍是最廣的。而且因?yàn)橛衅渌南盗邢嗬^推出，所以51單片機(jī)的成本也不高，對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)使用非常劃算[2]。

1.2 顯示電路的比較與選擇

數(shù)碼管顯示具有亮度高、顯示簡(jiǎn)單簡(jiǎn)潔、成本低廉，可靠性高、響應(yīng)速度快等有點(diǎn)。在實(shí)際工程中，人即便站在很遠(yuǎn)的位置也能看清楚數(shù)碼管顯示的信息。而且數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，采用硬件驅(qū)動(dòng)即不需要程序控制，完全不占用CPU的資源。因此我們這里采用LED數(shù)碼管顯示信息。

1.3 電機(jī)調(diào)速控制模塊

采用由三極管組成的H型PWM電路。用單片機(jī)控制三極管使之工作在占空調(diào)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路是在管子的飽和下運(yùn)行，所以運(yùn)轉(zhuǎn)的速度非常的高。H型線路了直流電機(jī)改變素的方向和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的大小。電子開(kāi)關(guān)就不具備這種優(yōu)勢(shì)，雖然開(kāi)的速度快，但是不能很快的到達(dá)工作狀態(tài)，穩(wěn)定性也不好。所以，在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，直流電子運(yùn)用的是H型電路，采用的是PWM調(diào)速技術(shù)[7]。

1.4 電源電路與電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

本設(shè)計(jì)電源選擇直流穩(wěn)壓電源模塊。將插線板電源經(jīng)過(guò)變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓后輸出。為系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的電源。雖說(shuō)會(huì)有一些不穩(wěn)定因素但攜帶方便，所以選擇鋰電池來(lái)負(fù)責(zé)電源。電機(jī)驅(qū)動(dòng)我采用大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)專用芯片。L298內(nèi)部繼承大功率H橋路。具有穩(wěn)定性高、使用簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)力大等特點(diǎn)。能夠驅(qū)動(dòng)大功率電機(jī)和控制電機(jī)的正傳和反轉(zhuǎn)，同時(shí)對(duì)于電機(jī)調(diào)速也是非常理想的選擇。因此采用此種方法。

2 系統(tǒng)調(diào)試

2.1 常見(jiàn)的故障分析

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是分不開(kāi)的.許多硬件故障只有通過(guò)軟、硬件一起調(diào)試才能被發(fā)現(xiàn)，但是在使用這種方式之前我們要確認(rèn)是否屬于僅僅通過(guò)硬件調(diào)試或通過(guò)軟件調(diào)試就能發(fā)現(xiàn)故障的情形。入股不行的化話，我們才采用聯(lián)合調(diào)控的方式來(lái)找故障。

（1）邏輯錯(cuò)誤

樣機(jī)硬件的邏輯錯(cuò)誤是由于設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和加工過(guò)程中的工藝錯(cuò)誤而造成的。就包括錯(cuò)線、開(kāi)路等等，我們經(jīng)常遇到的就是短路。

（2）元器件錯(cuò)誤

元器件錯(cuò)誤的原因有器件被損壞或者型號(hào)等匹配不上等原因，或者極塊可能裝反了的原因。

（3）可靠性差

應(yīng)用系統(tǒng)容易受到外部電波、器件負(fù)載、金屬孔等干擾，并且應(yīng)用系統(tǒng)抵制這種干擾的能力非常弱。除此之外，如果線路設(shè)計(jì)的不合理也會(huì)是造成系統(tǒng)穩(wěn)定性差的原因。

（4）電源故障

電源故障包括：電壓值不符合設(shè)計(jì)要求、電源功率不足、負(fù)載能力差、紋波太重等。

2.2 系統(tǒng)調(diào)試注意事項(xiàng)

在接通電源之前，我們一定要確保樣機(jī)的線路和零件等細(xì)節(jié)完全正確。所以最好在測(cè)試之前就比照?qǐng)D紙核對(duì)一下來(lái)確保萬(wàn)無(wú)一失，爭(zhēng)取不犯低級(jí)錯(cuò)誤，特別是注意最常見(jiàn)的短路故障。需要對(duì)精細(xì)的零件進(jìn)行核對(duì)時(shí)可以利用輔助工具。在進(jìn)行程序編寫時(shí)，每一個(gè)環(huán)節(jié)都值得被認(rèn)真對(duì)待，因?yàn)楹芏嗟募?xì)節(jié)如果不注意的話可以毀壞系統(tǒng)調(diào)試的結(jié)果。所以，我們一定要在調(diào)試的過(guò)程中注意細(xì)節(jié)。

3 結(jié)論

PWM技術(shù)是直流電機(jī)調(diào)速中最為有效的方法。本文在采用的是用PWM技術(shù)的H型橋式驅(qū)動(dòng)電路，這在一定程度上提高了機(jī)器的運(yùn)行效率。在設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行編程時(shí)，采用的算法和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也非常適合，這些都提高了單片機(jī)的工作效率和使用壽命。本文的研究的基礎(chǔ)是價(jià)格低廉的單片微機(jī)STC89C52直流電機(jī)，并且在本文筆者也論述了單片機(jī)的幾種調(diào)節(jié)控制速度的方法，和其他的采用硬件或者硬件與軟件或者兩者相結(jié)合的方式調(diào)控具有明顯的優(yōu)勢(shì)。采用PWM軟件的調(diào)節(jié)控制速度的方法靈活性更強(qiáng)和成本更加低廉。這樣在無(wú)形之中為企業(yè)節(jié)約了一筆不必要的成本，同時(shí)也不影響單片機(jī)發(fā)揮其效率，這是一種通過(guò)簡(jiǎn)單的方法來(lái)研究出速度控制系統(tǒng)成為可能。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫浩.電動(dòng)汽車無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)用雙向準(zhǔn)Z源逆變器的研究[D].江蘇大學(xué)，2016.

[2]郭金虎.新型交直流雙向電機(jī)演示儀[J].物理教師，2015，36（03）：46-47.

（作者單位：德州藍(lán)博建筑工程有限公司）