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1、 河南大学物理与电子学院单片机课程设计报告基于互联网的远程电机控制河南大学物理与电子学院电子技术开放实验室一、设计项目简介本设计是以单片机AT89C52和桥式电路控制的直流电机脉宽调制调速系统。利用AT89C52芯片进行低成本直流电动机控制系统的设计，能够简化系统构成、降低系统成本、增强系统性能、满足更多应用场合的需要。系统实现对电机的正转、反转、急停、加速、减速的控制。二、电机种类1.步进电机的工作原理该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。下图是该四相反应式步进电机工作原理示意图。 四相步进电机步进示意图开始时，
2、开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。2.直流电机本次课程设计为了成本考虑，使用直流电机，上图电机就一二元钱，1.5-3V就转得很好。如果嫌转速快，可买直流减速电机，就是直流电机加减速
3、齿轮组成的。三、电路模块1.电机驱动模块H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。H桥驱动电路 要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。例如，如下图所示，当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经Q4回到电源负极。按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。当三极管Q1和Q4导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按特定方向转动（电机周围的箭头指示为顺时针方向）。桥电路驱动电机顺时针转动上图所示为另一对三极管Q2和
4、Q3导通的情况，电流将从右至左流过电机。当三极管Q2和Q3导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动（电机周围的箭头表示为逆时针方向）。H桥驱动电机逆时针转动下图为分立元件的H桥驱动电路：下图为H桥驱动仿真电路： 现在市面上有很多封装好的H桥集成电路，接上电源、电机和控制信号就可以使用了，在额定的电压和电流内使用非常方便可靠。比如常用的L293D、L298N、TA7257P、SN754410等。老师评：PWM程序网上很好找到，在这里不再列出，如果没有向老师要吧。2.电机变速模块脉宽调速利用一个固定的频率来控制电源的接通或断开,并通过改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短,即
5、改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小,从而控制直流电动机的转速,因此,PWM（脉宽调制）又被称为“开关驱动装置”。根据下图,如果电机始终接通电源时,电机转速最大为Vmax,占空比为D=t1/T,则电机的平均速度为:VD=VmaxD,可见只要改变占空比D,就可以得到不同的电机速度,从而达到调速的目的,严格地讲,平均速度与占空比D并不是严格的线性关系,在一般的应用中,可将其近似看成线性关系。电枢电压占空比和平均电压的关系图 脉冲频率对电动机转速有影响，脉冲频率高连续性好，但带负载能力差脉冲频率低则反之。经实验发现，脉冲频率在40Hz以上，电动机转动平稳，但加负载后，速度下降明显，
6、低速时甚至会停转；脉冲频率在10Hz以下，电动机转动有明显跳动现象。实验证明，脉冲频率在15Hz-30Hz时效果最佳。而具体采用的频率可根据个别电动机性能在此范围内调节。通过N1输入信号，N2输入低电平与N1输入低电平，N2输入信号分别实现电动机的正转与反转功能。系统框图手机通过互联网，把控制信号传到IP地址的电脑，电脑通过串口把信号传给单片机，单片机控制窗帘电机。本文下面照片的实际过程是从上到下从左到右，依次有电脑、串口线、单片机、电机、窗帘（用纸模拟）、手机都在照片中，无线路由没有在照片里。滑动手机APP 上的窗帘，可控制电机将纸做的窗帘关闭，本APP程序由写作本文的同学编写。老师评：作为
7、演示用可以，还有电脑编程过程，有利于了解电脑在此系统中的工作原理，不过实用性不足，因为不能一直开着电脑控制窗帘或其他家电。我以前试验过济南有人的串口服务模块，就相当于此处电脑的功能，但是当时价格很高，有线的100元，无线的近200元，作为学生实验不现实，现在大降价了，写本评论时有人降到50元，有其他公司的甚至只有十几元，如esp8266等，不过本人没有玩过此款，其他同学可以试着玩玩。电机项目可以做一些扩展（部分被以前有的同学做过了）：1、加霍尔元件测速，在LCD1602上显示速度，还可以控速2、加蓝牙遥控，遥控正转反转加速减速3、加红外遥控，遥控正转反转加速减速4、加测温，由温度控制启动停止，温度高低控制转速，或者正反转。5、可以控制速度，并且速度值送电脑显示，电脑可以设值要求的转速直流电机用PWM控制，如果钱稍多花点，也可以买步进电机，步进电机不用PWM控制，根据各自的兴趣吧。买直流电机的如果嫌转速太快，可以买减速电机，也不贵。写本评论时价格最低的电机，能用于演示就行的，直流电机几元，步进电机与减速电机就一二十元吧。如果做电机控制的人较多，就必须有人做步进电机，免得重复太多不好做扩展。写作本文的同学可能太忙于编程了，报告写得过于简单，以后做的同学记得写得仔细一点啊8
