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1、自然风发生电路(电机调速)设计000 河南工业职业技术学院 电风扇模拟自然风电路 班 级： 姓 名： 指导教师：时 间：毕 业 设 计 河南工业职业技术学院 目 录 前言 1 1.总体设计方案 2 1.1方案一：PWM波调速 3 1.2方案二：晶闸管调速?3 2.单元模块设计 4 2.1驱动电路设计方案 4 2.2 2.21电源电路 4 2.22电机驱动模块 5 2.23基于霍尔传感器的测速模块 6 2.24LCD显示模块 7 3.调速设计模块 8 调试软件介绍 错误！未定义书签。 系统的PCB图 10 4.设计总结 11 5.参考文献 11 - 2 - 2 河南工业职业技术学院 前言 二十一
2、世纪已经进入了信息社会的崭新时代，信息社会的基础是电子技术，它是一门实践性很强的技术学科。随着电子技术的发展它已深入到生活的各个领域，自然风电风扇控制器也不例外。电风扇是普及最广的家电产品。根据不同对象、不同场合，用户希望获得与之相适应的舒适自然风。在现代电子产品中，自动控制系统，电子仪器设备、家用电器、电子玩具等等方面，直流电机都得到了广泛的应用。本人的毕业设计自然风发生电路（电机调速）也是直流电机自动控制的一个典型应用。自然风发生电路的关键点在于控制系统对直流电机的控制，直流电机的控制问题便成了此课题的重点。大家熟悉的录音机、电唱机、录相机、电子计算机等，都不能缺少直流电机。所以直流电机的
3、控制是一门很实用的技术。直流电机，大体上可分为四类：几相绕组的步进电机、永磁式换流器直流电机、伺服电机、 两相低电压交流电机。 直流电机具有良好的启动性能和调速特性，它的特点是启动转矩大，最大转矩大，能在宽广的范围内平滑、经济地调速，转速控制容易，调速后效率很高。与交流调速相比，直流电机结构复杂，生产成本高，维护工作量大。随着大功率晶体管的问世以及矢量控制技术的成熟，使得矢量控制变频技术获得迅猛发展，从而研制出各种类型、各种功率的变频调速装置，并在工业上得到广泛应用。适用范围：直流调速器在数控机床、造纸印刷、纺织印染、光缆线缆设备、包装机械、电工机械、食品加工机械、橡胶机械、生物设备、印制电路
4、板设备、实验设备、焊接切割、轻工机械、物流输送设备、机车车辆、医疗设备、通讯设备、雷达设备、卫星地面接受系统等行业广泛应用。高性能的交流传动应用比重逐年上升，在工业部门中，用可调速交流传动取代直流传动将成为历史的必然。 尽管如此，我认为设计一个自然风发生电路（直流电机调速系统），不论是从学习还是实践的角度，对一名应用电子专业的大学生都会产生积极地作用，有利于提高学习热情。 - 1 - 1 河南工业职业技术学院 1.总体设计方案 1.1方案一：PWM波调速 采用由达林顿管组成的H型PWM电路（图11）。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子
5、的饱和截止模式下，效率非常高；H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的PWM调速技术。我们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；并且在采用单片机产生PWM脉冲的软件实现上比较方便。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。 图1 PWM波调速电路 其结构图如图12所示： 图2 电机调速系统框图 - 2 - 2 河南工业职业技术学院 1.2方案二：晶闸管调速 采用闸流管或汞弧整流器的离子拖动系统是最早应用静止式变流装置供电的直流电动机调速系统。1957年，晶闸管（俗称“可控硅”）问世，到了60年代，已生
6、产出成套的晶闸管整流装置，并应用于直流电动机调速系统，即晶闸管可控整流器供电的直流调速系统（V-M系统）。如图1-3，VT是晶闸管可控整流器，通过调节触发装置GT的控制电压Uc来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压Ud，从而实现平滑调速。晶闸管 整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性；晶闸管可控整流器的功率放大倍数在104以上，其门极电流可以直接用晶体管来控制，不再像直流发电机那样需要较大功率的放大器。在控制作用的快速性上，变流机组是秒级，而晶闸管整流器是毫秒级，这将大大提高系统的动态性能。因此，在60年代到70年代，晶闸管可控整流器供电的直流调速系统
7、（V-M系统）代替旋转变流机组直流电动机调速系统（G-M系统），得到了广泛的应用。但是由于晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难；晶闸管对过电压、过电流和过高的dudt与didt都十分敏感，若超过允许值会在很短的时间内损坏器件。另外，由谐波与无功功率引起电网电压波形畸变，殃及附近的用电设备，造成“电力公害”，因此必须添置无功补偿和谐波滤波装置。 图3 晶闸管可控整流器供电的直流调速系统（V-M系统） 兼于方案二调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大和课题的设计要求，因此本设 计采用方案二。 - 3 - 3 河南工业职业技术学院 2.单元模块设计 2.1驱动电路设
8、计方案 用电风扇模拟自然风实际上是要实现在时间上分段控制风扇功率的大小。风扇功率可用控制晶闸管导通角来实现。由于自然风力变化是渐变的，因此要求晶闸管的导通角是渐变的。电风扇阵风控制器就是一个周期性自动控制通断的电子开关，它可以让电风扇断续工作（时转时挺）而模拟出自然风的效果。 2.2系统硬件电路设计 2.21电源电路 （1）芯片介绍 78XX,XX就代表它所输出的电压值，能降低电压4-5V 电子产品中常见到的三端稳压集成电路有正电压输出的78系列和负电压输出的79系列。故名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。 用78/79系列三端稳压IC来组成
9、稳压电源所需的外围元件极少,电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路。该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7806表示输出电压为正6V，7909表示输出电压为负9V。 有时在数字78或79后面还有一个M或L，如78M12或79L24,用来区别输出电流和封装形式等，其中78L调系列的最大输出电流为100mA，78M系列最大输出电流为1A，78系列最大输出电流为1.5A。在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。 （2）电路原理图 电源电路采用78系列芯片产生+5V、
10、+15V。电路图如图5： - 4 - 4 河南工业职业技术学院 图5 78系列的电源电路 2.22电机驱动模块 原理说明：如图6所示，接通开关K，C1、D3、D4、C2组成的电容降压滤波电路输出约9V的直流电供555电路工作。R、D1、D2、W1、W2、R1、R2、C3组成RC充放电回路，使555电路在无稳态模式下工作。由于二极管D1、D2的作用，充放电各为一路，D1一路为充电回路，W1调节送风时间，D2一路为放电回路，W2调节停风时间。 当电路处于充电状态时，555的7脚为高电平，电流经R、D1、W1、R1对C3充电，此时555的3脚输出高电平，双向可控硅导通，风扇运转。当C3上的电压充至电
11、源电压的2/3时，3脚翻转为低电平，同时7脚也翻转为低电平，可控硅截止，风扇断电。 此时C3开始放电，当其两端电压下降到1/3电源电压时，555的3脚又从低电平翻转为高电平，7脚也翻转为高电平，风扇又复电工作，同时C3开始充电。电路即如此循环，电风扇达到模拟自然风的效果。- 5 - 5 河南工业职业技术学院 图6 电机驱动电路 2.23基于霍尔传感器的测速模块 （1）霍尔传感器的工作原理 霍尔效应：在一块半导体薄片上，其长度为l，宽度为b，厚度为d,当它被置于磁感应强度为B的磁场中，如果在它相对的两边通以控制电流I，且磁场方向与电流方向正交，则在半导体另外两边将产生一个大小与控制电流I和磁感应
12、强度B乘积成正比的电势UH，即UH=KHIB，其中kH为霍尔元件的灵敏度。该电势称为霍尔电势，半导体薄片就是霍尔元件。 工作原理：霍尔开关集成电路中的信号放大器将霍尔元件产生的幅值随磁场强度变化的霍尔电压UH放大后再经信号变换器、驱动器进行整形、放大后输出幅值相等、频率变化的方波信号。信号输出端每输出一个周期的方波，代表转过了一个齿。单位时间内输出的脉冲数N，因此可求出单位时间内的速度VNT。 （2）霍尔传感器的电路原理图 - 6 - 6 河南工业职业技术学院 图9 霍尔传感器的测速电路 2.24LCD显示模块 （1）1602芯片介绍 1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储
13、了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。因为1602识别的是ASCII码，试验可以用ASCII码直接赋值，在单片机编程中还可以用字符型常量或变量赋值，如A。1602采用标准的16脚接口，其中： 第1脚：VSS为电源地 第2脚：VDD接5V电源正极 第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。 第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。 第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。 第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端。 第714脚：D0D7为8位双向数据端。 第1516脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。 - 7 - 7 河南工业职业技术学院 （2）电路原
