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1、-课题名称 单片机控制直流电机调速系统 目录第一章总体设计方案11.1方案选取1方案一：PWM波调速1方案二：晶闸管调速2第二章 单元模块设计32.1 H桥电路方案设计32.2 调速设计方案42.3系统硬件电路设计5电源电路52.4 H桥驱动电路525基于霍尔传感器的测速模块626 LCD显示模块72.7 调速设计模块82.8测速软件设计10第三章系统功能调试113.1调试软件介绍113.2直流电机的调速功能仿真123.3电机速度的测量并显示功能仿真133.4系统的电路原理图13设计总结14参考文献15附录16. z-毕业设计开题报告一、课题设计论文目的及意义在现代电子产品中，自动控制系统，电
2、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。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。所以直流电机的控制是一门很实用的技术。直流电机，大体上可分为3类：几相绕组的步进电机、永磁式换流器直流电机、伺服电机、 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，能在宽广的围平滑、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，直流电机构造复杂，生产本钱高，维护工作量大。适用围：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、印制电路板设备、实验设备、焊接切割
3、、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、卫星地面承受系统等行业广泛应用。我认为设计一个直流电机调速系统，不管是从学习还是实践的角度，对一名机电一体化专业的大学生都会产生积极地作用，有利于提高学习热情。二、课题设计论文提纲1收集相关资料并仔细研读和思考。2提出几种设计方案，对提出的设计方案进展比较和论证，确定最正确设计方案。3产品的设计与组装4整机连调及性能测试。5整理资料，编写设计论文。三、课题设计论文思路、方法及进度安排一思路方法：要完本钱次毕业设计，首先要对产品的构造和零部件有一定的了解，对产品部构造和性能都要进展了解。再对产品实体进展解析，做到对产品相当的熟悉之
4、后再进展设计和工艺工装的分析。按照自顶向下，由总提到局部的设计原则，首先针对所设计的任务要求，根据所掌握的知识和资料，从全局出发，明确总体功能和各局部功能画出一个能表示各单元电路功能和总体工作的原理框图，然后进展电路的硬件.软件的分析和程序的编程设置。二进程安排第一周：写开题报告，提出几种设计方案进展并进展方案论证，确定最正确设计方案。第二周：对设计方案进展数学建模，通过相关数学推导和计算，确定相关元器件的参数及型号。第三周：设计硬件电路。第四周：程序设计并连接硬件电路。第五周：硬件电路的整机调试及性能测试。第六周：整理资料，撰写设计论文，准备辩论。. z-第一章 总体设计方案1.1方案选取1
5、.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，准确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，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。我采用了脉宽调频方式，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围。图1-1 PWM波调速电路其构造图如图12所示：单片机速度的测量计算、输入设定及系统控制单片机PID运算控制器、PWM模拟发
6、生器电机速度采集电路电机驱动电路键 盘显示器图1-2 电机调速系统框图1.1.2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的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压，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以上，其门极电流
7、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。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、过电流和过高的与都十分敏感，假设超过允许值会在很短的时间损坏器件。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1-3 晶闸管可控整流器供电的直流调速系统V-M系统兼于方案一调速特性优良、调整平滑、调速围广、过载能力大，因此本设计采用方案
8、一。第二章 单元模块设计2.1 H桥电路方案设计图2-1所示的H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机，电路得名于“H桥驱动电路是因为它的形状酷似字母H。如图2-1所示，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。图2-1H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，如图2-2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
9、特定方向转动电机周围的箭头指示为顺时针方向。图2-2H桥驱动电机顺时针转动图2-3所示为另一对三极管Q2和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。图2-3H桥驱动电机逆时针转动2.2 调速设计方案调速采用PWMPulseWidthModulation脉宽调制，工作原理：通过产生矩形波，改变占空比，以到达调整脉宽的目的。PWM的定义:脉宽调制(PWM)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进展控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。模拟信号的值可以连续变
10、化，其时间和幅度的分辨率都没有限制。9V电池就是一种模拟器件，因为它的输出电压并不准确地等于9V，而是随时间发生变化，并可取任何实数值。与此类似，从电池吸收的电流也不限定在一组可能的取值围之。模拟信号与数字信号的区别在于后者的取值通常只能属于预先确定的可能取值集合之，例如在0V,5V这一集合中取值。模拟电压和电流可直接用来进展控制，如对汽车收音机的音量进展控制。在简单的模拟收音机中，音量旋钮被连接到一个可变电阻。拧动旋钮时，电阻值变大或变小；流经这个电阻的电流也随之增加或减少，从而改变了驱动扬声器的电流值，使音量相应变大或变小。与收音机一样，模拟电路的输出与输入成线性比例。尽管模拟控制看起来可
11、能直观而简单，但它并不总是非常经济或可行的。其中一点就是，模拟电路容易随时间漂移，因而难以调节。能够解决这个问题的精细模拟电路可能非常庞大、笨重(如老式的家庭立体声设备)和昂贵。模拟电路还有可能严重发热，其功耗相对于工作元件两端电压与电流的乘积成正比。模拟电路还可能对噪声很敏感，任何扰动或噪声都肯定会改变电流值的大小。通过以数字方式控制模拟电路，可以大幅度降低系统的本钱和功耗。此外，许多微控制器和DSP已经在芯片上包含了PWM控制器，这使数字控制的实现变得更加容易了。2.3系统硬件电路设计2.3.1电源电路1芯片介绍78*,*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
12、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来组成稳压电源所需的外围元件极少,电路部还有过流、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
13、，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、+15V。电路图如图2-4：图2-4 78系列的电源电路2.4 H桥驱动电路基于三极管的使用机理和特性，在驱动电机中采用H桥功率驱动电路，H桥功率驱动电路可应用于步进电机、交流电机及直流电机等的驱动。永磁步进电机或混合式步进电机的励磁绕组都必须用双极性电源供电，也就是说绕组有时需正向电流，有时需反向电流，这样绕组电源需用H桥驱动。直流电机控制使用H桥驱动电路图2-5，当PWM1为低电平,通过对PWM2输出占空比不同的矩形波使三极管Q1
14、、Q6同时导通Q5截止，从而实现电机正向转动以及转速的控制；同理，当PWM2为高电平,通过对PWM1输出占空比不同的矩形波使三极管Q1、Q6同时导通，Q5截止，从而实现电机反向转动以及转速的控制。图2-5 H桥的电机驱动电路25基于霍尔传感器的测速模块2.5.1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
15、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、驱动器进展整形、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。单位时间输出的脉冲数N，因此可求出单位时间的速度VNT。2.5.2霍尔传感器的电路原理图图2-6 霍尔传感器的测速电路26 LCD显示模块2.6.1 1602芯片介绍1602液晶模块部的字符发生存储器CGROM)已经存储了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，比方大写的英文字母“A的代码是01000001B41H，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
