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1、毕 业 论 文论文题目 基于C51的直流电机无线调速系统 系 别 电子信息工程系 专 业 电子信息工程 班 级 学 号 学生姓名 指导教师签名 完成时间 2021 年 1 月摘要直流电机具有良好的启动和调速性能，被广泛地应用于对启动和调速有较高要求的拖动系统。本设计介绍了基于C51用PWM实现直流电机调整的根本方法，直流电机调速的相关知识，PWM调整的根本原理和实现方法,及数据的无线通信和窜口通信。重点介绍了基于C51用软件产生PWM信号的途径，输出的PWM波形占空比调节，无线通信和窜口通信的应用。关键词：直流电机 PWM 无线通信 窜口通信 AbstractDC motor has a go
2、od start and speed performance, has been widely applied to the start-up and a higher speed drive system requirements. This design describes the C51-based DC motor with PWM to adjust to achieve the basic methods, knowledge of DC motor speed control, PWM to adjust the basic principles and implementati
3、on methods, and data port for wireless communication and channeling communications. Focused on the C51-based software generated PWM signal channels, the output of the PWM waveform duty cycle regulation, wireless communication and channeling the application of mouth communicationKeyword: DC motor PWM
4、 Wireless Channeling Port Communication目 录引 言1第一章：设计方案及系统分析21.1 系统的实现及参数的要求21.2 直流电机调速原理21.3 PWM根本原理设计方案31.4 系统的外围硬件及其与PC机的接口电路51.5 系统的工作流程6第二章：硬件设计7 电源模块的设计7 电机驱动模块8 电机转速测量模块11 无线模块12 显示部份142.6 与上位机的通信电 路设计16第三章：系统软件设计及分析19 PC机端的界面设计19 单片机窜口通信程序21 无线模块RF905的收发程序22第四章： 系统调试284.1 硬件电路的调试284.2 系统软件调试2
5、8结束语30参考文献31附录A：系统原理图32附录B：系统C程序33致 谢41 引 言电机是电动机和发电机的统称，是一实现机电能转换的电磁装置。拖动生产机械，将电能转换为机械能的电机称为电动机；作为电源，将机械能转换为电能的电机称为发电机。由于电流有交流、直流之分，所以电机也就分为交流电机和直流电机两大类。在各类机电系统中,由于直流电机具有良好的起动、制动和调速性能,直流调速技术已广泛运用于工业、航天领域的各个方面。直流电机具有良好的启动和调速性能，被广泛地应用于对启动和调速有较高要求的拖动系统，例如电力牵引、轧钢机、起重设备等。小容量的直流电动机在制动控制系统中的应用也很广泛。本设计的课题为
6、基于C51的直流电机无线调速系统。最常用的直流调速技术是脉宽调制(PWM) 直流调速技术,它具有调速精度高、响应速度快、调速范围宽和耗损低等特点。系统采用PWM调节实现对电机的调速，采用金属接近开关采集电机转速，采用RF905进行两单片机之间的无线数据传送，以及通过窜口进行PC机与单片机之间的数据传送。第一章：设计方案及系统分析1.1 系统的实现及参数的要求本系统是基于C51的直流电机无线控制系统。要求系统能用PC机设定电机的工作转速和转向，且PC机通过窜口通信和无线通信来控制电机并获得电机的实际转速。本系统通过调节PWM的占空比来到达调节电机转速的目的。1.2 直流电机调速原理根据励磁方式不
7、同，直流电机分为自励和他励两种类型。不同励磁方式的直流电机机械特性曲线有所不同。对于直流电机来说，人为机械特性方程式为1 1.1式中：、额定电驱电压、额定磁通量、与电机有关的常数、电机外加电阻、电机内阻、 理想空载转速、转速降分析(1.1)式可得当分别改变 、和时，可以得到不同的转速n，从而实现对速度的调节。由于当改变励磁电流时，可以改变磁通量的大小，从而到达变磁通调速的目的。但由于励磁线圈发热和电动机磁饱和的限制，电动机的励磁电流If和磁通量 只能在低于其额定值的范围内调节，故只能弱磁调速。而对于调节电枢外加电阻R时，会使机械特性变软，导致电机带负载能力减弱。 对于他励直流电机来说，当改变电
8、枢电压Un时，分析人为机械特性方程式，得到人为特性曲线如图11所示。理想空载转速随电枢电压升降而发生相应的升降变化。不同电枢电压的机械特性曲线相互平行，说明硬度不随电枢电压的变化而改变，电机带负载能力恒定。当我们平滑调节他励直流电机电枢两端电压时，可实现电机的无级调速。基于以上特性，改变电枢电压，实现对直流电机速度调节的方法被广泛采用。改变电枢电压可通过多种途径实现，如晶闸管供电速度控制系统、大功率晶体管速度控制系统、直流发电机供电速度控制系统及晶体管直流脉宽调速系统等。图 11 直流电机机械特性曲线13 PWM根本原理设计方案1.3.1 PWM根本原理PWM是通过控制固定电压的直流电源开关频
9、率，从而改变负载两端的电压，进而到达控制要求的一种电压调整方法。PWM可以应用在许多方面，如电机调速、温度控制、压力控制等。在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内“接通和“断开时间的长短。通过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，从而控制电动机的转速。因此，PWM又被称为“开关驱动装置。如图12所示，在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度逐渐减少。只要按一定规律，改变通、断电的时间，即可让电机转速得到控制。设电机始终接通电源时，电机转速最大为,设占空比为，那么电机的平均速度为2 式中， 电机的平均速度；电机全通电
10、时的最大速度。，占空比。图 12 电驱电压“占空比与平均电压关系图1.3.2 PWM波形的设计方案如果采用CPU控制产生PWM信号，一般的PWM信号是通过模拟比拟器产生的，比拟器的一端接给定的参考电压，另一端接周期线形增加的锯齿波电压。当锯齿波电压小于参考电压时输出低电平，当锯齿波电压输出电压大于参考电压时输出高电平。改变参考电压就可以改变PWM波形中高电平的宽度。假设用单片机产生PWM波形信号，需要通过D/A转换器产生锯齿波电压和设置参考电压，通过外接模拟器输出PWM波形，因此外围电路比拟复杂。所以本系统就直接通过AT89C51的定时器来产生一个固定频率的PWM，这样既省去了外接D/A转换器
11、和模拟比拟器的，又使的电路变的更加简单、便于控制。1.4 系统的外围硬件及其与PC机的接口电路硬件系统由PC机模块、12864显示模块、无线模块、电机测速模块、直流电机驱动模块组成，如图13。直流电机驱动电路及直流电机12864显示模块AT89C51电机转速采集无线模块无线模块AT89C51PC机无线通信 窜口通信 图 13 系统硬件框架图1.5 系统的工作流程基于C51的直流电机无线调速系统的系统工作流程框图如图 14。 设定的转速值 设定的转速值，转向 实际转速 - 电机转向 电机转向指令 实际转速 实际转速 显示设定转速值，实际转速，电机转向显示设定转速值，实际转速，电机转向，误差值设定
12、电机转速单片机2单片机1PWMPC机直流电机驱动金属接近开关直流电机 图 14系统由PC机设定电机转速值和电机转向，通过窜口通信把设定转速值、转向传送给单片机1，再通过无线通信把设定转速值、转向传送给单片机2，而单片机2通过其本身定时器产生PWM。显示模块有两个，一个是在PC机上显示的，另一个是在电机驱动模块上的12864显示，都同样显示设定转速、转向、实际转速，这样可以方便观察和检测。工作流程为：设定转速值和转向，传送给单片机2，产生PWM，驱动电机工作，检测到电机工作脉冲，将其转换为实际转速M，实际转速M与设定转速比拟分析，再由单片机2产生适宜占空比的PWM，同时把实际转速传送给PC机。第二章、硬件设计2.1、电源模块的设计本系统的电源设计采用一个独立电源供电，核心控制局部采用12V，5V，V供电，先输出5V电压满足局部外围硬件工作电压和12V满足电机驱动电路的工作电压无线模块RF905的工作电压。电源原理图如图21。图
