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1、SJ005-1CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY毕 业 设 计 说 明 书题目：无感无刷直流电机智能控制器二级学院： 电子信息与电气工程学院 专 业： 自动化 班级： 10自2 学生姓名： 龚帅 学号： 10020608 指导教师： 王雁平 职称： 副教授 评阅教师： 职称： 2014 年 6 月常州工学院电子信息电气工程学院 摘要当今社会，随着人们生活水平的提高和现代化生产的发展，家用电器、工业机器人等设备都越来越趋向于高效率化、小型化及高智能化，而电机作为执行元件的重要组成部分，必须具有精度高、速度快、效率高等特点，无刷直流电机的应用也因此而迅速增长。无刷直
2、流电机易于维修和护理，它的控制电路也很简单，更重要的是它拥有很高的工作效率，而且能够节约能源，因此，众多调速系统中都应用到了无刷直流电机。但是传统的无刷电机在应用范围上所需的受到了其转子位置传感器在一定程度上的限制，因此，无刷直流电机的无位置传感器控制技术的推广应用具有很广阔的前景。本文主要是利用反电势过零检测法控制无位置传感器直流无刷电机，而且由于单片机 STC89C52 具有数字信号处理器运算快、外围电路少、系统组成简单、可靠的特点，因此，本次设计将会运用单片机作为最小控制系统，实现直流无刷电机的正转，反转,调速和停止，并运用LCD1602液晶显示屏显示无刷直流电机的状态。 关键词：LCD
3、1602液晶显示屏；单片机STC89C52；直流无刷电机；反电势法AbstractIn the modern society, as peoples living standards improve and modernize production, household appliances, industrial robots and other equipment are increasingly tend to be high efficiency, small size and high intelligence, as the implementation of components
4、 An important component of the motor must have a high accuracy, speed, high efficiency, brushless DC motor and therefore the application is also growing rapidly.Brushless DC motors(BLDCM)have many adyantages .For example high efficiency，ease of control , low maintenance and so on .So it has been wid
5、ely used in speed control systems .However，mechanical rotor position sensor restricts its practical application to some extent，SO more and more sensorless control techniques have been developed now，Especially in domestic，this technique is just in the beginning stage，because of the wide application,t
6、he sensorless control of BLDCM has bright prospective This paper mainly use back EMF detection to control sensorless BLDCM,STC89c51 has the advantage of fast operation,less peripheral circuitAnd simple structure,so ,this paper use STC89c51 as control system to realize the function of reversal,speed
7、regulation and stop.In addition,I will use LCD to show the state of BLDCM.Keywords:LCD1602;STC89C52;BLDCM; back EMF detectionIII目录第一章 绪论11.1无刷直流电机11.1.1无刷直流电机的发展11.2 无刷直流电动机的工作原理21.2.1无刷直流电机的控制方法31.3 无传感器的转子位置检测法的产生31.4 本章小结3第二章 设计方案42.1 总体设计方案42.2 总体设计42.3 无感无刷电机驱动器的设计52.3.1 转子位置检测电路52.3.2 转子位置检测方法
8、的选择52.3.3 反电动势法52.3.4反电动势过零检测法原理62.3.5 驱动电路芯片的选择82.4 调速方式的选择82.4.1脉宽调制技术的原理8第三章 系统硬件103.1 硬件总体说明103.2 硬件电路总原理图103.3主控电路103.3.1 51单片机简介103.3.2时钟电路123.3.3 复位电路123.4 驱动器模块123.4.1 三相桥式逆变电路133.4.2 驱动门电路143.4.3反电动势过零点检测电路163.5显示器模块173.5.1 LCD1602的引脚说明173.5.2 LCD1602各寄存器介绍183.6 按键模块193.7 AD转换电路193.8 电源模块20
9、3.8.1 电源模块总框图203.8.2 器件选择213.9本章小节224.1主程序流程图234.2.1 转速测量原理254.2.2 单片机测速程序设计思路及过程264.3 按键扫描及处理流程图274.4 液晶显示流程图284.5本章小结28第五章 系统调试295.1硬件调试295.1.1 键盘模块的调试295.1.2 液晶显示的调试305.2 软件调试305.3 软硬联调315.4 测试结果315.5 本章小结32致谢33参考文献34附录1 程序清单35附录2 电路图46附录3 实物图491第一章 绪论 第一章 绪论491.1无刷直流电机1.1.1无刷直流电机的发展从名称上就可以看出无刷直流
10、电机是从有刷直流电机上发展而来。19世纪40年代为了适应工业生产要求调速性能优良的电机的需要，有刷电机诞生了并且一直被广泛的应用,但是随着有刷电机广泛应用，它的缺点也不断的暴露出来，如应用环境要求较高，而且还需要定期的维护与修理，大大的降低了工业生产的效率，更糟糕的是有刷电机在运转时机械换相装置易产生换相火花和电磁干扰等问题，而无刷电机的诞生便弥补了有刷电机的一些问题，无刷电机没有机械换相装置，所以无需担心换相火花问题，而且这种无刷电机也具备了优良的调速性能的优点，在以后的工业生产中也将会被广泛的应用。无刷直流电机的基本思想的产生是在1917年，当时，Bolgior就提出了用整流管代替有刷直流
11、电动机的机械电刷，1955年之后，来自美国的D.Harrison等人更是第一次提出了将有刷直流电机的机械电刷用晶体管换相线路来代替的专利，而这一专利也意味着现代的无刷直流电机的产生。 无刷直流电动机在电子电力技术不断进步的大背景下有了很大的发展，其实无刷直流电动机在早期发展和推广并不顺利，因为当时的大功率的开关器件仍然只是处于发展阶段的初期，而且当时的驱动控制技术水平以及永磁材料的性能也较低这就导致了当时的无刷直流电动机可靠性差，价格昂贵的问题。由于这些问题，无刷直流电动机自发明以后的一个相当长的时间内，性能都不理想，只能停留在实验室阶段，无法推广使用，这种局面在1970年以后逐渐得到了改善，
12、由于当时的电力电子半导体工业有了迅猛的发展，进而诞生了很多的新型的而且是全控型的半导体的功率器件（如GTR，IGBT等），再加上后面逐渐出现的具有高磁能积性质的永磁材料（如SmCo），这些因素促使了无刷直流电动机的迅猛发展。到了1978年，德国（前联邦德国）的MANNESMANN公司在汉诺威的贸易博览会上正式推出的基于 MAC的无刷直流电动机及其相关驱器，这一无刷直流电机驱动器顿时引起了全世界各国的广泛关注，在这之后，国际上更是燃起了各国科研人员研制无刷直流电机系统以及生产无刷直流电机系统的热情而且这也意味着无刷直流电机正式的走向了可以投入实用的新阶段。在无刷直流电机经过实用阶段之后，无刷直流
13、电动机的特性逐渐的被人们深入的了解，到了19世纪80年代，人们更是逐渐得完善了无刷直流电动机的理论。1986年，H.R.Bolton系统的全面的总结了无刷直流电动机并且无刷直流电动机的应该着手进行研究的领域也被指了出来，而H.R.Bolton的这一总结也意味着在理论上，无刷直流电动机也正在逐渐的走向成熟。无刷直流电动机的研究对于我国而言起步是算比较晚的。1987年，联邦德国金属加工设备展览会在北京成功举办，在博览会上，SIEMENS和BOSCH两公司展出的永磁自同步伺服系统以及驱动器，这一驱动器的展出也引起了国内相关科研人员的密切关注，在这之后，国内的相关学者以及机构便开始着手于引进以及研制和
14、开发无刷直流电动机驱动技术。目前，已有的无刷直流电机的系列在经过我国的一系列努力之后也有了一定的规模。1.2 无刷直流电动机的工作原理 无刷直流电动机是从有刷直流电动机的基础上发展而来的，一般的有刷直流电动机都具有由永久磁钢组成的定子，它主要是用于在电动机的气隙中产生电机运转所需要的磁场，其电枢绕组在通电后也会产生相应的磁场。因为电刷具有换向的作用，电机在运行的过程，这两个磁场在方向上是始终保持互相垂直的，进而，驱动电机不停运转所需要的最大转矩也因此而产生，而无刷直流电动机的内部结构与有刷直流电机是恰恰相反的，电机的定子上往往摆放着电枢的绕组，而转子上则摆放着永磁钢，但是由于一般直流电源在给定
15、子上的各个绕组供电时只能产生无法与由运动中的转子磁钢所产生的永磁磁场相互作用的固定的磁场，故用来驱动转子转动的单一方向的转矩无法产生。所以传统的无刷直流电动机除了有转子和定子组成的电动机本体以外还要有控制电路，逻辑开关以及位置传感器共同构成的换向装置来驱动电机但是，位置传感器存在必须占用电动机的一些空间、安装位置对准、需有较多引线、影响可靠性等缺点。而且在某些应用场合，如压缩机内，若要用无刷直流电动机驱动，高温高压环境，不允许安 放霍尔元件的，因此便出现了无位置传感器无刷直流电机，无位置传感器无刷直流电机是指本来在电机的运转的过程中，作为逆变桥功率器件换向导通时序的转子位置信号不再是由位置传感器的位置信号检测器来提供，
