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1、-J I A N G S U U N I V E R S I T Y现代驱动技术与智能化课程报告学院名称：电气信息工程学院专业班级： 电气1004*： 3100501091 ：贾斌彬 2021/12/22 基于单片机的无刷直流电机的控制一、 概述：直流无刷电机是一种高性能电机，它具有效率高、可靠性好、构造简单、便于维护和体积小等优点。直流无刷电机是结合了直流电机和交流电机优点的改进型电机，采用无位置传感器直流无刷电动机控制技术后可充分利用直流无刷电动机的调速围宽且无位置传感器和不易损坏的优点，实现电动机的无级变速、低噪声，提高了运行效率、控制精度和可靠性。与直流电机相比，无刷电机没有电刷和换相
2、器，而采用电子电路进展换相，换相时不会产生电火花，不存在机械换向损耗。与异步电机相比，无刷电机的转子与定子磁场同步旋转，因此不存在转子损耗。与同步电机相比，无刷电机控制方法简单，便于工程应用的特性，使其被广泛应用于众多领域。本文设计了一种无刷电机控制系统，该系统以单片机为控制核心，充分利用单片机的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，实现对无刷电机PWM控制，将其应用于无刷电机的驱动设计。系统硬件电路构造简单、调速方便、功耗低。实验说明，该设计使得无刷直流电机的组成简化和性能的改进成为可能，有利于电机的小型化和智能化。二、 无刷直流电机组成及控制原理： 直流无刷电机主要由
3、电动机主体、位置传感器和电子开关线路三局部组成。电动机本体在构造上与永磁同步电动机相似，但没有笼型绕组和其他启动装置。其定子绕组一般制成多相三相、四相、五相不等。转子由永久磁钢按一定极对数2p=2，4，组成。位置传感器在直流无刷电动机中起着测定转子磁极位置的作用，为逻辑开关电路提供正确的换相信息，即将转子磁钢磁极的位置信号转换成电信号，然后去控制定子绕组换相。位置传感器种类较多，且各具特点。在直流无刷电动机中常见的位置传感器有以下几种：电磁式位置传感器、光电式位置传感器、磁敏式位置接近传感器。直流无刷电机构造图如图1。图中的电动机本体为三相两极，三相定子绕组分别与电子开关线路中相应功率开关器件
4、联接，在图1中A 相、B 相、C 相绕组分别与功率开关管V1、V2、V3相接。直流无刷电机采用电子换相，利用转子位置传感器检测转子位置，通过换相驱动电路控制与电枢绕组连接的各功率MOSFET管的导通和关断，实现电机换相的目的。当定子绕组在*一相通电时在磁场的相互作用下产生转矩，驱动转子转动。由位置传感器将转子磁钢位置变换成电信号，作为控制器的输入，最后由控制器去控制电子开关线路，从而使定子各相绕组按一定次序导通，定子相电流随转子位置的变化而按一定的次序换相。图1、无刷直流电动机的构造原理图三、控制系统设计：本系统以AT89C51单片机为核心，通过LM621，以2*3矩阵键盘做为输入，4位数码管
5、显示，到达控制无刷直流电机的启停、速度和方向，完成了根本要求和发挥局部的要求。在系统中，采用了PWM技术对电机进展控制，通过对占空比的计算到达准确调速的目的。本系统中采用专用集成电路芯片LM621来完成监控用户界面，控制转速和转向操作和换相工作。系统构造总体框图如图2。图2系统构造总体框图四、硬件电路设计：一、键盘接口电路图3键盘结及各键盘对应的功能和键值如下各键详细功能如下： S1：启动系统。单片机上电初始化后，首先扫描键盘，假设S1被按下，则启动系统，否则将一直扫描键盘，此时其他键没有任何功能。S4和S6：系统运行期间，假设按下S4或S6，系统进入调速状态，此时4位数码管从左边第一位开场闪
6、烁，代表当前位，假设5S键盘没输入，则自动确认当前输入值，通过调速到达设定值。S2和S5：通过按S4或S6，当前位闪烁，此时通过S2和S5可对当前位进展+1/-1，假设5S没有操作，系统自动确认当前输入值。S3：正反转，实现点机的反转。图3键盘接口电路二、数码管显示电路图4整个显示电路包括两局部：1.数码管：1、采用4位8段共阴极数码管显示；2、P0口接上拉电阻； 3、数码管段选通过限流电阻接P0口；4、位选接P1.0P1.3口；2.LED发光二极管: 两个二极管一个代表正转一个代表反转图4 数码管显示电路三、逆变器驱动电路图51.逆变器：本系统逆变局部采用三相桥式全控逆变电路，功率开关器件采
7、用IGBT。2.驱动电路：通过无刷直流电机换相专用芯片LM621控制功率管的导通，而驱动电动机。图5逆变器驱动电路四：限流电路图6主回路过电动机电流最终经过电阻R8接地。因此，Uf=R8IM，大小正比于电动机电流IM。而Uf同数/模转换器的输出电压U0分别送到LM324运算放大器的两个输入端，一旦反响电压Uf大于来自数/模转换器的给定信号U0,则LM324运算放大器输出低电平，通过非门变为高电平输入到LM621引脚17，使输出关断，从而截断直流无刷电动机钉子绕组所有电流通路，迫使电动机电流下降，一旦电流下降到时Uf小于U0,则LM324运算放大器输出回到高电平，通过非门变为低电平，接LM621
8、的17脚，LM621正常工作。图6限流电路五、软件电路设计：本系统设置两个标志位tag启动标志位，0代表运行，1代表停顿和tag1闪烁标志位，0代表有闪烁，0代表无闪烁，另外设置两个数组:数码管段选数组dp和位选数组p1。本系统程序主要由以下局部组成：主程序、中断效劳程序、键盘扫描程序、显示程序、启动程序、停机程序、向上箭头程序、向下箭头程序、左移程序、右移程序、正反转程序、测速程序、PWM输出程序、延时程序。其中向上下、左右移、启动、正反装程序由键盘程序调用，键盘程序、显示程序、测速程序、PWM输出程序由主程序调用。总程序和系统电路原理图见。主要模块程序流程如以下图7、8、9。图7主程序流程
9、图 图8键盘程序流程图图9 显示程序流程图六、结论：本文根据直流无刷电机的控制原理，设计了一种直流无刷电机控制系统。该系统具有实现本钱低、稳定性好等特点，能够满足对精度和本钱的要求。本设计所述的直流电机闭环调速系统是以低价位的AT89C51单片机为核心的，而通过单片机来实现电机调整又有多种途径，相对于其他用硬件或者硬件与软件相结合的方法实现对电机进展调整，采用PWM软件方法来实现的调速过程具有更大的灵活性和更低的本钱，它能够充分发挥单片机的效能，对于简易速度控制系统的实现提供了一种有效的途径。硬件电路采用模块化设计，方便系统维护，而且在实际应用中还可以根据实际需要扩展其他功能。在使用了少量的硬
10、件后，单片机的压力大大减小，程序中有充足的时间进展闭环控制的测控和计算，使得软件的运行更为合理可靠。七、 ：总程序：*include*define uchar unsigned char*define ulong unsigned longe*tern uchar zs; /*定义转速变量*/e*tern uchar tag=0*00,tag1=0*00; /*启动标志位和闪烁标志位*/e*tern ulong zssd=3000; /*转速设定*/ ulong count; /*脉冲计数*/ulong zkbg,zkbd; /*占空比上下*/ sbit P14=P14;sbit P15=P1
11、5;sbit P16=P16;sbit P17=P17;uchar code p1=0*00,0*90,0*91,0*92,0*93,0*00; /*数码管位选*/uchar *zy=p1; /*定义指针指向数组p1*/void d_ms(uchar m) /*延时程序*/ uchar i,j; for(i=0;im;m+) for(j=0;j100;j+) /*延时100*m微秒*/ ; void start() /*开场程序*/ if(tag=0) /*系统未启动*/ P0=0*FF; /*数码管各段全亮，确认完好无损*/ P1=0*FF; /*数码管全部选通*/ P0=0*00; P1=
12、0*00; tag=1; /*启动标志位置1系统启动*/ else tag=0; /*再次按下，标志位置0*/ void up() /*向上箭头函数*/if(tag1=0) /*闪烁标志位为0*/ If(zssd=4000) /*最大转速为4000转*/ zssd+=100; /*无闪烁，转速设定+100转*/ else /*有闪烁，位选与转速*/ switch(*zy)case 0*90: zssd=zs+1000;break;case 0*91: zssd=zs+100;break;case 0*92: zssd=zs+10;break;case 0*93: zssd=zs+1;break
13、;void fanzhuan() /*反转函数*/ P15=0; /*P1.5口取反，默认高电平*/ P14=0; /*P1.4口取反，默认低电平*/ P17=0; /*P1.7口取反，默认高电平*/void left() /*左移函数*/if(tag1=0) /*闪烁标志位为0，无闪烁*/tag1=1; /*闪烁标志位置1，开场闪烁*/zy=p1+1; /*指针指向位选数组首地址*/ else /*已经开场闪烁*/ +zy; /*指针指向当前位选数组下一位*/if(zy=p10) /*当指针指向第一位时*/zy=p1+4; /*自动跳转到第五位*/d_ms(200000); /*2S没动作，停顿闪烁*/tag1=0
