基于單片機(jī)的直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

邵陽(yáng)學(xué)院信息與電氣工程學(xué)院 王 波 江世明

基于單片機(jī)的直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

邵陽(yáng)學(xué)院信息與電氣工程學(xué)院 王 波 江世明

系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，采有PWM調(diào)速原理，實(shí)出了直流電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)和調(diào)速控制，文章詳細(xì)介紹了系統(tǒng)工作原理、電路設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)適用于50W以下的中小直流電機(jī)。

直流電機(jī)；PWM；在線(xiàn)可調(diào)速；設(shè)計(jì)方法

1.直流電機(jī)電樞的PWM調(diào)壓調(diào)速原理

圖1 PWM調(diào)速控制原理和電壓波形圖

直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n的表達(dá)式為：n=(U-IR)/KΦ

式中：U為電樞端電壓；

I為電樞電流；

R為電樞電路總電阻；

Φ為每極磁通量；

K為電動(dòng)機(jī)參數(shù)。

由上式可知，直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以通過(guò)改變勵(lì)磁磁通Φ或改變加在電樞兩端的電壓U實(shí)現(xiàn)。由于磁通Φ在低速時(shí)受磁極飽和限制，在高速時(shí)受換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制，因此現(xiàn)在采用調(diào)節(jié)電樞電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。圖1所示為直流電機(jī)PWM調(diào)壓調(diào)速原理圖。設(shè)加在電機(jī)兩端的脈動(dòng)電壓的占空比為α，則電機(jī)兩端的電壓平均值U0為：

改變占空比α就可以改變電機(jī)兩端的電壓平均值U0，改變U0就能改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

圖2 直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖

2.直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

按上述方案設(shè)計(jì)的電路原如圖2所示：SB1～SB5按鍵與MM74HC30與非門(mén)構(gòu)成帶中斷功能的人機(jī)對(duì)話(huà)接口，當(dāng)有鍵按下時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出中斷請(qǐng)求，單片機(jī)響應(yīng)中斷后，對(duì)P1.3～P1.7進(jìn)行查詢(xún)，在中斷服務(wù)程序中實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)標(biāo)置位的置位和清零。系統(tǒng)在正常情況下不斷對(duì)標(biāo)置位進(jìn)行查詢(xún)，根據(jù)查詢(xún)的結(jié)果程序轉(zhuǎn)向相應(yīng)的子程序，P1.1、P1.0為輸出端，PWM信號(hào)經(jīng)光電耦合器后信號(hào)傳送到電機(jī)專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)模塊LMD18200。LMD18200內(nèi)部是一個(gè)帶有短路、過(guò)載保護(hù)的H型驅(qū)動(dòng)電路。

圖3 直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)程序流程圖

3.程序設(shè)計(jì)思路

直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)和程序流程如圖3所示。它包含主程序流程、中斷服務(wù)程序流程、子程流程三個(gè)部分。

4.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)PWM調(diào)速，能充分發(fā)揮單片機(jī)的效能，滿(mǎn)足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活需要，相對(duì)于其他用硬件的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的速度調(diào)整，具有更大的錄活性和低成本。單片機(jī)控制直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行已成為一種電機(jī)控制的常用手段。文中介紹的電路和程序，已在“機(jī)器人行走系統(tǒng)”中得到實(shí)際應(yīng)用，取得了滿(mǎn)意的效果。

[1]王曉明．電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制[M]．北京航空航天大學(xué)出版社,2002,5(第1版)．

[2]李廣弟．單片機(jī)基礎(chǔ)[M]．北京航空航天大學(xué)出版社,2006,6．

[3]何立民．單片機(jī)高級(jí)應(yīng)用[M]．北京航空航天大學(xué)出版社,2000,8．

[4]李維軍．基于單片機(jī)用軟件實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)[J]．機(jī)電一體化,2004(5):49-51．

[5]繆曉中．一種基于Intel8253與L298N的電機(jī)PWM調(diào)速方法[J]．國(guó)外電子元器件,2005(12)．

王波（1998—），男，重慶綦江人，大學(xué)本科，現(xiàn)就讀于邵陽(yáng)學(xué)院信息與電氣工程學(xué)院電子信息工程專(zhuān)業(yè)。

江世明（1965—），男，湖南新寧人，副教授，碩士生導(dǎo)師，高級(jí)工程師，從事電氣控制、嵌入式應(yīng)用等方面的教學(xué)與科研工作。