基于嵌入式單片機(jī)的電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王俊峰

摘要：新時(shí)代的發(fā)展使得電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛，尤其是在工業(yè)領(lǐng)域，為了進(jìn)一步的保證電機(jī)的順利應(yīng)用，對(duì)是電機(jī)系統(tǒng)的控制是十分重要的一環(huán)。單片機(jī)是在直流電機(jī)控制中被廣泛使用的裝置，它對(duì)發(fā)展電機(jī)控制具有重要的借鑒意義。電機(jī)控制系統(tǒng)是為了保證電機(jī)的正常運(yùn)行而設(shè)計(jì)的，可以提高運(yùn)行安全的可靠性。本文對(duì)于嵌入式單片機(jī)在電機(jī)系統(tǒng)中的使用進(jìn)行詳細(xì)的描述，希望可以有所幫助。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹姍C(jī)控制;嵌入式;系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP368.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672 - 9129（2018）12 - 0137 - 01

引言：隨著電子信息時(shí)代的來(lái)臨，傳統(tǒng)的模擬器控制電機(jī)的方式已經(jīng)不再符合時(shí)代的需要。如今廣泛采用的是數(shù)字式的控制系統(tǒng)，通過(guò)運(yùn)用高性能的數(shù)字芯片去控制電機(jī)，使得對(duì)電機(jī)的控制變得更加便捷和簡(jiǎn)單，同時(shí)也大大的提高了無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的控制性能。近些年來(lái)，嵌入式的單片機(jī)被應(yīng)用到電機(jī)的控制系統(tǒng)當(dāng)中，這是因?yàn)樗凶约旱膬?yōu)勢(shì)，本文將會(huì)對(duì)單片機(jī)的應(yīng)用進(jìn)行探究。

l 硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)

1.1 電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)。電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置檢測(cè)通常是依靠霍爾傳感器的工作?；魻杺鞲衅髦钥梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子的檢測(cè)，是因?yàn)樗鼘?duì)其固定的工作原理，它是有靜止部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分組成。靜止部分固定在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)動(dòng)部分是隨轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)的開(kāi)有齒、槽的遮光盤(pán)。通過(guò)光盤(pán)的齒部遮擋和不遮擋，使霍爾元件產(chǎn)生高、低電平信號(hào)，從而提供了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信息。根據(jù)這三個(gè)霍爾元件的輸出狀態(tài)，就可以判斷出轉(zhuǎn)子的磁極位置。利用霍爾傳感器對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行檢測(cè)是十分有利的，可以保證電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。

1.2 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。電路的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電路的重要組成部分，它通常是由控制器、功率變換器和電動(dòng)機(jī)三個(gè)部分組成。以直流電機(jī)為例進(jìn)行電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要用到永磁直流電機(jī)、伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)三種。事實(shí)上，直流電機(jī)廣泛受到了大家的廣泛認(rèn)可和應(yīng)用，主要是因?yàn)樗目刂坪芎?jiǎn)單，性能靈活。在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路時(shí)LMD18200數(shù)字集成芯片受到了廣泛的歡迎。LMD18200是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司推出的專門(mén)用于直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的H橋組件。同一芯片上還有CMOS控制電路和DMOS功率器件，這種芯片可驅(qū)動(dòng)很大功率的電流，瞬間可達(dá)6A，這是十分強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)能力，而且這種芯片還有過(guò)流保護(hù)的測(cè)量電路，這為電流的傳遞提供了保障。此種驅(qū)動(dòng)電路的優(yōu)勢(shì)也很多，例如驅(qū)動(dòng)力強(qiáng)，安全性高，快捷方便等等，可以充分的考慮以后的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)中。

1.3 選擇合適的主MCU。dsPIC20F芯片為例進(jìn)行設(shè)計(jì)，該型號(hào)的芯片采用的是單片機(jī)和DSP相結(jié)合的技術(shù)是一款16位數(shù)字信號(hào)的控制器，這樣的控制器性能很高。以這種技術(shù)為依托的芯片外圍設(shè)備功能豐富，對(duì)信息中斷的情況反應(yīng)較快，還采用了高性能計(jì)算能力的處理器。這種芯片支持下的電機(jī)控制系統(tǒng)是比較可靠的，可以在外界設(shè)備少的情況下正常工作，也可以提高整個(gè)裝置的抗干擾能力和可靠性，既可以應(yīng)對(duì)多種情況，也能節(jié)省成本，提升經(jīng)濟(jì)效益。

2 軟件控制功能劃分和調(diào)度

在軟件的設(shè)計(jì)時(shí)，可以應(yīng)用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)LClinux對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的管理和協(xié)調(diào)，在此項(xiàng)控制系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)性的高低主要是由任務(wù)或者是中斷的處理情況決定的。使用者要根據(jù)自己的需要進(jìn)行調(diào)節(jié)LClinux系統(tǒng)中的函數(shù)，在各個(gè)任務(wù)中進(jìn)行切換，應(yīng)用軟件主要包括以下幾種：

2.1 檢測(cè)和控制等基本功能。這項(xiàng)任務(wù)是包含對(duì)電機(jī)的檢測(cè)、對(duì)數(shù)據(jù)的處理和輸出相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。這個(gè)任務(wù)的可靠度較高，對(duì)待特殊情況的反應(yīng)迅速，它的優(yōu)先級(jí)較高。數(shù)據(jù)的處理包括數(shù)據(jù)的預(yù)處理，這是根據(jù)使用者的需要和設(shè)定，對(duì)檢測(cè)手機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行低通濾波處理。

2.2 完成保護(hù)任務(wù)。保護(hù)任務(wù)指的就是在電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)要及時(shí)發(fā)出警報(bào)，以便監(jiān)督人員可以及時(shí)的得知故障所發(fā)生的情況，采取相關(guān)的維修措施。保護(hù)任務(wù)的順利完成可以保障警報(bào)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)系統(tǒng)的有效控制。

2.3 操作者和系統(tǒng)的人機(jī)交互能力。此項(xiàng)任務(wù)主要是顯示出當(dāng)前的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度和工作溫度，其重要性較小。所以相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)別最低。

當(dāng)采用LClinux系統(tǒng)進(jìn)行控制工作時(shí)，首先就是要完成對(duì)CPU的初始化工作，然后再是對(duì)整個(gè)操作系統(tǒng)的初始化工作。

電機(jī)控制系統(tǒng)的軟件主要包含主程序和中斷服務(wù)程序兩個(gè)部分。主程序完成正常情況下的數(shù)據(jù)采集、計(jì)算等功能，中斷服務(wù)程序則應(yīng)用于故障診斷等情形。電機(jī)控制系統(tǒng)的主要目的就是通過(guò)信息采集的方式，完成對(duì)電機(jī)的控制，因此信息和數(shù)據(jù)的采集是其重要作用的環(huán)節(jié)，一定要保證這一環(huán)節(jié)的準(zhǔn)確無(wú)誤。

3 結(jié)束語(yǔ)

科技的發(fā)展是工業(yè)領(lǐng)域不斷繁榮的動(dòng)力，電機(jī)系統(tǒng)的控制技術(shù)也處在不斷的發(fā)展過(guò)程之中。嵌入式的單片機(jī)在電機(jī)控制中的應(yīng)用有很大的發(fā)展前景，它有著自己的優(yōu)點(diǎn)，具備簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)、成本低、耗時(shí)短等優(yōu)勢(shì)，更重要的是硬件結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化并不意味著工作性能的欠缺，反而這樣的電機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行速度和工作性能有了很大的提高。在硬件系統(tǒng)滿足要求之外，使用者還可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行軟件方面的調(diào)整。嵌入式的單片機(jī)控制系統(tǒng)使用極大程度的符合時(shí)代發(fā)展的要求，是對(duì)以往的電機(jī)控制系統(tǒng)的批判和繼承，因此在以后的電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中可以充分的考慮嵌入式的單片機(jī)設(shè)計(jì)，相信一定對(duì)電機(jī)控制大有幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳德益.基于嵌入式單片機(jī)的電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)仿真，2010，27（1）：00359 -00362.

[2]張健，王笑竹，荊珂.基于嵌入式單片機(jī)的立體車庫(kù)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].今日電子，2017（ zl）：00086 - 00088.

[3]尹一帆.基于嵌入式單片機(jī)的電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].信息技術(shù)與信息化，2015（9）：00063 - 00065.

[4]金巨波.基于嵌入式單片機(jī)的電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017，33（17）：47 -48.