基于嵌入式單片機在電機控制系統(tǒng)中的應用

李玉波

摘要：在集成電路技術及電子技術的飛速發(fā)展的時代中，嵌入式系統(tǒng)的應用成為當今電子信息技術中的一大潮流。嵌入式單片機應用在電機控制中，不僅極大的提高了電機的運轉速度、運行效率、電機使用的安全性和穩(wěn)定性，還使得電機的功能走向多樣化。本文從硬件應用和軟件應用這兩個方面來介紹嵌入式微控制器（單片機）在電機控制中的應用。

關鍵詞：嵌入式系統(tǒng) 單片機 電機控制

中圖分類號：TP368 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）08-0009-01

單片機嵌入到電機控制系統(tǒng)中，可以減少電機系統(tǒng)體積能量消耗。近年來，嵌入式單片機在移動計算機平臺、智能手機、電子商務平臺、只能工控設備、數(shù)字電視等領域都有巨大的吸引力。單片機嵌入單片機中可以改善電機控制系統(tǒng)的性能，主要體現(xiàn)在軟件部分和硬件部分中。

1 硬件應用

1.1 整體硬件結構

電機轉子的位置能通過電子轉子位置傳感器來檢測。CPU控制芯片通過先計算電機轉子位置再把計算得到的結果轉化成電信號，這種電信號讓驅(qū)動模塊驅(qū)動電機旋轉。在電機旋轉之后，CPU控制芯片則又會依據(jù)電機那個時候的速度運轉情況選擇最適合的電機轉速。而根據(jù)電子轉子位置傳感器脈沖信號的寬度就能計算出電機在那個時候的速度。原理如圖1所示。

1.2 電機轉子位置檢測電路

電機轉子位置的檢測是由霍爾位置傳感器來進行的?；魻栁恢脗鞲衅骶哂泄潭ㄔ陔姍C轉軸上的轉動部分和固定在電機座上的靜止部分。轉子位置是通過比較靜止部分、轉動部分以及固定在電機轉軸上的遮光片這三部分的輸出狀態(tài)以及電平信號來確定的?；魻栁恢脗鞲衅鞯氖褂檬沟棉D子位置有了高精度定位的效果。這在一定程度上極大的提升了電機控制系統(tǒng)的在轉速控制方面的性能。

1.3 驅(qū)動電路

驅(qū)動模塊在系統(tǒng)中充當被測模塊的主程序，是用來模擬被測試模塊的上一級模塊。它由控制器、功率變換電路和電動機這三個部分構成的。電機的驅(qū)動作用是由數(shù)字驅(qū)動芯片來完成。MCU發(fā)出的指令傳入信號器，導致信號器的頻率變化，從而改變電機速度。

1.4 單片機應用系統(tǒng)設計

單片機應用系統(tǒng)的研究開發(fā)步驟可以分為以下的三個大階段：第一階段，策劃階段，決定研發(fā)方向。進行項目需求分析，清晰系統(tǒng)設計要做什么，做到什么程度，以及怎么做，還要劃分硬件和軟件的設計內(nèi)容，同時還要注意所借鑒的技術，力圖讓設計進度也更具可預測性。第二階段，實施階段，落實硬件和軟件設計。在這一階段的工作主要是通過將策劃階段給出的設計方案這一概念方案轉化成電子產(chǎn)品的設計概念，然后也就是設計單片機直接接口的電路芯片相關數(shù)字電路以及設計模擬電路的相關電路。第三階段，驗證階段。這一階段主要有：軟硬件聯(lián)調(diào)、脫機調(diào)試、驗證設計以及完整的文檔記錄。

1.5 硬件設計

單片機應用系統(tǒng)的硬件電路設計主要分成系統(tǒng)擴展和系統(tǒng)的配置。系統(tǒng)擴展，也就是當單片機內(nèi)部的功能單元，例如：中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器、數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、輸入輸出端口等不滿足應用系統(tǒng)的要求時，在片外進行擴展，選擇適當?shù)男酒O計相應的電路。

1.6 例子分析

在采用數(shù)字集成芯片LMD18200的直流電機驅(qū)動控制電路中，電機的運轉狀態(tài)是可以通過對LMD18200的引腳的輸入和輸出的信息進行相關的調(diào)節(jié)。例如：LMD18200的3號引腳的高低電平的變化可以達到對電機的正反轉進行控制，而LMD18200的5號引腳的 PWM波輸入端的占空比的變化可以達到調(diào)節(jié)電機的速度。

2 軟件應用

作為軟件平臺的靈魂組件的系統(tǒng)多任務的管理以及調(diào)度是借助嵌入式實時操作系統(tǒng)μCLinux來實現(xiàn)的。用戶根據(jù)電機控制的相關的詳細要求，調(diào)用μCLinux的任務調(diào)度函數(shù)來對任務進行處理、切換操作，保證能夠及時處理就緒任務中的優(yōu)先任務，再完成電機的實際控制需要。

在這個過程中，在驅(qū)動輸出之前要秉著測量的可靠性和實時性的原則，然后再低通濾波處理測量得到的數(shù)據(jù)以及預處理采樣得到的數(shù)據(jù)。電機故障報警功能有很強的故障保護能力。具有顯示器顯示電機轉速和溫度的人機交互功能的優(yōu)先級最低。嵌入式實時操作系統(tǒng)μCLinux工作時，會先進行一系列操作。

3 結語

將不同的單片機嵌入到電機控制系統(tǒng)當中，不僅可以提高電機的抗干擾性、控制性、運行速度，還可以節(jié)能減耗，豐富電機的功能。在現(xiàn)實生活中，將嵌入式單片機在電機控制中的使用需要綜合考慮多種因素。

參考文獻

[1]李探，李雙雙.電機發(fā)展歷史及未來趨勢[J].電子科技，2010（5）；211.

[2]重慶郵電大學汽車電子與嵌入式工程中心.單片機系統(tǒng)中多任務調(diào)度設計[J/OL].電子技術與軟件工程，2014（28）.