昆山登云科技职业学院 杨克香 朱圣华苏州拓莱特电子科技有限公司 常赵军



基于单片机的直流电机控制研究

昆山登云科技职业学院 杨克香 朱圣华
苏州拓莱特电子科技有限公司 常赵军

【摘要】近年来，单片机等微处理器为核心的数字系统逐渐成为直流电机的主流控制系统，对基于单片机的直流电机控制系统做了简要研究，提出了硬件设计以及软件设计。

【关键词】单片机；直流电机；控制

前言

直流电动机在制动、启动、调速等方面的性能良好，因而应用广泛，单片机能够实现脉冲计数采样以及调制脉宽，从而实现对直流电动机进行casual以及控制转速，单片机对直流电机转速的控制是十分精确的。

1 单片机直流电机控制系统

1.1 原理

相较而言，直流电动机调速性能优良，但由于机械换向器会产生噪声、火花、电磁干扰等，其常用的控制方式为模糊PID控制，是PID控制与模糊控制结合产生的，其抗干扰能力强，不再依赖于数学模型，简化了系统设计，提高了系统性能。

1.2 基本要求

单片机直流电机控制系统的基本要求为：①能够按照设计的转速实现调速；②能够显示实际转速；③能够通过脉宽调制进行软启动；④控制范围y应在：0r/m-999r/m；⑤要求控制误差在2%之内。

1.3 系统整体方案

系统原理图为：

系统中主要检测与控制的参数为速度，通过速度传感器将参数转化为反馈信号，信号输入单片机，在计算处理后输出，从而实现对直流电动机的控制，使其达到预期转速[1]。

系统框架图如下图：

2 控制硬件电路设计

2.1 主控制电路

主控制电路为单片机控制，其不仅能够通过对软件编程的方式实现直流电机的多功能控制，同时这种控制芯片的系统具有较高的可靠性。下面介绍一下单片机控制芯片各个引脚：

1-8脚：通用的I/O接口，p1.0-p1.7；9脚：RST复位键；10-17脚：I/Op3接口；18-19脚：晶振谐振器；20脚：地线；21-28脚：p2接口及地址总线；29脚：PSEN片，其输出低电平；30脚：地址锁存器；31脚：取指令控制器，在低电平片外取，在高电平片内取；32-39脚：P0.7-P0.0；40脚：电源。

2.2 驱动电路

当前我国选用N沟道场效应管作为三相桥式功率开关，上桥和下桥都使用的是NMOS功率管，一般来说，其实现方法有三种：

①采用隔离二极管、自举电容以及国际整流器公司的专用驱动芯片来获得供电正极电源，电源一般为12-15V，专用芯片有IRZI30、2133等；

②采用模拟驱动专用芯片，通过双极型三极管进行驱动，以此来获取12-15V电源；

③直接采用专门的驱动电路获取12-15V电源。以美国IR公司的IR2110驱动芯片为例，这种芯片具有光耦隔离，占用体积较小，同时其电磁隔离效果较好，速度较快，因此IR2110驱动芯片通常用于功率中小型的变化装置。

2.3 电源电路

在单片直流电动机控制系统中，驱动电路电压要达到15V，系统中使用的传感器电压一般为5V，因此，而常用的开关电源电压可能达到20V以上，因此在系统中需要将电源电路电压转换成适用于驱动电路以及传感器的15V电压和5V电压。

2.4 检测电路

单片直流电动机控制系统中的电流检测方法有很多，例如磁敏电阻法、霍尔电流传感器法以及电阻采样法等等，在选择电流检测方法时，我们应综合考虑单片直流电动机控制系统的成本以及性能，以电阻采样法为例，电阻采样法检测电流的精度较低，但其应用成本较小且检测流程相对简便。电阻采样法的基本原理为：欧姆定律计算电流值，即在单片直流电动机控制系统中的地线和母线直接用串联的方式连接一个已知电阻值的小型电阻，之后检测小型电阻两端的电压降，通过检测值，根据欧姆定律就能够计算出电流值。

3 控制软件设计

系统中的软件设计包括初始化设置、中断服务程序、子程序以及电机方向和速度输出程序等，通过主控程序能够调用系统中的各个模块。

系统中的模块有：①数码管显示模块：数码显示模块中包含DIG.asm、DIG.inc、DIG.h等相关文件，主要是LED数码管的显示驱动程序；②按键扫描模块：通过对键盘的扫描，能够获得相应键值：Key,asm、Key.inc、Key.h等相关文件；③直流电机控制模块：通过对专用驱动芯片的控制，对直流电机的电流、转动方向、转速等参数进行检测和控制。

主控程序是单片直流电动机控制系统的总控制程序，其主要通过判断按键值、控制数码管显示、控制电机的转动等程序实现对直流电动机的控制。在系统实现初始化后，显示默认的直流电机转速设定值，并且在等待按键的输入程序。通过Key1、Key2、Key3可以实现整个单片直流电动机控制系统程序的运行，当有按键按下后，会调动相应的子程序完成功能[2]。

系统操作方法如表1所示。

可以通过系统操作方法表对单片机直流电机控制系统进行功能的总体测试，来判断整个控制系统是否能够完成既定的基本要求。

表1　系统操作方法表

4 结论

直流电动机被广泛的应用到国防、航空以及我们生活中的各个领域，其对我们日常生活的影响越来越深刻，对直流电动机进行有效控制至关重要。单片机能够实现直流电机的多功能控制，良好的控制硬件与控制软件设计对基于单片机的直流电机精确控制十分关键，本文对基于单片机的直流电机控制做了简要研究，旨在为直流电动机控制的发展和完善做出贡献。

参考文献

[1]赵航涛,潘永贞,贺永庆.基于单片机的直流电机控制电路及编程[J].电脑知识与技术,2014,23:5556-5558.

[2]杨建中.基于单片机的直流电机控制系统研究[J].数字技术与应用,2012,12:31+33.

杨克香（1984—），女，江苏淮安人，大学本科，助教，现供职于昆山登云科技职业学院，研究方向：电气工程及其自动化。

常赵军（1981—），男，安徽蚌埠人，大学本科，中级职称，现供职于苏州拓莱特电子科技有限公司，研究方向：测控技术与仪器。

朱圣华（1965—），男，江西丰城人，大学本科，高级工程师，现供职于昆山登云科技职业学院，研究方向：机床及夹具设计与制造。

作者简介：