利用單片機來控制直流電機正反轉系統的探討

陳永峰

摘 要 本文對單片機控制直流電機轉速的硬件結構以及工作原理進行了介紹，還對控制系統軟件結構以及流程圖進行了分析，對單片機在直流電機轉速以及控制中的設計進行了探討，希望可以促進我國工業更好的發展。

【關鍵詞】單片機 直流電機 轉速 控制

直流電機是工業企業中常見的電機設備，將單片機應用在直流電機控制系統中，可以提高直流電機的性能，還可以提高工業企業的生產效率。隨著社會的不斷發展，我國工業水平在不斷提高，市場對工業產品有著較高的需求量，而且對產品的質量提出了更高的要求，所以，相關工作人員一定要采用先進的技術對直流電機轉速進行準確的測量，還要實現電機的自動化控制，這樣才能保證工業加工的質量。下面筆者對基于單片機的直流電機工作原理以及工作流程進行簡單介紹。

1 單片機控制直流電機的硬件結構設計

直流電機轉速測量一般是靠傳感器實現的，這種傳感器有著兩種工作方式，一種是磁電式，另一種是光電式，應用在直流電機中的傳感器一般體積比較小，而且有著良好的動態特性，而且使用壽命比較長，這樣可以提高轉速測量的準確性以及應用范圍，將單片機應用在直流電機轉速測量中，可以實現動態轉速測量以及旋轉速度測量。本文對工業生產系統中常用的霍爾傳感器特性進行了介紹，這種傳感器是由單片集成電路構成，在運行的過程中，有著較為穩定的電壓。霍爾傳感器的工作電壓適用范圍比較大，而且有著較高的可靠性，其輸出電平可以實現與數字電路的兼容。通過研究發現，霍爾傳感器發出的脈沖信號的頻率一般與電機轉速成正比關系，記錄單位時間內霍爾傳感器的脈沖數，則可以對應的測量出直流電機轉速。以霍爾傳感器3020T為例，單片機控制直流電機的硬件結構如圖1所示。

采用MC78系列三端固定輸出集成穩壓器，向單片機、D/A轉換器、運算放大器、霍爾傳感器提供直流電壓。霍爾傳感器輸出脈沖信號到單片機測量電機轉速，鍵盤和LED顯示器由8279控制，0832D/A轉換器輸出控制電壓，經運算放大器放大控制電機轉速。

2 直流電機的工作原理

直流電機在工業行業應用比較廣，其是一種將直流電轉換為機械能的旋轉電動機，與基于單片機的直流電機相比，結構稍復雜，主要是由定子以及轉子兩部分構成。在直流電機的定子上一般都固定了永久磁場，可以控制轉子旋轉的方向，轉向器內還安裝了電刷，與直流電連接后，保持直流電的方向不變，則可以保證線圈中電流方向固定不變。轉子轉動的方向與直流電方向有關，還與固定磁場收到的電磁感應力有關，改變直流電機電流的大小以及方向，可以有效的控制直流電轉速。

當直流電機通過直流電轉子上的線圈時，就會有電流在磁場內運動，故而轉子就會產生電磁轉矩和感應電動勢，帶動轉子旋轉。當通過直流電機轉子繞組的電流發生變化時，轉子在固定電磁場內收到的電磁感應力也會發生相應的變化，帶動轉子旋轉的力的大小也會發生變化，故而會影響到轉子旋轉速度。當通過直流電機的電流反向時，轉子繞組收到的電磁感應力會發生反向，轉子就會向反方向旋轉。所以，改變通過直流電機的電流的大小和通電方向，即可改變直流電機的旋轉速度和旋轉方向。

3 軟件及流程圖設計

在了解基于單片機的直流電機中斷程序以及直流電機主程序流程后，可以有效的分析出單片機在直流電機轉速測量及控制中的應用。在直流電機系統中，一般是利用D/A轉換器控制輸出電壓，從而控制電機的轉速，如果測得電機轉速小于設定值，則可以需要減小D/A輸出電壓，還可以保證直流電機在設定的速度恒定轉動，將比例調節器輸出定為P，調節器輸出設為y，輸出偏差值設為e（t），用公式表示比例協調算法，可得：y=Kpe（t）

由這一公式可得知，輸入偏差值對調節器輸出有著較大影響，二者具有一定比例關系，也具有一定調節規律。

在中斷程序中，鍵盤以及顯示器是由8279控制的，鍵盤輸入時會產生外部中斷，而這一過程可以完成直流電機轉速的輸入，還可以將輸入值轉換為二進制代碼，并送至R6中進行保存。對直流電機轉速的測量一般是在電機輸入以后進行的，在對基于單片機的直流電機轉速進行測量時，可以根據實際情況修改轉速初始設定值，設計流程主圖如圖2。

轉速測量由T0和T1來實現。T1為計數器，對轉速進行計數； 而T0為定時器，完成1秒時間間隔的定時。T1對轉速脈沖計數，每轉一周計數器TL1加1，1秒時間間隔內計數器TL1的值就是轉速。T0產生50ms定時中斷，用R4對T0的中斷次數計數，20次中斷（1秒）讀出計數器TL1的計數值（即轉速），送R5保存，并轉換為BCD數送顯示存儲器。若設定值大于轉速，則送至DAC0832的數字量（R7）加1，反之，設定值小于轉速時送至DAC0832的數字量減1。

4 結語

基于單片機的直流電機轉速測量及控制系統是科技不斷發展的產物，單片機應用在直流電機控制系統中，是對傳統直流電機系統的優化與改進，其不但體積比較小，而且結構比較簡單，還具有價格低廉的特點。在該系統運行的過程中，可以實現實時信號監測，還可以控制信號的精密度，可以有效的控制轉速，降低轉速誤差，還可以實現人機交互。所以，將單片機應用在直流電機轉速測量以及控制系統中，是提高直流電機性能的有效方式，可以保證直流電機功能效用的最大發揮。

參考文獻

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[2]楊春旭，林若波，彭燕標.基于單片機控制的直流電機調速系統的設計[J].齊齊哈爾大學學報（自然科學版），2011（03）.

作者單位

廣東省清遠市技師學院 廣東省清遠市 511517