基于單片機(jī)的直流電機(jī)控制器設(shè)計(jì)

楊興 彭森

摘 要：本設(shè)計(jì)以STC89C52RC單片機(jī)為控制核心，通過(guò)按鍵調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，再將轉(zhuǎn)速控制指令傳至單片機(jī)STC89C52RC進(jìn)行處理，并且將直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的理論值通過(guò)LCD1602顯示器顯示出來(lái)，再經(jīng)STC89C52RC最小系統(tǒng)進(jìn)行處理，將信號(hào)輸入L9110H直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，進(jìn)而通過(guò)L9110H模塊來(lái)調(diào)節(jié)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的智能控制，再通過(guò)霍爾元件OH137對(duì)實(shí)際轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)量結(jié)果經(jīng)STC89C52RC單片機(jī)送至LCD1602顯示器顯示出來(lái)，這樣就使電機(jī)轉(zhuǎn)速隨指令的變化而自動(dòng)改變，實(shí)現(xiàn)高度靈敏的轉(zhuǎn)速控制。

關(guān)鍵詞：STC89C52RC單片機(jī)；直流電機(jī)；L9110H直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

1 引言

步入新世紀(jì)以來(lái)，人類的科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，日益輝煌，愈發(fā)先進(jìn)的科技推動(dòng)了各行各業(yè)的發(fā)展，控制技術(shù)這一行業(yè)的發(fā)展更是尤為突出。各種控制設(shè)備不僅在結(jié)構(gòu)革舊創(chuàng)新，在性能上更是不斷改進(jìn)完善。現(xiàn)在的我們很幸運(yùn)地處于這個(gè)飛速發(fā)展的信息時(shí)代，而控制技術(shù)正是這個(gè)時(shí)代的主流科技，不僅是在日常生活的家用電器和消費(fèi)電子產(chǎn)品（如洗衣機(jī)，電視，空調(diào)等）中，而且在出行工具，保健設(shè)備，宇宙飛船，第一產(chǎn)業(yè)和第二產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展，日常工作設(shè)施中，各式各樣的控制器的應(yīng)用隨處可見(jiàn)。同時(shí)，有可靠資料表明，我們生活中的90%以上動(dòng)力資源都來(lái)自電動(dòng)機(jī)。可見(jiàn)，電機(jī)控制器的應(yīng)用與我們的的生活息息相關(guān)。

其實(shí)一直以來(lái)，對(duì)電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單控制應(yīng)用也比較多。所謂簡(jiǎn)單控制，其實(shí)就是指簡(jiǎn)單的控制電動(dòng)機(jī)的開(kāi)啟、正面和反面的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和順序。這類控制操作簡(jiǎn)單，主要是通過(guò)繼電器、可編程控制器和開(kāi)關(guān)元件來(lái)實(shí)現(xiàn)功能的。很明顯，相對(duì)于簡(jiǎn)單控制，自然還存在一種命名為復(fù)雜控制的控制類型，即指在控制物理量如轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)矩、電壓、電流、功率等基礎(chǔ)上來(lái)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。

在我國(guó)的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，機(jī)器設(shè)備制造行業(yè)正在蓬勃發(fā)展中，不僅能滿足自己市場(chǎng)上的機(jī)器設(shè)備需求，而且在國(guó)外的市場(chǎng)也處于非常重要的地位，在國(guó)際市場(chǎng)上不可或缺。在應(yīng)用上，在生活中，各行各業(yè)如醫(yī)療、汽車制造、鐵道運(yùn)輸、航天航空、鋼鐵生產(chǎn)、物流配送、飲料生產(chǎn)等等，都離不開(kāi)這一技術(shù)。我們都知道，科技進(jìn)步永無(wú)止境，為此，進(jìn)一步的學(xué)習(xí)、掌握以及開(kāi)發(fā)應(yīng)用控制技術(shù)是我們永恒的主題，不斷創(chuàng)新科技，從而提高生活質(zhì)量，提升我國(guó)的國(guó)際地位。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，在一個(gè)單芯片STC89C52RC單片機(jī)課題設(shè)計(jì)為核心，再加上輸入模塊、顯示模塊、電源模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、直流電機(jī)模塊共同組成，在輸入設(shè)置2個(gè)反彈關(guān)鍵按鍵[8]，用以增加或減少轉(zhuǎn)動(dòng)速率大小的控制，從而實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的正向轉(zhuǎn)動(dòng)、反向轉(zhuǎn)動(dòng)、停止、加速、減速，具體實(shí)現(xiàn)如下：每次按鍵均以100 r/min的速度進(jìn)行加減控制，當(dāng)轉(zhuǎn)速為負(fù)值時(shí)，直流電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)轉(zhuǎn)速為正值時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)轉(zhuǎn)速為0 r/min時(shí)，停止；顯示模塊分別設(shè)置理論值與實(shí)際值顯示，可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的比較出兩值之間的誤差。

方案一：采用驅(qū)動(dòng)芯片L9110H，專為控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向和速率的大小、為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)提高動(dòng)力而設(shè)計(jì)的器件， 具有兩個(gè)通道，能夠放大功率且是一種專業(yè)作用的高集成度的電路模塊，它也具有相對(duì)分立的電路部分，并且主要是集成在單片的IC 上面，具有高驅(qū)動(dòng)能力的優(yōu)勢(shì)，外圍電路簡(jiǎn)單且成本低、可靠性高。

方案二：選用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器，通過(guò)控制電機(jī)的局部電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和速率的調(diào)節(jié)。

方案三：采用繼電器，通過(guò)對(duì)繼電器掌握它的斷開(kāi)、閉合等一系列狀態(tài)，進(jìn)而來(lái)控制直流電機(jī)的開(kāi)與關(guān)。繼電器是一種電子控制裝置，用較小的電流控制事實(shí)上較大電流的作用，目前，在使用過(guò)程中，實(shí)際上，也就相當(dāng)于一個(gè)“自動(dòng)式的開(kāi)關(guān)裝置”，通常主要用以實(shí)現(xiàn)電路控制方面的自動(dòng)化，具有控制系統(tǒng)與被控制系統(tǒng)。

針對(duì)以上三種方案，若選擇第二種方案，由于數(shù)字電阻元器件的價(jià)格昂貴，最主要是電動(dòng)機(jī)的電阻一般不大，電流卻很大，所以分壓后，不僅沒(méi)有提高效能，還為設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)增添了難度；如選用第三種方案，雖然方案的電路設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，而且在電路中的繼電器具有自動(dòng)調(diào)節(jié)的優(yōu)勢(shì)，能夠起到安全式的保護(hù)電路以及設(shè)備系統(tǒng)，并且自動(dòng)實(shí)現(xiàn)電路的轉(zhuǎn)動(dòng)變換以及其他作用，但是，在一定程度上還是存在繼電器產(chǎn)生響應(yīng)到送達(dá)響應(yīng)這整個(gè)過(guò)程中，反應(yīng)的時(shí)間較為緩慢，而且同時(shí)存在器件結(jié)構(gòu)易損、使用壽命不長(zhǎng)、可靠性不高等缺點(diǎn)。因此，綜合各方面的因素，本次直流電機(jī)控制器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用上述方案中的方案一。

3 總體硬件電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的直流電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)以STC89C52RC單片機(jī)為控制核心，總體設(shè)計(jì)如圖1所示。

本次系統(tǒng)方案中，以STC89C52RC單片機(jī)為控制核心，通過(guò)按鍵調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，再將轉(zhuǎn)速控制指令傳至單片機(jī)STC89C52RC進(jìn)行處理，并且將直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的理論值通過(guò)LCD1602顯示器顯示出來(lái)，再經(jīng)STC89C52RC最小系統(tǒng)進(jìn)行處理，將信號(hào)輸入L9110H直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，進(jìn)而通過(guò)L9110H模塊來(lái)調(diào)節(jié)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的智能控制，再通過(guò)霍爾元件OH137對(duì)實(shí)際轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)量結(jié)果經(jīng)STC89C52RC單片機(jī)送至LCD1602顯示器顯示出來(lái)，這樣就建立了一個(gè)直流電機(jī)的智能控制模塊，電機(jī)轉(zhuǎn)速隨指令的變化而自動(dòng)改變，實(shí)現(xiàn)高度靈敏的轉(zhuǎn)速控制。

本次設(shè)計(jì)主要通過(guò)兩個(gè)按鍵：加速和減速鍵按鈕，從而實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的正向轉(zhuǎn)動(dòng)和反向轉(zhuǎn)動(dòng)，且正、反轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速均可從低到高或是由低到高，在0～3000 r/min之間隨意發(fā)生變化。此外，在本次的軟件設(shè)計(jì)中，用戶還可以通過(guò)設(shè)置直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制電源的開(kāi)關(guān)，即當(dāng)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速為0 r/min時(shí)，電機(jī)執(zhí)行停止指令。

4 結(jié)束語(yǔ)

正是由于晶閘管整流裝置具有許多優(yōu)點(diǎn)，自然這新一代晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)代替了以往的存在各種缺點(diǎn)的老式直流電機(jī)控制器，包括前面的水銀整流裝置和發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)組等。在科技發(fā)展的推動(dòng)下，控制電路這一塊也是不斷的在開(kāi)發(fā)創(chuàng)新。不僅是直流電機(jī)控制器在革新?lián)Q代，控制電路的發(fā)展也在不斷完善，尤其體現(xiàn)在它的體積、集成度、可靠性以及成本等方面。因而使得直流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用更為廣泛，并且在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)下，直流電機(jī)控制技術(shù)也將不斷發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介

楊興，邵陽(yáng)學(xué)院國(guó)際學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生