嵌入式單片機在電機控制系統中的應用研究

齊齊樂

（中國航空工業集團公司金城南京機電液壓工程研究中心，江蘇 南京 211100）

電機控制系統的高效運轉需要嵌入式單片機的作用，從硬件和軟件兩個方面相統一才能夠保證其運轉效率。從硬件應用方面來看，嵌入式單片機的使用有利于完善電機結構，從軟件應用方面來看，嵌入式單片機是軟件處理信息數據的重要組成部分。將嵌入式單片機應用到電機控制系統能夠有效降低能源消耗，在原有的基礎上優化電機控制系統的相關性能。

1 嵌入式單片機的使用條件

嵌入式單片機是電機控制系統中不可或缺的部分，對電力控制系統的發展起著促進作用。嵌入式單片機對電機控制系統而言有著重要的意義，為了保證嵌入式單片機充分發揮出自身的使用價值，就需要在使用過程中保證電機控制系統能夠正常運轉，對電機轉速、電機轉向、換相順序等方面進行分析與掌握，確保這些方面能夠順利運行。

1.1 注重對電機轉速的分析，對電機轉速進行合理的控制

電機轉速控制過程較為簡單，其利用到的原理也較為簡明，其原理如下:系統可以收集由嵌入式單片機發出的脈沖信號，并對脈沖信號的頻率進行分析，將這些數據通過電信號傳遞給系統核心，從而實現對電機轉速進行控制。根據相關調查顯示，對電機轉速進行控制的方法主要有兩種。第一種是，相關的技術人員在接收到信號之后，通過主觀控制對嵌入式單片機的運轉時間進行調整，從而改變脈沖信號頻率，實現對轉機的控制。這種方法費時較多，應用價值不高。第二種是，為了保證對脈沖信號進行及時而有效的控制，在原有的基礎上安裝定時器，并依據實際需求，調節定時器，從而對脈沖信號實現有效的控制。這種方法與第一種相比，能夠節省時間，同時節省人力資源。

1.2 明確電機轉向的原理，有效控制電機轉向

電機轉向的操作過程較為復雜，但其本身具有的原理卻是固定的、簡單的。電機轉向將電機通電相序作為基礎，在該基礎之上，通過對相序的調整而實現電機轉向工作。在控制過程中，工作人員需要明確電機轉向的原理，通過合理的通電相序，實現對電機轉向的控制功能。

1.3 掌握換相的方法，進一步對換相順序進行控制

為了保證電機控制系統的正常運行，工作人員需要掌握電機換相的相關方法，利用電機換相的原理，實現對電機控制系統的控制。換相順序與脈沖分配聯系較為密切，可以說脈沖分配在一定程度上體現出了換相順序。在脈沖分配過程中，主要有2種具體的做法。第一種是軟件法，軟件法可以有效地借助嵌入式單片機的優勢，對所發出的脈沖信號進行收集與處理，然后再進行脈沖分配。但是軟件法在實際使用的過程中，需要進行設定工作。第二種是硬件法，硬件法在控制換相順序中應用了脈沖分配器芯片。將軟件法與硬件法進行對比，不難發現，硬件法在一定程度上能夠彌補軟件法存在的缺陷，同時，在生產過程中，人們對硬件法的使用較多，因此硬件法的應用范圍較為廣泛。

2 嵌入式單片機在電機控制系統中的硬件應用

2.1 優化整體的硬件結構

電機控制系統主要由CPU控制芯片、電子轉子位置傳感器和驅動模塊設計這三部分組成。在運行過程中所用到的原理是：首先，電子轉子位置傳感器檢測實際位置并將電子轉子的位置等相關數據傳輸到CPU控制芯片中，CPU控制芯片進一步將這些信息轉換成電信號，通過信號傳輸，將這些信息呈遞給驅動模塊，之后驅動模塊進一步處理這些信息將其轉化為一個個的指令，使電機運行。在完成這一系列的流程之后，CPU控制芯片能夠進一步監測運行的條件，并調節電機的轉速，使其能夠達到合適的運行效率。除此之外，CPU控制芯片還可以根據電子轉子位置傳感器所提供的信號進一步分析并計算出轉子實際運行的轉速與設定轉速之間存在的差異，并將這些差異以電信號的方式傳遞給電機控制系統，從而實現閉環控制。

2.2 應用到電子轉子位置檢測電路中

霍爾位置傳感器在運行過程中遵循以下原理：霍爾位置傳感器通過轉動部分與靜止部分的相互協調共同完成監測工作。其中轉動部分是指電機轉軸和轉子通過槽、齒擋光盤等相關的組件進行同步的轉動，其中擋光盤通過槽齒部分對光線起到一個遮擋的作用，并依據產生的光差實現對高、低等信號的確認，從而對電機轉子的實際位置進行監測。霍爾位置傳感器在電機中的應用能夠保證電機轉子的位置被及時、準確的監測到，在此基礎上，工作人員能夠收集相關的監測信息，并對電機的轉速進行調整，從而實現對電機的優化與整合，進一步提升電機控制系統的性能。

2.3 應用于硬件電路設計

嵌入式單片機應用系統的硬件電路設計可分為系統擴展和系統配置兩大類。其中系統擴展是指嵌入式單片機內部的一些功能單位，例如中斷系統、數字儲存器等，當它們不能滿足系統的實際需求時，可進行片外擴展，選擇合適的芯片，通過設計相應的電路來滿足系統需求。

2.4 應用于系統設計與研發

嵌入式單片機應用于系統設計與研發過程中，研究與開發的步驟大概分為以下三個階段。第一個階段是指提前的策劃階段，即確定嵌入式單片機的研發方向。在這個階段中工作人員需要對項目的實際需求進行分析，確定好系統的具體設計以及估計設計能夠做到哪種程度，同時對軟件和硬件的設計內容進行一定的劃分，尋找相關的資料，使設計能夠變得更加具有預測性。第二個階段是指實際的施工階段。這一階段主要是將硬件和軟件的設計轉變為現實的一個過程。這一過程較為復雜會受到多種因素的影響，需要將策劃階段的方案作為工作實施的基礎，依據策劃方案提供的設計概念以及設計圖等，進一步設計出嵌入式單片機接口的電路芯片的相關數字電路，并完成模擬器中相關電路的設計工作。第三個階段，是最后的驗證階段。這一階段的工作較為簡單，對硬件和軟件的脫機進行最后的調試，并驗證設計工作是否符合實際需求，形成一份完整的文檔記錄。

2.5 應用于系統運行、調試和維護過程中

系統在開發和利用的過程中離不開調試工作。調試能夠及時彌補電機控制系統在運行過程中的不足，并規范一些不確定因素。通過調試工作，工作人員能夠明確電機控制系統的實際運行狀態，在一定程度上能夠預測電機控制系統故障位點，并加以保護，從而降低電機控制系統發生故障的概率。調試工作可以根據調試對象的不同，劃分為硬件調試和軟件調試兩種，其中硬件調試針對的是硬件，主要解決電路中存在的問題；軟件調試針對的是軟件，主要是對模擬仿真系統的修復，解決模擬仿真中的不安全因素引發的問題。相關工作人員應該對這2種方法進行融合，結合利用，以保證系統的順利運行。

3 嵌入式單片機在電機控制系統中的軟件應用

電機控制系統在實際運行過程中，會遇到多任務管理、多任務切換等情況，如何在短時間內完成多任務管理工作以及協調好多任務之間的關系十分重要。在電機控制系統中使用嵌入式單片機能夠快速實現多任務管理操作，發揮出實時操作的優勢。同時，嵌入式單片機也是電機控制系統內軟件應用中不可缺少的部分。根據自身的實際需求，相關用戶可以選擇μ CLinux等一系列調度函數，對已經存在的任務進行處理，在處理過程中用戶還能夠根據實際情況完成對一些任務的切換，保證每個任務的優先順序。主要有以下幾個步驟:首先，需要對任務的等級進行測定，并按照優先順序或者重要順序排列；然后，對任務相關數據進行有效的處理；最后，通過驅動輸出等相關的措施，實現對任務的完結。在最初的操作μCLinux應用過程，能夠將一些數據初始化，在此基礎上再提出新的任務，保證相關用戶能夠選擇合適的函數，進一步協調任務調度等工作。除此之外，在電機控制系統中應用嵌入式單片機，能夠在一定程度上改良故障報警功能，面對一些突發狀況能夠進行及時的提示與警報，提醒相關工作人員做好維護措施。

4 結語

綜上所述，隨著時代的不斷發展，電機控制系統的相關性能已經得到了大幅提升，電機的控制系統離不開嵌入式單片機的應用。如何進一步提升嵌入式單片機的使用效率，還需要相關技術人員對其影響因素進行分析與研究，在此基礎上，盡可能滿足我國對電機控制系統的實際需求，設計出更加符合當前經濟形勢的系統。與此同時，相關技術人員可以對微處理芯片以及電機控制系統中智能化技術的應用進行深入挖掘，發揮二者的優勢，從根本上提升電機控制系統的穩定性，有效節省成本。