1.2 本设计课题的目的及意义
近年来,随着工业的快速发展,电动机则是工业领域最不可缺少的装置,基于直
流电机优良的调速特性(平滑、方便、调速范围广)、过载能力强 (能承受频繁的冲击负载)以及可以实现频繁的无极快速启动、制动和反转。鉴于此,本次设计采用脉宽调制(PWM)直流调速技术(调速精度高、响应速度快、调速范围宽和损耗低),按键实时调整转速,通过霍尔器件检测电机速度,数据经单片机处理后由LCD显示。该设计能实现对电机速度良好调控并实时监测速度,可用于数控机床、钻探、工矿等对电机转速要求精确控制并实时监测转速的工程领域,还可以调整设计用于电动玩具汽车,会有很好的市场效果。
1.3 系统总体设计内容
直流电机PWM控制系统的主要功能包括:控制按钮用于向单片机输入控制信号( 正转、反转、制动、停止) ; 状态指示灯用来显示直流电机的运行状态; LCD实时显示电机转速;芯片L298根据单片机输出的控制信号驱动直流电机[2]。
本设计采用霍尔器件实时监测电机的转速,并将数据传回单片机由单片机进行数据处理,然后将电机转速通过LCD现实出来,用户能实时观测到电机的速度,以实现设计的要求。
2. 系统总体设计方案
本次设计前进行了多种方案的论证与筛选,进而找出最佳的硬件与软件设计方案,既能使工程控制更加精确、可靠,又能使预算成本降到最低,使产品有更广阔的市场价值。
本次设计主要对电机驱动部分作了与以往设计不同的改进。以往对电机的控制大多采用调节电位器改变电机电压、继电器控制、达林顿管驱动等方法,但是会出现调速不平滑、分立器件已损坏等问题,鉴于此本次设计采用AT89C51单片机为控制核心,定时不断给L298直流电机驱动芯片送PWM波形来驱动直流电机,能达到调速平滑、精确、稳定输出的优良特性。在测速部分中,测速系统把检测到的数据反馈给单片机,经单片机处理后通过LCD显示转速,可以通过LED更直观地表明转速方向,并且当转速达到规定值时会通过蜂鸣器报警,用户可以通过按键实时控制电机转速,这样设计很好地实现了对电机速度的监控与调整,能精确地完成工程需要。设计框图如图1:
图1 系统总体框图
单片机控制部分:即直流电机PWM控制模块。这部分电路主要由AT89C51单片机的I/O端口、定时计数器、外部中断扩展等控制直流电机的加速、减速以及电机的正转和反转,并且可以调整电机的转速,能够很方便的实现电机的智能控制。其间是通过AT89C51单片机产生脉宽可调的脉冲信号并输入到L298驱动芯片来控制直流电机工作的。该直流电机PWM控制系统由以下电路模块组成:
设计输入部分:这一模块主要是利用带中断的独立式键盘来实现对直流电机的加速、减速以及电机的正转、反转和急停控制。
电机驱动部分:主要由AT89C51产生 PWM波通过L298来驱动直流电机,实现对电机的驱动控制。
测速部分:用霍尔器件实现对电动机速度的检测。
设计显示部分: LCD显示部分,实现电机转速的实时显示;LED表明电机的转向及启动与停止;转速达到一定转速时由报警器报警。
3. 系统硬件电路设计
3.1 单片机的选型
AT89C51单片机可支持C 语言编程,可移植性好、速度快,已被广泛应用于工业控制、机电一体化、智能仪器仪表等领域。现应用AT89C51单片机对直流电机速度进行有效监测和控制,通过对直流电机转速脉冲的计数,可实现直流电机转速的有效控制[3]。 51单片机直流电机控制系统设计+仿真效果图+源代码(2):http://www.youerw.com/zidonghua/lunwen_1500.html