直流风扇电机转速测量与pwm控制 单片机课程设计

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1、直流风扇电机转速测量与PWM控制摘要：本课题是对直流电机PWM调速器设计的研究，主要实现对电动机的控制。因此在设计中，对直流调速的原理，直流调速控制方式以及调速特性，PWM基本原理及实现方式进行了全面的阐述。为实现系统的微机控制，在设计中，采用了AT89C51单片机作为整个控制系统的控制电路的核心部分，在设计中，采用PWM调速方式，通过改变PWM的占空比从而改变电动机的电枢电压，进而实现对电动机的调速。设计的整个控制系统，在硬件结构上采用了大量的集成电路模块，大大的简化了硬件电路，提高了系统的稳定性和可靠性，使整个系统的性能

2、得到提高。关键词：直流电机，转速测量，PWM控制。一.直流风扇电机转速测量与PWM控制的基本原理:直流电机的工作原理为：直流电机的磁极N,S间装着一个可以转动的铁磁圆柱体，圆柱体的表面固定着线圈abcd。当线圈流过电流的时候，线圈受到电磁力的作用，产生旋转。根据左手定则可知，当流过线圈中电流改变方向时，线圈的受力方向也将改变，因此通过改变线圈电流的方向实现改变电机的方向。控制电路主要由单片机来控制，单片机发出的PWM脉冲来实现对驱动的控制。二．设计方案：程序应用模块化进行设计，主要有初始化模块、显示模块、读键模块、数制转换模

3、块、双字节除法模块、中断模块和控制调节模块。编程次序可按此先后进行。初始化模块：8155工作方式、T0和T1工作方式、标志位状态、所用单元初值、中断设置以及初始显示等。显示模块：设定值和实测值的数值与字符动态显示。读键模块：从I/O口依据某位数码管亮时读入小按键是否有效，然后根据四个小键盘的不同功能进行相应的处理，只要设定值一改变立刻显示。加1键和减1键要有连加连减功能。数制转换模块：将二进制转换为十进制。外部中断模块：将转1圈的时间通过双字节除法程序求出即时转速。定时中断模块：PWM输出波形形成。控制调节模块：通过设定值和

4、实测值的比较来改变脉冲波的占空比，该数据的调节分为简单比例调节PP和比例积分调节PI。调节公式分别为：YK=YK1+KP*EKYK=YK1+KP*EK+KI*EK2YK：要输出的数据YK1：上次输出的数据EK：设定值和实测值的差值EK1：上次的EK值EK2：EK-EK1的差值KP：比例系数（设KP=1~2）KI：积分系数（设KI=1~2）三.硬件设计对题目进行深入的分析和思考，可以将整个模块分为以下几个部分：控制部分，隔离电路，驱动电路和负载的续流电路。系统的框图如图3.1所示。3.1控制电路的设计控制电路主要由单片机来控制

5、，编写一段程序使单片机发出的PWM脉冲来实现对驱动的控制。新一代的单片机增加了很多的功能，其中包括PWM功能。单片机通过初始化设置，使其能自动的发出PWM脉冲波，只有在改变占空比的时候CPU才干预。3.2隔离电路的设计隔离电路主要作用是防止驱动电路中的电流过大，与单片机直接相连是可能会烧毁单片机而加的保护性电路。其电路图如下图3.2所示。其中1,2,3,4脚分别接单片机的P1.1,P1.2,P1.3，P1.4口。电阻起限流左右。电阻R1，R3，R5，R7阻值为470Ω，电阻R2，R4，R6，R8的电阻都为1KΩ。其工作原理如

6、下：当电机中的电压正常时，发光二极管导通，发光使光敏三极管导通，电路接通正常工作；当电路中电压很高时，发光二极管被击穿，电路不导通，从而起到保护单片机的作用。3.3驱动电路的设计开关驱动是利用大功率晶体管的开关作用。将恒定的直流电源电压转换为一定的方波电压加在电机电枢上，与线性方式不同，在这种驱动方式下，驱动器的功率管工作在开关状态，当器件导通时，器件的电流很大但是压降很小；器件关断时，压降很大但是电流很小。因此驱动器的功率消耗少，发热量少，效率较高。通过控制开关的频率和脉宽，可以对电机的转向进行控制。我们在本次设计中采用的

7、PWM脉冲调制方式正是一种开关驱动方式，是直流电机最重要也是最常见的驱动方式。采样控制理论中有一个重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲及在具有惯性环节上时，其效果基本相同，这正是PWM控制技术的理论基础。PWM驱动方式易与处理器接口，使用简单，最常见的就是H桥电路。集成H桥芯片很很多型号，我们使用的是L298的芯片驱动电路是H桥电路，图3.4为H桥驱动电路的工作原理图。同一侧的晶体管不能同时导通。当SW1和SW4导通，当SW2和S3截止时，电路由正电流经SW1,从电机的正极流入电机，电机反向运转。当SW1和SW3或者SW2

8、和SW4同时导通的时候，电机处于制动状态，电路中二极管注意是起续流保护作用。由于电机具有较大的感性，电流不能突变，若忽然将电流切断将在功率管两端产生巨大的电压，损坏器件。我们采用的是模块是H桥芯片L298,图3.5所示是L298的内部原理图L298需要2个电压，一个为逻辑电路工作时所需要的