工業生產中直流電機調速與測速系統設計詳解

2020-12-08 電子產品世界

1 引言

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/227489.htm

直流電機是工業生產中常用的驅動設備，具有良好的起動、制動性能。早期直流電動機的控制均以模擬電路為基礎，採用運算放大器、非線性集成電路以及少量的數字電路組成。控制系統的硬體部分複雜、功能單一，調試困難。本方案採用單片機控制系統，使得許多控制功能及算法可以採用軟體技術來完成，為直流電機的控制提供了更大的靈活性，並使系統能達到更高的性能。

2.調速和測速系統的主體電路設計

整個系統由輸入電路、PWM調製、測速電路、驅動電路、控制部分及顯示等部分組成，PWM調製選用AT89S51單片機通過軟體實現頻率和佔空比的調節。

2.1 直流電機調速的設計方案

驅動電路用光耦隔離保護電路，控制部分由單片機和外圍電路組成，實現各種控制要求，外圍電路主要完成對輸入信號的採集、操作、對速度進行控制，顯示部分採用四位共陽數碼管。系統方框圖如圖1所示。

硬體方面以STC89C51單片機為核心，與復位電路、晶振電路、驅動電路，測速電路，鍵盤和LED顯示模塊構成最小系統。軟體上通過用C51語言編程產生PWM脈衝信號的輸出、鍵盤、LED顯示器的數據傳輸。通過鍵盤調節速度檔位給定值，實現按給定值跟蹤，在LED顯示器上顯示，最後再由單片機輸出PWM脈衝信號，通過測速電路把轉速反饋給CPU並且通過CPU把轉速顯示在LED顯示器上，從而達到想要設定的轉速。

2.2 顯示電路設計

LED採用動態顯示方式，通過四位數碼管顯示電機的實際轉速，方便系統的監控，系統用四位共陽數碼管、採用9012三極體開關電路驅動、控制數碼管的顯示。

2.3 復位電路

單片機復位電路就好比電腦的重啟部分，當單片機系統在運行中，按下復位按鈕內部的程序自動從頭開始執行。復位電路採用上電自動復位和手動復位兩種方式，C3、R21、S1組成復位電路。

2.4 時鐘電路

系統的時鐘電路設計是採用的內部方式，即利用晶片內部的振蕩電路。AT89系列單片機內部有一個用於構成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構成並聯諧振電路，接在放大器的反饋迴路中。3.直流電機驅動電路設計

從單片機直接輸出的控制信號無法直接驅動12V直流電機，目前大多採用H橋式驅動，為便於製作，驅動模塊採用光電耦合器對控制電路和主電路進行隔離，達到保護作用。U3輸出PWM控制信號通過三極體反相驅動電機，實現電機的調速。驅動電路圖如圖3所示。

4.測速電路設計

測速模塊由U型光電開關、轉盤及外圍電路組成，電機轉動時帶動轉盤轉動，轉盤上附有八個小孔，當轉盤轉動一周產生八個脈衝信號，由此可以把電機轉動的物理量轉換成變化的脈衝信號，經Q5開關驅動輸送到單片機外部中斷P3.3進行計數，實現對電機速度的監測。測速電路如圖4所示。

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