基于单片机的直流电机调速系统

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1、基于单片机的直流电机调速系统摘要：本设计以单片机AT89S52为核心，以小型直流电机为对象，通过5个按键，实现直流电机的启动，速度和方向的控制，并通过液晶LCD1602显示出来。对直流电机进行速度测量的原理，采用了PWM技术对电机进行控制，通过对占空比的计算达到精确调速的目的。实时测量电机的实际转速，并显示出来，并对电机进行PID转速调节，使其转速趋近于设定值。关键词：AT89S52；直流电机；PWM；L298N；LCD16021引言随着科学技术的不断发展，人类社会的不断进步，人们对生活产品的需求要不断

2、趋向多样化，这就要求生产设备必须具有良好的动态性能，在不同的时候进行不同的操作，完成不同的任务。为了使系统具有良好的动态性能必须对系统进行设计。特别是大型的钢铁行业和材料生产行业，为达到很高的控制精度，速度的稳定性，调速范围等国产直流电机简介为了满足各行业按不同运行条件对电动机提出的要求，将直流电机制造成不同型号的系列。又由于交流调速在当时尚未解决好调速控制问题，调速范围不大，控制精度低，快速性差等性能指标不满足生产工艺的要求，所以当时大量使用的是直流电动机调速系统，尤其是直流无级调速系统，它具有调速性

3、能好，范围宽，动态性能好等优点，特别是设计简单方便，虽然随着控制技术以及电力电子技术的的发展，制造工艺技术的提高，大量出现交流调速的传动系统，但直流传动所具有的优点特征，至今仍大量广泛地使用直流调速。因此实现直流无级调速对我们社会生产和生活有着重大的意义。2基于单片机的直流电机调速系统的设计2.1设计要求对基于MCS-51系列单片机实现直流电机调速系统进行研究和设计，能够在不同的按钮作用下分别实现直流电机的停止、加速、减速、正转、反转控制；能够实现基于MCS-51系列单片机的直流电机PWM的调速设计。2

4、.2直流电机调速分析2.2.1直流电机调速原理根据励磁方式不同，直流电机分为自励和他励两种类型。不同励磁方式的直流电机机械特性曲线有所不同。对于直流电机来说，人为机械特性方程式为：(1)注：（式中UN,ØN——额定电枢电压、额定磁通量；Ke,Kt－－与电机有关的常数；Rad,Ra——电枢外加电阻、电枢内电阻；n0,n——理想空载转速、转速降。）分析(1)式可得．当分别改变UN、ØN和Rad时，可以得到不同的转速n，从而实现对速度的调节。如图1,图2所示。理想空载转速随电枢电压升降而发生相应的升降变化。不

5、同电枢电压的机械特性曲线相互平行，说明硬度不随电枢电压的变化而改变，电机带负载能力恒定。当我们平滑调节他励直流电机电枢两端电压时，可实现电机的无级调速。基于以上特性，改变电枢电压，实现对直流电机速度调节的方法被广泛采用。T图1直流电动机机械特性曲线图2电枢电压“占空比”与平均电压关系2.2.2PWM基本原理及其实现方法PWM是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而达到控制要求的一种电压调整方法。在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周

6、期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度逐渐减少。只要按一定规律，改变通、断电的时间，即可让电机转速得到控制。PWM信号的产生通常有两种方法：一种是软件的方法；另一种是硬件的方法。软件方法为MCS一51系列典型产品AT89S52具有两个定时器T0和T1。通过控制定时器初值T0和T1，从而可以实现从S52的任意输出口输出不同占空比的脉冲波形。我们可以明确定时器的定时初值与定时时

7、间的关系。如果单片机的时钟频率为f，定时器／计数器为N位，则定时器初值与定时时间的关系为:（2）式中，Tw——定时器定时初值；N——一个机器周期的时钟数。N随着机型的不同而不同。在应用中，应根据具体的机型给出相应的值。这样，我们可以通过设定不同的定时初值，从而改变占空比D=t1/T，进而达到控制电机转速的目的。控制程序的设计有两种方法：软件延时法和计数法。软件延时法的基本思想是：首先求出占空比D=t1/T，再根据周期T分别给电机通电M个单位时间t0，所以M=t0/t1。然后，再断电个单位时间，所=t2/

8、t1。改变M和的值，从而也就改变了占空比D。计数法的基本思想是：当单位延时个数M求出之后，将其作为给定值存放在某存储单元中。在通电过程中，对通电单位时间t0的次数进行计数，并与存储器的内容进行比较。若不相等，则继续输出控制脉冲，直到计数值与给定值相等，使电机断电。软件采用定时中断进行设计。单片机上电后，系统进入准备状态。当按动按钮后，执行相应的程序，根据P2.5或P2.6输出的高电平决定直流电机的正反转。根据不同的加、减速按钮，调整P2.5