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机电一体化毕业设计(论文) 机电一体化毕业设计（论文） 毕业设计任务书毕业设计题目：单片机控制直流电机的变速设计专业：机电一体化毕业设计的内容要求： 1. 有利于自动化，减少投资，提高生产率，稳定产品质量 2. 功能更强、性能更好 3.了解应用整机连接及性能测试。指导教师：系主任：年月日目录第一章总体设计方案·································································································1 方案选取······················································································································1 方案一：PWM波调速················································ (1) 方案二：晶闸管调速 (2) 第二章单元模块设计·································································································3 H桥电路方案设计······································································································3 调速设计方案···········································································································4 系统硬件电路设计······································································································5 电源电路···········································································································5 H桥驱动电路··································································································· .5 25基于霍尔传感器的测速模块.6 26 LCD 显示模块.7 调速设计模块.8 测速软件设计.10 第三章系统功能调试. (1) 1 调试软件介绍············································································································11 直流电机的调速功能仿真························································································1 2 电机速度的测量并显示功能仿 真.13 系统的电路原理图.13 设计总结 (14) 山东华宇职业技术学院毕业设计用纸采用闸流管或汞弧整流器的离子拖动系统是最早应用静止式变流装置供电的直流方案二：晶闸管调速电动机调速系统。1957年，晶闸管问世，到了60年代，已生产出成套的晶闸管整流装置，并应用于直流电动机调速系统，即晶闸管可控整流器供电的直流调速系统。如图1-3，VT 是晶闸管可控整流器，通过调节触发装置GT的控制电压Uc来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压Ud，从而实现平滑调速。晶闸管整流装置不仅在经济 性和可靠性上都有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性；晶闸管可控整流器的功率放大倍数在104以上，其门极电流可以直接用晶体管来控制，不再像直流发电机那样需要较大功率的放大器。因此，在60年代到70年代，晶闸管可控整流器供电的直流调速系统代替旋转变流机组直流电动机调速系统，得到了广泛的应用。但是于晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难；晶闸管对过电压、过电流和过高的dudt与didt都十分敏感，若超过允许值会在很短的时间内损坏器件。另外，谐波与无功功率引起电网电压波形畸变，殃及附近的用电设备，造成“电力公害”，因此必须添置无功补偿和谐波滤波装置。图1-3 晶闸管可控整流器供电的直流调速系统兼于方案一调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，因此本设计采用方案一。 2 山东华宇职业技术学院毕业设计用纸 第二章单元模块设计H桥电路方案设计图2-1所示的H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机，电路得名于“H桥驱动电路”是因为它的形状酷似字母H。如图2-1所示，要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。图2-1 H桥驱动电路要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。例如，如图2-2所示，当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经Q4回到电源负极。按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。当三极管Q1和Q4导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按特定方向转动。图2-2 H桥驱动电机顺时针转动3 山东华宇职业技术学院毕业设计用纸图2-3所示为另一对三极管Q2和Q3导通的情况，电流将从右至左 流过电机。当三极管Q2和Q3导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动。图2-3 H桥驱动电机逆时针转动调速设计方案调速采用PWM脉宽调制，工作原理：通过产生矩形波，改变占空比，以达到调整脉宽的目的。PWM的定义:脉宽调制(PWM)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。模拟信号的值可以连续变化，其时间和幅度的分辨率都没有限制。9V 电池就是一种模拟器件，因为它的输出电压并不精确地等于9V，而是随时间发生变化，并可取任何实数值。与此类似，从电池吸收的电流也不限定在一组可能的取值范围之内。模拟信号与数字信号的区别在于后者的取值通常只能属于预先确定的可能取值集合之内，例如在0V,5V这一集合中取值。模拟电压和电流可直接用来进行控制，如对汽 车收音机的音量进行控制。在简单的模拟收音机中，音量旋钮被连接到一个可变电阻。拧动旋钮时，电阻值变大或变小；流经这个电阻的电流也随之增加或减少，从而改变了驱动扬声器的电流值，使音量相应变大或变小。与收音机一样，模拟电路的输出与输入成线性比例。尽管模拟控制看起来可能直观而简单，但它并不总是非常经济或可行的。其中一点就是，模拟电路容易随时间漂移，因而难以调节。能够解决这个问题的精密模拟电路可能非常庞大、笨重(如老式的家庭立体声设备)和昂贵。模拟电路还有可能严重发热，其功耗相对于工作元件两端电压与电流的乘积成正比。模拟电路还可能对噪声很敏感，任 4 山东华宇职业技术学院毕业设计用纸何扰动或噪声都肯定会改变电流值的大小。通过以数字方式控制模拟电路，可以大幅度降低系统的成本和功耗。此外，许多微控制器和DSP已经在芯片上包含了PWM控制器，这使数字控制的实现 变得更加容易了。系统硬件电路设计电源电路芯片介绍78XX,XX就代表它所输出的电压值，能降低电压4-5V 电子产品中常见到的三端稳压集成电路有正电压输出的78××系列和负电压输出的79××系列。故名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少,电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路。该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7806表示输出电压为正6V，7909表示输出电压为负9V。有时在数字78或79后面还有一个M或L，如78M12或79L24,用来区别输出电流和封装形式等，其中78L系列的最大输出电流为100mA，78M系列最大输出电流为1A，78系列最大输出电流为。在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器。当稳压 管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。电路原理图电源电路采用78系列芯片产生+5V、+15V。电路图如图2-4：图2-4 78系列的电源电路H桥驱动电路基于三极管的使用机理和特性，在驱动电机中采用H桥功率驱动电路，H桥功率驱动电路可应用于步进电机、交流电机及直流电机等的驱动。永磁步进电机或混合式步进 5 山东华宇职业技术学院毕业设计用纸电机的励磁绕组都必须用双极性电源供电，也就是说绕组有时需正向电流，有时需反向电流，这样绕组电源需用H桥驱动。直流电机控制使用H桥驱动电路，当PWM1为低电平,通过对PWM2输出占空比不同的矩形波使三极管Q1、Q6同时导通Q5截止，从而实现电机正向转动以及转速的控制；同理，当PWM2为高电平,通过对PWM1输出占空比不同的矩形波使三极管Q1、Q6同时导通，Q5截止，从而实现电机反向转动以及转速的控 制。图2-5 H桥的电机驱动电路25基于霍尔传感器的测速模块霍尔传感器的工作原理霍尔效应：在一块半导体薄片上，其长度为l，宽度为b，厚度为d,当它被置于磁感应强度为B的磁场中，如果在它相对的两边通以控制电流I，且磁场方向与电流方向正交，则在半导体另外两边将产生一个大小与控制电流I和磁感应强度B乘积成正比的电势UH，即UH=KHIB，其中kH为霍尔元件的灵敏度。该电势称为霍尔电势，半导体薄片就是霍尔元件。工作原理：霍尔开关集成电路中的信号放大器将霍尔元件产生的幅值随磁场强度变化的霍尔电压UH放大后再经信号变换器、驱动器进行整形、放大后输出幅值相等、频率变化的方波信号。信号输出端每输出一个周期的方波，代表转过了一个齿。单位时间内输出的脉冲数N，因此可求出单位时间内的速度VNT。霍尔传感器的电路原理图 6