单片机的无刷直流电机速度伺服系统设计方案.pdf

1/29 论文名称：基于单片机的直流伺服电机测速系统设计学科专业：申请人：指导老师：摘 要在工程实践中，经常会遇到各种需要测量电机转速的场合，例如在发动机、电动机、机床主轴等旋转设备的实验运转和控制中，常需要分时或连续测量、显示其转速及瞬时速度。当前主要流行的测速方法有霍尔测速、磁电式测速和光电编码测速等，但是霍尔测速不仅价格相对较高，而且信号杂波大，需要额外的滤波电路开销；而磁电式测速容易受外界环境干扰，因此不适合用于强电磁干扰的工业环境，本系统采用光电编码测试进行速度伺服系统设计。为了能精确地测量转速，且保证测量的实时性，本文提出了一种基于单片机的直流伺服电机测速系统设计方案。该系统通过定时器模拟PWM 控制电机转速，采用外部中断的边沿触发功能捕获测速脉冲，并以此分析计算出电机转速，然后显示到LED 数码管上面；此外，为了达到更精确的电机控制，设计的串行通信方案，通过PC 机下传指令改变PWM 输出占空比，以此控制电机转速。系统软件在Keil C51 集成开发环境中采用C 语言编写，并在Proteus软件中搭建电路，仿真验证了方案的可行性。关键词：测速；单片机；直流伺服电机；串行通信ABSTRACT 2/29 目 录摘 要1 ABSTRACT2 目 录3 第一章绪 论5 1.1 课题研究意义 5 1.2 国内外发展现状 5 1.3 论文组织 6 第二章系统方案设计 7 2.1 硬件设计方案 7 2.2 软件设计方案 8 第三章硬件设计 9 3.1硬件框图设计 9 3.2主控制器模块 9 3.2.1 控制器芯片选型 9 3.2.2 最小系统设计 10 3.3与PC机通信模块 11 3.4电机驱动模块 13 3.4.1 引脚排列 13 3.4.2 L298N电路原理图 13 文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 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结 论29 6.1 已完成工作 29 6.2 后续工作 29 致 谢31 参考文献 32 附 录33第一章 前 言1.1课题研究意义电机测速在工程实际应用中必不可少，当前的电机测速主要分为直接法和间接法。直接法即直接观测机械或者电机的机械运动，测量特定时间内机械旋转的圈数，从而测出机械运动的转速。间接法即由于机械转动导致其他物理量变化，测量这些物理量的变化与转速的关系来得到转速。当然，电机测速方法文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 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国内外发展现状目前见到的许多关于直流电机的测速与控制类文献中，以研究无刷直流电机较多，采用电涡流式传感器，磁电式传感器，光电式传感器作为测速电机的重要元件。霍尔传感器的电机测速装置由单片机控制，能够做出使电机加速，减速的动作，还能够精确测速电机的转速，来控制电机的工作情况等多种功能。因此，霍尔传感器的电机测速装置可以看成简单的“计数器”，可广泛的应用于工厂电机的工作监控，汽车行驶速度显示，温室机器人的精密控制等技术领域，也可应用于复杂恶劣的航天航空工作环境，具有良好的民用和军用应用前景，从发展趋势上看，总体的研究方向是提出质量更精确的测速方案，以及在考虑在复杂的环境中工作也能保持性能的稳定性。更加广泛的应用国民的生活生产中去。在研究方法上，有的采用软件仿真，从理论作深入的研究；有的通过实践总结提出一些具有使用价值的实践方法。文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 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系统方案设计2.1硬件设计方案本 系 统 设 计 的 是 一个 无 刷 直 流 电 机 测速 装 置，该 系 统 由 主 控 模 块MCU）、电机驱动模块、电机测速模块、LED 显示模块和PC 机控制模块组文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 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显示模块串口通信模块电机顺时针转动程序电机逆时针转动程序电机测速程序LED 显示程序串行口通信程序图 2-2 系统软件设计框图电机驱动模块程序的设计实现了对电机转动方式和转动速度的控制；电机测速子程序的设计实现了对电机实际转速的采集，并通过液晶显示子程序将采集后分析计算的实际转速显示出来；串行口通信程序通过与PC 机接入，实现对电机转速的上行控制。软件的设计应尽量采用函数化、模块化，便于主函数的调用，便于系统调试。具体设计过程及详细内容见第四章。第三章 硬件设计1.1硬件框图设计本文选用 AT89C51 单片机作为系统的主控制器，用L298N 电机驱动芯片驱动直流电机转动，用外部中断1 捕获电机转动圈速的脉冲，然后交给主控制器分析计算得到当前电机转速，并通过4 位 7 段数码管显示出当前转速。此外，一个按键通过外部中断0 控制电机转动方向，且PC 机通过串行通信控制电机转动速度。系统硬件框图如图3-1 所示。文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 ZW7J1X9E10A10文档编码:CJ6Q7T10R3Q7 HK2Y8K1M9W3 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