直流风扇电机转速测量与PWM控制

1 1 直流电机直流电机66. 1.1 直流电机的结构7 1.2 直流电机的原理7 1.3 直流电机的主要技术参数8 1.4 直流电机调速技术指标9 2 .2 .单片机的相关知识单片机的相关知识9 9 2.1 单片机的简介.9 2.2 单片机的发展史.9 2.3 单片机的特点10 2.4 AT89C51 单片机的介绍11 3. 3. 硬件电路的设计硬件电路的设计.13.13 3.1 控制电路的设计.13. 3.2 隔离电路的设计14 3.3 驱动电路的设计14 3.4 续流电路的设计.17 3.5 整个电路原理图.18 4.4. 软件设计软件设计 4.1 主程序设计18 4.2 数码显数设计.20. 4.3 功能程序设计20 5.5.结束语结束语.24.24 参考文献参考文献2424 1 / 23 摘摘要要 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 AT89S52单片机作为整 个控制系统的控制电路的核心部分，配 以各种显示，驱 动模块，实 现对 电动机的转速的显示和测量；由 命令输入模块，光 电隔离模块及 H 型驱 动模块组成。采 用带中断的独立式键盘作为命令的输入，单 片机在程序 的控制下，不断给光电隔离电路发送 PWM 波形，H 型驱动电路完成电机 的正反转控制。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，使整个系统的性能得到提高。 2 / 23 1 1 直直流流电电机机 1.11.1 直直流流电电机机的的结结构构 直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部 分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承 和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感 应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢 铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。直流电机的结构如图 1.21.2直直流流电电机机的的工工作作原原理理 直流电机模型如图 1.2 所示，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。 3 / 23 1.31.3 直流电机的主要的技术参数直流电机的主要的技术参数 额定功率 Pn在额定电流和电压下，电机的负载能力。 额定电压 Ue长期运行的最高电压。 额定电流 Ie长期运行的最大电流。 额定转速 n单位时间里面电机转速的快慢。 励磁电流 If施加到电极线圈上的电流。 1.41.4 直流电机的调速的技术指标直流电机的调速的技术指标 1.4.11.4.1 调速范围调速范围 调速范围是指最低可控转速到最高可控转速的范围，最低可控转速对最高 可控转速的比值，叫电机的调速比。 1.4.21.4.2 调速的相对稳定性和静差度调速的相对稳定性和静差度 所谓相对稳定性，是指负载转矩在给定的范围里面变化所引起的速度的变 化，它决定于机械特性的斜率。 静差度（又称静差率）是指当电动机在一条机械特性上运行时，由理想空 载到满载时的转速降落与理想空载转速n0 的比值。用百分数表示，即 ，在一般的情况下，取额定转矩下的速度落差，有 1.4.31.4.3 调速的平滑性调速的平滑性 调速的平滑性是在一定的调速范围内，相邻两极速度变化的程度，用平滑 系数表示，即 式中和相邻两极，即 i i 级与 i i- -1 1 级的速度 4 / 23 1.4.41.4.4 调速时的容许输出调速时的容许输出 调速时的容许输出是指电动机在得到充分利用的情况下， 在调速的过程中轴 能够输出的功率和转矩。 2 2 单片机的相关知识单片机的相关知识 2.12.1 单片机的简介单片机的简介 单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处 理能力的中央处理器 CPU 随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中断 系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟 多路转换器、A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算 机系统。 2.22.2 单片机的发展史单片机的发展史 2.2.1 42.2.1 4 位单片机位单片机 1975 年，美国德克萨斯公司首次推出 4 位单片机 TMS-1000，此后各个计 算机公司竞相推出 4 位单片机。日本松下公司的 MN1400 系列。美国洛克威尔公 司的 PPS/1 系列等。4 位单片机的主要的应用的领域有PC 机的输入装置。电 池的充电器，运动器材，带液晶显示器的音/视频产品控制器，一般家用电器的 控制及遥控器，电子玩具，钟表，计算器，多功能电话等。 2.2.2 82.2.2 8 位单片机位单片机 1972 年，美国 Intel 公司首先推出 8 位微处理器 8008，并与 1976 年 9 月率 先推出 MCS-48 系列单片机。在这以后，8 位单片机纷纷面世。例如莫斯特克和 仙童公司合作生产的 3870 系列，摩托罗拉公司生产的 6801 系列等。随着集成 电路工艺水平的提高，一些高性能的 8 位单片机相继问世，例如 1978 年摩托罗 拉公司的 MC6