直流電機(jī)PWM調(diào)速與控制設(shè)計(jì)報(bào)告畢業(yè)論文

1、直流電機(jī)pwm調(diào)速與控制設(shè)計(jì)報(bào)告畢業(yè)論文 綜 合 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告 單 位:自 動(dòng) 化 學(xué) 院 學(xué)生姓名:專 業(yè): 測控技術(shù)與儀器 班 級(jí): 0820801學(xué) 號(hào): 指導(dǎo)老師: 成 績:設(shè)計(jì)時(shí)間: 2011 年 12 月 重慶郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院制 一、題目 直流電機(jī)調(diào)速與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 二、技術(shù)要求 設(shè)計(jì)直流電機(jī)調(diào)速與控制系統(tǒng),要求如下:1、學(xué)習(xí)直流電機(jī)調(diào)速與控制的基本原理;2、了解直流電機(jī)速度脈沖檢測原理;3、利用51單片機(jī)和合適的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片設(shè)計(jì)控制器及速度檢測電路;4、使用c語言編寫控制程序,通過實(shí)時(shí)串口能夠完成和上位機(jī)的通信;5、選擇合適控制平臺(tái),繪制系統(tǒng)的組建結(jié)構(gòu)圖,給出完整的設(shè)計(jì)流程

2、圖。6、要求電機(jī)能實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制;7、系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)顯示電機(jī)速度功能;8、電機(jī)的設(shè)定速度由電位器輸入;9、電機(jī)的速度調(diào)節(jié)誤差應(yīng)在允許的誤差范圍內(nèi)。三、給定條件1、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理,單片機(jī)原理及接口技術(shù)等參考資料;2、電阻、電容等各種分離元件、ic、直流電機(jī)、電源等;3、stc12c5a60s2單片機(jī)、lm298以及pc機(jī);四、設(shè)計(jì)1. 確定總體方案;2. 畫出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖;3. 選擇以電機(jī)控制芯片和單片機(jī)及速度檢測電路,設(shè)計(jì)硬件電路;4. 設(shè)計(jì)串口及通信程序,完成和上位機(jī)的通信;5. 畫出程序流程圖并編寫調(diào)試代碼,完成報(bào)告;直流電機(jī)調(diào)速與控制 摘要:當(dāng)今社會(huì),電動(dòng)機(jī)作為最主要的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置,其

3、應(yīng)用范圍已遍及國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域和人們的日常生活。無論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn),交通運(yùn)輸,國防,航空航天,醫(yī)療衛(wèi)生,商務(wù)和辦公設(shè)備中,還是在日常生活的家用電器和消費(fèi)電子產(chǎn)品(如電冰箱,空調(diào),dvd等)中,都大量使用著各種各樣的電動(dòng)機(jī)。據(jù)資料顯示,在所有動(dòng)力資源中,百分之九十以上來自電動(dòng)機(jī)。同樣,我國生產(chǎn)的電能中有百分之六十是用于電動(dòng)機(jī)的。電動(dòng)機(jī)與人的生活息息相關(guān),密不可分。電氣時(shí)代,電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制一般采用模擬法、pid控制等,對(duì)電動(dòng)機(jī)的簡單控制應(yīng)用比較多。簡單控制是指對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行啟動(dòng),制動(dòng),正反轉(zhuǎn)控制和順序控制。這類控制可通過繼電器,光耦、可編程控制器和開關(guān)元件來實(shí)現(xiàn)。還有一類控制叫復(fù)雜控制,是指對(duì)電

4、動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)角,轉(zhuǎn)矩,電壓,電流,功率等物理量進(jìn)行控制。 本電機(jī)控制系統(tǒng)基于51內(nèi)核的單片機(jī)設(shè)計(jì),采用lm298直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器,利用pwm脈寬調(diào)制控制電機(jī),并通過光耦管測速,經(jīng)單片機(jī)i/o口定時(shí)采樣,最后通過閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的精確控制,其中電機(jī)的設(shè)定速度由電位器經(jīng)a/d通過輸入,系統(tǒng)的狀顯示與控制由上位機(jī)實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過設(shè)計(jì)和調(diào)試,本控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速較小誤差的控制,系統(tǒng)具有上位機(jī)顯示轉(zhuǎn)速和控制電機(jī)開啟、停止和正反轉(zhuǎn)等功能。具有一定的實(shí)際應(yīng)用意義。關(guān)鍵字:直流電機(jī)、反饋控制、51內(nèi)核、pwm脈寬調(diào)制、lm298系統(tǒng)原理及功能概述系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 本電機(jī)控制系統(tǒng)采用基于51內(nèi)核的單片機(jī)設(shè)

5、計(jì),主要用于電機(jī)的測速與轉(zhuǎn)速控制,硬件方面設(shè)計(jì)有可調(diào)電源模塊,串口電路模塊、電機(jī)測速模塊、速度脈沖信號(hào)調(diào)理電路模塊、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊等電路;軟件方面采用基于c語言的編程語言,能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與上位機(jī)的通信,并實(shí)時(shí)顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速和控制電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài),如開啟、停止、正反轉(zhuǎn)等。 單片機(jī)選用了51升級(jí)系列的stc12c5a60s2作為主控制器,該芯片完全兼容之前較低版本的所有51指令,同時(shí)它還自帶2路pwm控制器、2個(gè)定時(shí)器、2個(gè)串行口支持獨(dú)立的波特率發(fā)生器、3路可編程時(shí)鐘輸出、8路10位ad轉(zhuǎn)換器、一個(gè)spi接口等,能非常方便的滿足本次電機(jī)控制的需求,其pwm端口用于輸出一定頻率且脈寬可調(diào)的pwm波用于控

6、制電機(jī)轉(zhuǎn)速,單片機(jī)自帶的a/d端口作為設(shè)定速度的模擬信號(hào)輸入口,定時(shí)器用于串口通信和速度的定時(shí)采樣以及上位機(jī)的定時(shí)顯示等。 系統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元選擇了lm298n大功率驅(qū)動(dòng)芯片,再利用tlp521光耦合器和整流二極管設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路能實(shí)現(xiàn)電器隔離與控制,能提高控制效率和精度極大減少了撓動(dòng)干擾,而且可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反裝和剎車功能。 系統(tǒng)測速模塊基于槽型光耦gk105設(shè)計(jì),將電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成不同頻率的脈沖信號(hào),在經(jīng)過基于lm324的電壓比較器和74hc573鎖存器進(jìn)行信號(hào)波形的整形,最后通過檢測單片機(jī)的i/o口的脈沖實(shí)現(xiàn)速度的測量。1.1直流電機(jī)基本工作原理 圖1.1直流電機(jī)的基本結(jié)夠圖 1.2直流電

7、機(jī)調(diào)速原理 直流電機(jī)轉(zhuǎn)速n的表達(dá)式為:1 - 1 式中:u-電樞端電壓;i-電樞電流;r-電樞電路總電阻;-每極磁通量;k-與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù),因此直流電機(jī)轉(zhuǎn)速n的控制方法有三種,主要以調(diào)壓調(diào)速為主。 本控制器主要通過脈寬調(diào)制pwm來控制電動(dòng)機(jī)電樞電壓,實(shí)現(xiàn)調(diào)速。調(diào)脈寬的方式有三種:定頻調(diào)寬、定寬調(diào)頻和調(diào)寬調(diào)頻。本系統(tǒng)采用了定頻調(diào)脈寬方式的pwm控制,因?yàn)椴捎眠@種方式,電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)比較穩(wěn)定;并且在采用單片機(jī)產(chǎn)生pwm脈沖的軟件實(shí)現(xiàn)上比較方便。 對(duì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制即可采用開環(huán)控制,也可采用閉環(huán)控制。與開環(huán)控制相比,速度控制閉環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性有以下優(yōu)越性:閉環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性與開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性

8、相比,其性能大大提高;理想空載轉(zhuǎn)速相同時(shí),閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率(額定負(fù)載時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速降落與理想空載轉(zhuǎn)速之比)要小得多;當(dāng)要求的靜差率相同時(shí), 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍可以大大提高。直流電機(jī)的速度控制方案如圖1所示。+-圖 1 直流電機(jī)速度閉環(huán)控制方案系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)1.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 本系統(tǒng)采用stc12c5a60s作為控制核心,用上位機(jī)顯示設(shè)定轉(zhuǎn)速和測量轉(zhuǎn)速以及控制電機(jī)。采用lm298驅(qū)動(dòng)芯片作為本系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電路和用槽型光耦gk105作為該系統(tǒng)的測量電路?？驁D如2所示。 圖2 直流電機(jī)控制系統(tǒng)總體框圖2.模塊電路及功能介紹2.1單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 單片機(jī)主要擅長系統(tǒng)控制,而不適合做復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理,在設(shè)

9、計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)時(shí)我們選用stc12c5a60s2位dip-40封裝的單片機(jī)作為mcu。stc12c5a60s2芯片是有宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘./機(jī)器周期(1t)的單片機(jī),具有64k的用戶程序存儲(chǔ)空間及1280字節(jié)的ram,完全兼容之前較低版本的所有51指令,但速度快5?8倍,內(nèi)部集成有801專用復(fù)位電路、同時(shí)它還自帶2路pwm控制器、2個(gè)定時(shí)器、2個(gè)串行口支持獨(dú)立的波特率發(fā)生器、3路可編程時(shí)鐘輸出、8路高速10位ad轉(zhuǎn)換器、一個(gè)spi接口等,應(yīng)用于電機(jī)控制等強(qiáng)干擾場合。 本系統(tǒng)的單片機(jī)最小系統(tǒng)由時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、電源電路、外圍總線接口等部分組成。圖3為單片機(jī)最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖351最小系統(tǒng)

10、電路2.1.1系統(tǒng)時(shí)鐘電路 單片機(jī)內(nèi)部具有一個(gè)高增益反相放大器,用于構(gòu)成振蕩器。通常在引腳xtall和xtal2跨接石英晶體和兩個(gè)補(bǔ)償電容構(gòu)成自激振蕩器,系統(tǒng)時(shí)鐘電路結(jié)構(gòu)如圖6所示,可以根據(jù)情況選擇6mhz、8mhz或12mhz等頻率的石英晶體,本系統(tǒng)采用12mhz的晶振。補(bǔ)償電容通常選擇20-30pf左右的瓷片電容。2.1.2復(fù)位電路 單片機(jī)小系統(tǒng)采用上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)按鍵復(fù)位兩種方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位操作。上電復(fù)位要求接通電源后,自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。手動(dòng)復(fù)位要求在電源接通的條件下,在單片機(jī)運(yùn)行期間,用按鈕開關(guān)操作使單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位電路結(jié)構(gòu)如圖6所示。上電自動(dòng)復(fù)位通過電容充電來實(shí)現(xiàn)。手動(dòng)按鍵復(fù)位是

11、通過按鍵將電阻與vcc接通來實(shí)現(xiàn)。2.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用常用的h橋電路,通過控制信號(hào)選通對(duì)管與否實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn),并改變所加電壓的占空比來改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。如圖4所示,這里采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)專用芯片l298n,該芯片可驅(qū)動(dòng)兩路5?36v的直流電機(jī)或者一路四拍的步進(jìn)電機(jī)。同時(shí)在l298n與主控芯片間通過四路光耦tlp521?4隔離消除干擾信號(hào)。在stc12c5a60s2上配置好串口、pwm,實(shí)現(xiàn)串口接收的數(shù)據(jù)直接賦值給pwm定時(shí)器ccap1l、ccap1h。利用串口調(diào)試助手發(fā)送控制信息給stc12c5a60s2,同時(shí)輔助外界6v電源更改l298n的in1和in2共同完成l298n電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

12、的調(diào)試。 圖4lm298n電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路2.3直流電機(jī)測速電路2.3.1槽型光耦gk105測速電路 圖 5 槽型光耦gk105電路 圖 6電機(jī)轉(zhuǎn)速編碼裝置 如圖5和圖6所示,光電對(duì)管采用槽型光耦gk105電路由一只特殊的發(fā)光二極管和光電三極管構(gòu)成,當(dāng)二極管發(fā)出的光打在光電三極管的基極b上時(shí)三極管ce導(dǎo)通。而正常情況下二極管的光不能到達(dá)光電管的基極上,故通過裝在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上得圓形編碼片即可實(shí)現(xiàn)對(duì)小車的測速。假設(shè)編碼片兒有n片個(gè)缺口,測得光電三極管的輸出脈沖頻率為f,則車速f/n。 由圖7可知,電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈, 槽型光耦產(chǎn)生4個(gè)脈沖,因此可以利用槽型光耦傳感器信號(hào)得到電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。為盡可能縮短一次速度

13、采樣的時(shí)間,則電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速為:vn/4*60;v:速度 r/minn:每秒采樣的脈沖個(gè)數(shù) 圖7 電機(jī)轉(zhuǎn)1圈gk105光耦管信號(hào)2.3.2速度脈沖信號(hào)調(diào)理電路 給電機(jī)加電讓其帶動(dòng)編碼盤旋轉(zhuǎn),將光電對(duì)管靠近編碼盤,用示波器觀測輸出脈沖信號(hào)的有無與好壞。信號(hào)調(diào)理電路主要利用lm324運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)的比較器,如圖8所示,調(diào)節(jié)比較器偏置電壓使脈沖最接近于方波且幅度大于3.3v。為了提高測速的精度,在信號(hào)后級(jí)添加比較器調(diào)理信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)的方波,調(diào)節(jié)比較器運(yùn)放的偏置電壓使方波信號(hào)最適合于測速。 圖 8 基于lm324的信號(hào)調(diào)理電路2.4串口電路設(shè)計(jì) 232芯片是美信公司專門為電腦的rs-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的接

14、口電路,使用+5v單電源供電。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個(gè)部分:第一部分是電荷泵電路,由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個(gè)電源,提供給rs-232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道,由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。其中13腳(r1in)、12腳(r1out)、11腳(t1in)、14腳(t1out)為第一數(shù)據(jù)通道。8腳(r2in)、9腳(r2out)、10腳(t2in)、7腳(t2out)為第二數(shù)據(jù)通道。ttl/cmos數(shù)據(jù)從t1in、t2in輸入轉(zhuǎn)換成rs-232數(shù)據(jù)從t1out、t2out送到電腦db9插頭;db9插頭的rs

15、-232數(shù)據(jù)從r1in、r2in輸入轉(zhuǎn)換成ttl/cmos數(shù)據(jù)后從r1out、r2out輸出。第三部分是供電,15腳gnd、16腳vcc(+5v)。電路如圖9所示。圖 9 串口電路圖2.5系統(tǒng)電源設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)要求有5v和6?7v的電源輸入,因此我們選用了lm317作為電源芯片。lm317作為輸出電壓可變的集成三端穩(wěn)壓塊,是一種使用方便、應(yīng)用廣泛的集成穩(wěn)壓塊。其應(yīng)用電路如圖10所示。圖11為電源濾波電路。 圖10 3.3v穩(wěn)壓電路 圖11 濾波電路 穩(wěn)壓電源的輸出電壓可用下式計(jì)算,vo1.25(1+r2/r1)。本系統(tǒng)中取r1為240n,r2取5k的可調(diào)電位器。通過調(diào)節(jié)r2的阻值大小,進(jìn)而可以改

16、變輸出電壓的大小,實(shí)現(xiàn)電壓可調(diào),其可調(diào)范圍是vo1.25v?37v。在應(yīng)用中,為了電路的穩(wěn)定工作,在一般情況下,還需要接二極管作為保護(hù)電路,防止電路中的電容放電時(shí)的高壓把317燒壞。2.6電機(jī)設(shè)定速度輸入電路 本系統(tǒng)采用了簡單的電位器,通過電位器將5v電源信號(hào)分壓在經(jīng)過單片機(jī)a/d端口輸入到cpu處理,實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度手動(dòng)的可調(diào),其電路如圖12所示。圖12 電位器速度設(shè)置電路系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 本程序主要分為6大塊,主程序、a/d轉(zhuǎn)換處理程序、pwm輸出程序、串口顯示與電機(jī)狀態(tài)控制程序、定時(shí)器0的中斷服務(wù)程序,串口中斷服務(wù)程序。主程序主要做了系統(tǒng)初始化,定時(shí)器0的初始化和主循環(huán)等。配置stc12c5a6

17、0s2定時(shí)器0為定時(shí)器方式2、50ms計(jì)數(shù)器中斷,累計(jì)20次定時(shí)器0中斷為1秒,此時(shí)tl1即光電對(duì)管輸入的脈沖頻率,同時(shí)在此一秒內(nèi)觸發(fā)ad采集一次電源電壓voltage送入內(nèi)存并通過運(yùn)算轉(zhuǎn)換成設(shè)定的速度值。pc終端的顯示也是沒隔一秒刷新一次。 配置stc12c5a60s2串行口1為方式2、獨(dú)立波特率發(fā)生器9600、允許接收中斷。當(dāng)串口1接收到pc機(jī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入中斷處理程序,檢測接收到的數(shù)據(jù)以此來區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)是屬于哪種控制信號(hào)。 配置stc12c5a60s2脈寬調(diào)制pwm為8位、無中斷。主程序中循環(huán)執(zhí)行pwm()函數(shù)實(shí)時(shí)更改pwm定時(shí)器ccap1l、ccap1h的值,實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。1.主程序 主

18、程序主要功能為系統(tǒng)初始化,定時(shí)器0的初始化和主循環(huán)等。流程圖如圖13所示 圖13 系統(tǒng)主程序流程圖2.串口中斷發(fā)送程序 本系統(tǒng)的串口通信指的是單片機(jī)與上位機(jī)(pc機(jī))之間的串口通信,該通信主要用于測速模塊的調(diào)試以及在測量轉(zhuǎn)速時(shí),單片機(jī)能從上位機(jī)(pc機(jī))接收數(shù)據(jù)或者能將數(shù)據(jù)發(fā)回給上位機(jī)(pc機(jī)),以便觀察電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)情況,或者獲得我們所需要的數(shù)據(jù)。 如圖14所示,在本設(shè)計(jì)中,采用的是stc12c5a60s2芯片的串口uart0來與pc機(jī)進(jìn)行串口通信。在串口uart0的配置中,定時(shí)/計(jì)數(shù)采用方式2是將兩個(gè)8位計(jì)數(shù)器th1和tl1分成獨(dú)立的兩個(gè)部分,組成一個(gè)8位可自動(dòng)再裝入的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,由tl1作

19、為8位計(jì)數(shù)器,th1作為計(jì)數(shù)初值寄存器,設(shè)置初值時(shí)同時(shí)送th1和tl1,當(dāng)tl1計(jì)數(shù)滿回0產(chǎn)生溢出,不僅置位tf1,而且控制th1中的初值重新裝入tl1,繼續(xù)下一輪計(jì)數(shù),此信號(hào)送串行通信系統(tǒng),以設(shè)置串行通信波特率,波特率設(shè)置公式如式所示:波特率2 smod*溢出率/32 。 圖14 串口發(fā)送程序流程圖 3.串口中斷接收程序 上位機(jī)控制單元解擴(kuò)出1bit數(shù)據(jù)后,產(chǎn)生一次中斷。接收時(shí)首先采用16bits接收窗口、1bit滑動(dòng)方式來接收通信的同步幀頭0x09、0xaf,幀頭接收成功后,后續(xù)數(shù)據(jù)按每8bits一個(gè)字節(jié)的方式進(jìn)行截取,得到傳送的有效數(shù)據(jù),同時(shí)將得到的有效數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在緩沖單元中;接收過程中,

20、按有關(guān)的通信協(xié)議進(jìn)行地址判別、長度接收、校驗(yàn)計(jì)算。地址相同的模塊對(duì)符合通信協(xié)議的數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)答,轉(zhuǎn)入發(fā)送態(tài)。程序流程圖如圖15所示。 圖15 串口接收程序流程圖4.a/d轉(zhuǎn)換程序 a/d轉(zhuǎn)換程序主要用于電機(jī)速度的輸入模擬信號(hào)的采集與轉(zhuǎn)換。程序流程圖如圖16所示。 圖16 a/d轉(zhuǎn)換程序流程圖5.pwm輸出程序 pwm控制?脈沖寬度調(diào)制技術(shù),即通過一系列脈沖的寬度調(diào)制來等效地獲得所需的波形(含形狀和幅值),程序主要用于控制電機(jī)轉(zhuǎn)速,他通過主程序的反饋算法計(jì)算出來,然后調(diào)整脈沖寬度來控制電機(jī)。程序流程圖如圖17所示。 圖17 pwm輸出程序流程圖6.定時(shí)器0中斷服務(wù)程序定時(shí)器0中斷程序主要用于1秒定

21、時(shí)、轉(zhuǎn)速的計(jì)算、a/d值采集以及上位機(jī)顯示刷新。程序流程圖如圖18所示。 圖18定時(shí)器0中斷服務(wù)程序流程圖系統(tǒng)調(diào)試及性能分析1. 系統(tǒng)硬件調(diào)試1.1如圖19為系統(tǒng)測速電路的采樣波形 圖19 經(jīng)整形后的速度脈沖波形1.2串口收發(fā)數(shù)據(jù)調(diào)試 串口電路是連接pc機(jī)與通信模塊的橋梁,可借助串口調(diào)試助手對(duì)所設(shè)計(jì)的串口通信電路和通信模塊進(jìn)行測試。如圖5.1所示,通過串口調(diào)試助手,向端口分別發(fā)送數(shù)據(jù)0x01、0x02、0x03、0x04、0x05數(shù)據(jù)經(jīng)串口電路被單片機(jī)接收,將數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)判斷,決定是開啟顯示和電機(jī)還是正反轉(zhuǎn)或是停止,同時(shí)將所出狀態(tài)及電機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)送回來,在串口調(diào)試助手的接收窗口上可以看到接收到的數(shù)

22、據(jù)。串口調(diào)試如圖20所示。 圖20 電機(jī)轉(zhuǎn)速及對(duì)應(yīng)的電壓顯示數(shù)據(jù)1.3實(shí)物展示 圖22 系統(tǒng)實(shí)物圖2.系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)處理2.1利用matlab對(duì)電機(jī)兩端電壓和轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合 實(shí)型電壓數(shù)據(jù):votlage_v1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.41 3.49 3.61 3.71 3.8 3.9 4 4.1 4.21 4.3 4.4 4.51 4.6 4.7 4.8 4.9 5; 整型電壓數(shù)據(jù):votlage_d77,82,87,92,97,102,108,113,118,123,1

23、28,133,138,143,148,153,159,164,169,175,179,185,190,195,200,205,210,216,220,225,231,236,241,246,251,255; 測得速度數(shù)據(jù):speed12,17,22,27,33,42,45,48,53,58,62,65,69,73,76,80,83,87,89,93,96,99,101,103,106,109,111,113,116,119,122,125,128,133,140,144; matlab擬合命令:ppolyfitvotlage_v,speed,1;speed_poly1p1*votlage_v+

24、p2;qpolyfitvotlage_d,speed,1;speed_poly2q1.*votlage_d+q2;figure1plotvotlage_v,speed,or,votlage_v,speed_poly1;grid ontitle電壓v-轉(zhuǎn)速r/sfigure2plotvotlage_d,speed,or,votlage_d,speed_poly2;grid on title電壓d-轉(zhuǎn)速r/s 擬合曲線如圖21所示: 圖21 電壓?速度曲線如圖21所示,電機(jī)電壓與轉(zhuǎn)速基本成正比關(guān)系,所以可以按最小二乘法進(jìn)行線性擬合,得到電壓與轉(zhuǎn)速關(guān)系式為:(1)電壓為實(shí)型,轉(zhuǎn)速34.5178*電壓

25、v -28.91,其中(a34.5178,b-28.91);(2)電壓為整型,轉(zhuǎn)速0.67373*電壓d-28.8715,其中(a0.67373b-28.8715);上面兩個(gè)關(guān)系式將作為電機(jī)控制的基本數(shù)學(xué)模型,有軟件算法實(shí)現(xiàn)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速對(duì)輸入電壓的跟蹤。2.2 不同轉(zhuǎn)速設(shè)定值下電機(jī)對(duì)應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)速及誤差如表1輸入轉(zhuǎn)速輸出轉(zhuǎn)速 絕對(duì)誤差輸入轉(zhuǎn)速輸出轉(zhuǎn)速 絕對(duì)誤差1213-17680-41719-28078-22219383812272528789-2333308993-4424029397-445423969424849-1999905355-2101102-15859-1103104-16262

26、0106105165632109112-36971-211111107376-31131121116119-312512501191172128130-2122126-41331312 表1 電機(jī)轉(zhuǎn)速誤差表 2.3 電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速誤差曲線 圖 23 電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速相對(duì)電壓絕對(duì)誤差曲線 圖 24 電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速相對(duì)電壓的相對(duì)誤差曲線 2.4 系統(tǒng)性能分析 對(duì)上面圖23、圖24兩個(gè)誤差曲線分析可以得出以下結(jié)論,一方面,當(dāng)電機(jī)兩端的電壓在1.5v4.8v范圍了變化時(shí),電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化范圍在12r/s134r/s(即720r/mint8040r/mint)之間變化,當(dāng)電機(jī)兩端的電壓在1.5v以下時(shí),電機(jī)無法驅(qū)

27、動(dòng),為電機(jī)的死區(qū)電壓,電機(jī)轉(zhuǎn)速變化基本符合實(shí)際情況。 另一方面,由于本系統(tǒng)自身設(shè)計(jì)本省存在著多種缺陷,所以測式結(jié)果產(chǎn)生了一定的誤差,電機(jī)轉(zhuǎn)速的絕對(duì)誤差基本在6v以下,其相對(duì)誤差根據(jù)兩端電壓范圍的不同呈現(xiàn)不同的趨勢,當(dāng)電壓在1.5v1.8v左右,即電機(jī)轉(zhuǎn)速50r/s時(shí),電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速的相對(duì)誤差16%,當(dāng)電機(jī)兩端電壓在1.8v4.8v左右,即電機(jī)轉(zhuǎn)速60r/s時(shí),電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速的相對(duì)誤差8%。所以系統(tǒng)綜合性能基本能滿足設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)心得 課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)我們實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。 本次的課程設(shè)計(jì)是基于運(yùn)用所學(xué)單片

28、機(jī)技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)等方面的知識(shí),設(shè)計(jì)電機(jī)調(diào)速與控制系統(tǒng),很好的結(jié)合了當(dāng)今工業(yè)直流電機(jī)方面的實(shí)際應(yīng)用,相對(duì)于前幾學(xué)期的課程設(shè)計(jì),這次的題目綜合性更高、設(shè)計(jì)難度更大、實(shí)用性更強(qiáng),是對(duì)我們所學(xué)專業(yè)知識(shí)如單片機(jī)原理及接口技術(shù)、傳感器與檢測、c語言程序設(shè)計(jì)、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理等課程知識(shí)的綜合檢驗(yàn)與應(yīng)用,很好的鍛煉了我們從單一模塊到系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試能力的轉(zhuǎn)變與提高,同時(shí)也讓增強(qiáng)了我們直流電機(jī)控制原理與應(yīng)用有了更深的認(rèn)識(shí)和體會(huì)。 回顧起此次課程設(shè)計(jì),至今我仍感慨頗多,從選題到定稿,從理論到實(shí)踐,我們小組都付出了很多努力,也收獲了很多,在此次設(shè)計(jì)中不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí),而且學(xué)到了很多在書

29、本上所沒有學(xué)到過的知識(shí)。通過這次課程設(shè)計(jì)也使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性,只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來,從理論中得出結(jié)論,才能做出實(shí)際的有用的東西,從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。通過這次課程設(shè)計(jì)還鍛煉了我們的團(tuán)隊(duì)合作精神,只有大家在分工明確的基礎(chǔ)上齊心協(xié)力,才能使團(tuán)隊(duì)獲得成就。 在這次設(shè)計(jì)的過程中我們也遇到了很多困難,尤其是我們小組有兩個(gè)人都要考研,時(shí)間特別緊迫,還有就是這次在電機(jī)的控制其設(shè)計(jì)和測速模塊的設(shè)計(jì)上都遇到了很大的問題,但是我們?cè)诶蠋煹闹笇?dǎo)下,我們小組積極討論,分工合作,合理安排時(shí)間,通過查閱資料學(xué)習(xí)相關(guān)的知識(shí),逐步突破了每一個(gè)技術(shù)

30、難關(guān),最后比較好的獨(dú)立的完成了這次設(shè)計(jì)。 通過這次課程設(shè)計(jì),我更發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足之處,對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻,掌握得不夠牢固,而且缺少自主分析問題的能力,碰到問題后有一種和逃避依賴心理。也讓我明白做電子類設(shè)計(jì)每一步都要細(xì)心嚴(yán)謹(jǐn),不能馬虎。參考文獻(xiàn)1.李朝青編.單片機(jī)原理及接口技術(shù)簡明修訂版.北京航空航天大學(xué)出版社,19982.胡向東編傳感技術(shù).重慶大學(xué)出版社,2006年第1版。3. 譚浩強(qiáng) c語言程序設(shè)計(jì). 北京:清華大學(xué)出版社,2002。8. 后閑哲也編 單片機(jī)c程序設(shè)計(jì)與實(shí)踐叢書 北京航空航天大學(xué)出版社 2008。附錄程序:#include #include #include

31、 stc_new_8051.htypedef unsigned charint8u;typedef unsigned int int16u;typedef unsigned int int8;/以下選擇 adc 轉(zhuǎn)換速率,只能選擇其中一種 /speed1 speed0 a/d轉(zhuǎn)換所需時(shí)間#define ad_speed0x60 / 0110,00001170 個(gè)時(shí)鐘周期轉(zhuǎn)換一次, / cpu工作頻率21mhz時(shí) a/d轉(zhuǎn)換速度約 300khz/#define ad_speed0x40 /0100,000010 140 個(gè)時(shí)鐘周期轉(zhuǎn)換一次/#define ad_speed0x20 /0010,0

32、00001 280 個(gè)時(shí)鐘周期轉(zhuǎn)換一次/#define ad_speed0x00 /0000,000000 420 個(gè)時(shí)鐘周期轉(zhuǎn)換一次/#define uchar unsigned char /#define uint unsigned int#define p2m00x00#define p2m10x00#define p0m00x00#define p0m10x00sbit caijip22; sbit led0p20; sbit led1p21;int8 flag_uart0,flag_on0,flag_x0,flag_xianshi0,flag_ad0,n10;int8 ad_vall

33、0,ad_val0,moto_speed0,shudu0,shisu0;int8u rec,cont0,cont20; /串口、計(jì)數(shù)器變量float ad_fl,a10,a20,b10,b20;int8u get_ad_resultint8u channel; /ad轉(zhuǎn)換函數(shù)聲明void delay0int8u delay_time; /延時(shí)函數(shù)聲明void delaychar xms;void delay0int8u delay_time; / 延時(shí)函數(shù)void timer_init /定時(shí)器計(jì)數(shù)器初始化函數(shù)tmod0x21;th065536-50000/256;tl065536-50000

34、%256;th10xfd; tl10xfd; tr11; et01;sm00; sm11; ren1; ea1;es1;void ad_init / 單片機(jī)ad 初始化函數(shù)p1asf0x01; /1111,1111, 將 p1 置成模ad auxr1 & 0x04; /0000,0100, 令 adrj0 adc_contr | 0x80; /1000,0000 打開 a/d 轉(zhuǎn)換電源 void pwm_init/ 單片機(jī)pwm相關(guān)寄存器 初始化函數(shù)ccon0; cl0;ch0;cmod0x00; pca_pwm00x00; ccapm00x42;epcnl1, ccapnlffh 時(shí)pwm固

35、定輸出低 */;pca_pwm10x00;ccapm10x42;cr1; void pwmint8 aint8 xx;xx256-a; ccap0hccap0l0+xx;/p13 ccap1hccap1l256-xx-5;/p14int8 ceshu /速度脈沖檢測函數(shù) ifcaiji0n11; ifcaiji1&n11 /脈沖上升沿檢測 shudu+; n10; return shudu;void uartint8 a,int8 b,float c/串口函數(shù)ifflag_uart1/串口顯示標(biāo)志判斷flag_uart0; es0;ti1; switchflag_on /顯示模式及電機(jī)狀態(tài)控制

36、命令判斷 case 0: putsturn on n; led00;led11; tr01; _nop_;_nop_;_nop_;_nop_;break; case 1: _nop_;_nop_; led00;led10;_nop_;_nop_; led01;led10;break;case 2:_nop_;_nop_;led00;led10;_nop_;_nop_; led00;led11; break;case 3: printfturn off n; led00;led10; tr00;break;case 4: putserror!n; break; while!ti;ti0; es1; ifflag_xianshi1 /串口顯示標(biāo)志判斷 flag_xianshi0;