基于红外遥控的电机控制系统设计与实现(2)

功率晶体管速度控制系统、直流发电机供电速度控制系统及晶体管直流脉宽调速系统等。

图1-1 直流电动机机械特性曲线 图1-2 电枢电压“占空比”与平均电压关系

1.2 PWM基本原理及其实现方法

1.2.1 PWM基本原理

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。PWM可以应用在许多方面，如电机调速、温度控制、压力控制等。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。因此，PWM又被称为“开关驱动装置”。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。设电机始终接通电源时，电机转速最大为Vmax,设占空比为D=t1/T，则电机的平均速度为:

Vd=Vmax*D (1.2）

式中，Vd----电机的平均速度；

Vmax----电机全通电时的速度（最大）； D=t1/T----占空比。

由公式1-2可见，当我们改变占空比时D=t1/T，就可以得到不同的电机平均

第 6 页 共 50 页

速度 ，从而达到调速的目的。严格地讲，平均速度Vd与占空比D=t1/T并不是严格的线性关系，在一般的应用中，可以将其近似地看成线性关系.

1.2.2 实现方法

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。硬件方法的实现已有很多文章介绍，这里不做赘述。本文主要介绍利用单片机对PWM信号的软件实现方法。STC89C51单片机具有两个定时器T0和T1。通过控制定时器初值T0和T1，从而可以实现输出口输出不同占空比的脉冲波形。由于PWM信号软件实现的核心是单片机内部的定时器，而不同单片机的定时器具有不同的特点，即使是同一台单片机由于选用的晶振不同，选择的定时器工作方式不同，其定时器的定时初值与定时时间的关系也不同。因此，首先必须明确定时器的定时初值与定时时间的关系。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：

t1?(2n?T?)?N (1.3） f?106式中，T---- 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。

1.3 控制程序设计

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M'个单位时间，所以M'=t2/t0 。改变M和M'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

第 7 页 共 50 页

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。如图2-12所示，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P2.6或P2.7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P2.6或P2.7输出高低电平时的占空比，从而可以控制P2.6或P2.7输出高低电平时的延时时间，进而控制电压的大小来决定直流电机转速。

1.4 研究背景

随着社会的发展，各种智能化的产品日益走入寻常百姓家。为了实现产品的便携性、低成品以及对电源的限制，小型直流电机应用相当广泛。对直流电机的速度调节，我们可以采用多种办法，本文在给出直流电机调整和PWM实现方法的基础上，提供一种用单片机软件实现PWM调速的方法。

1.5 论文研究的目的与意义

1.5.1 目的

对基于STC89C51单片机实现直流电机调速系统进行研究和设计，能够在红外遥控器不同的按键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STC89C51系列单片机的直流电机PWM的调速设计。

1.5.2 意义

(1) 直流电动机有良好的起动、制动性能, 宜于在广范围内平滑调速, 至今在金属切削机床、造纸机等需要高性能可控电力拖动的领域中仍有广泛的应用。直流调速系统在不断发展, 尤其是近年来, 国内外各厂家竞相推出全数字直流调速装置, 使得直流调速系统在理论和实践方面都迈上了一个新的台阶。以往的直流调速装置是全模拟式设备。变电压调速是直流调速的主要方法, 常用晶闸管

第 8 页 共 50 页

可控整流器做可控直流电源。这些旧设备急待更新改造。另外, 目前高等院校的电力拖动自动控制系统的实验教学, 还采用全模拟式的实验设备, 尚无适合于教学的全数字式直流调速实验装置, 有待于开发。

(2) 本文研究的基于STC89C51单片机的直流电机PWM调速系统属于微机控制领域，通过对单片机的学习和研究对自己以后从事硬件产品的开发有一定的实际指导意义。

(3) 将所学的知识理论和实践想结合，为以后再此基础上结合相关领域设计智能化产品和改进某些产品性能具有很好的实践意义。

第 9 页 共 50 页

第二章 系统硬件设计

2.1 系统方案

本设计以STC89C51单片机为核心，以红外遥控器的5个按键作为输入达到控制直流电机的停止、加速、减速、正转、反转。在设计中，采用PWM技术对电机进行控制，通过对占空比的改变达到调速的目的。

2.2设计要求

（1）能实现通过调节给定的电压对直流电机的速度及转向控制。 （2）通过按钮能实现直流电机的加速、减速、等变速及转向控制。

2.3 功能简介

直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，调速范围广；过载能力大，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速起动、停止和反转；能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求。电动机调速系统采用微机实现自动控制，是电气传动发展的主要方向之一。采用微机控制后，整个调速系统实现自动化，结构简单，可靠性高，操作维护方便，电动机稳态运转时转速精度可达到较高水平，静动态各项指标均能较好地满足工业生产中高性能电气传动的要求。由于单片机性能优越，具有较佳的性能价格比，所以单片机在工业过程及设备控制中得到日益广泛的应用。PWM调速系统与可控整流式调速系统相比有下列优点：由于PWM调速系统的开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可获得平稳的直流电流，低速特性好：同样，由于开关频率高，快速响应特性好，动态抗干扰能力强，可以获得很宽的频带；开关器件只工作在开关状态，主电路损耗小，装置效率高。本文所介绍的系统就是一个采用典型的开环调速原理组成的单片机PWM调速系统。

第 10 页 共 50 页

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库基于红外遥控的电机控制系统设计与实现(2)在线全文阅读。