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基于单片机的单相齿轮减速同步电机控制系统
作者：陶晓玲 姚竹亭 刘春力 来源：《电子世界》2012年第15期
【摘要】本控制系统是基于STC89C51单片机对继电器吸合与否进行控制进而实现电机控制的，继电器吸合的同时对应电机的开始转动，当继电器断开的时候电机也停止转动。本系统主要对电机上电瞬时的状态进行控制，以免电机处于不受控的状态发生事故，实现了电机的实时控制。本控制系统集成了电机控制、上电稳态控制电路、按键扫描、串口通信等功能，具有很强的实用性。
【关键词】单片机；齿轮减速同步电机；控制系统；实时控制 1.引言
单片机实现的电机控制系统[1]具有成本低、使用灵活的特点，齿轮减速同步电机[2]是由永磁同步电动机和减速机构合成一体的可控制正反的同步电动机，具有功耗小、力矩大、噪音低、体积小、重量轻、使用方便的特点。在额定频率下电机转速不受电压影响，保持稳定不变。单片机通过向电机驱动电路发送控制信号就能实现对电机的控制，操作方便灵活。 单片机是一个弱电器件，一般情况下它们大都工作在5V甚至更低。驱动电流在mA级以下，而要把它用于一些大功率场合，比如控制电动机，显然是不行的。所以，就要有一个环节来衔接，这个环节就是所谓的“功率驱动”。在这里，继电器驱动[3]包含有两个意思：一是对继电器进行驱动，因为继电器本身对于单片机来说就是一个功率器件；还有继电器去驱动其他负载，所以继电器驱动就是单片机与其他大功率负载接口。
基于STC89C51的单相齿轮减速同步电机控制系统[4]主要包括：电机控制部分、按键扫描和串口通信等，电机控制系统就依靠继电器驱动。 2.设计思路
该系统集成了电机控制、上电稳态控制电路、按键扫描、串口通信等功能，其设计难点：上电瞬时控制[5]。
●电机控制：给电机供电，控制电机正转与反转；
●上电瞬时控制：在上电后，CPU程序工作前，各继电器控制端处于不稳定状态，故设计此单元，使继电器处于可控状态，避免电机的误动作；
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●RS232通信：用于实现对结构部分的远程命令控制； ●按键单元：人机交互接口，控制升降系统动作。 3.原理框图
由原理框图3.1可看出，220V与12V电源上电后，12V转换成5V供电，CPU控制电路开始工作，通过按键控制相应的动作，使继电器吸合，控制电机转动。 4.硬件设计各单元电路详解 4.1 电源单元
电源单元[6]负责系统的供电，包括220V电源和12V电源，以及用三端集成稳压器LM7805将输入的12V电源转换成5V为芯片供电。板上设置电源指示灯D1，C27、C28为（低频）滤波电容，C29可以起到滤除高频噪声的作用，R23为二极管D1限流电阻（如图3.2）。
4.2 RS232通信单元
如图3.3所示：U7为SP232EEP芯片，将U7的“T2IN”、“R2IN”与STC89C51RC的“TX”、“RX”引脚相连，“T2OUT”、“R2OUT”与DB9的“TX”、“RX”相连，进行数据的收发，给STC89C51RC下载控制程序或通过DB9进行通信[7]。 4.3 按键控制单元
如图3.4所示：J11为按键，分别与STC89C51RC的P2.3、P2.2、P2.1和P2.0相连进行控制。电路中电容为去抖电容。 4.4 电机控制单元 4.4.1 继电器控制部分 如图3.5所示：
J15为主电机，J18为从电机；
J15为主电机接口，由J14和J16两个继电器控制，J14控制主电机正转，J16控制主电机反转；
J18为从电机接口，由J17和J19两个继电器控制，J17控制从电机正转，J19控制从电机反转；