大 连 民 族 学 院 本 科 毕 业 设 计（论 文）
直流电机控制系统的设计
学 院（系）： 信息与通信工程学院 专 业： 电子信息工程 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 2012.6.10
直流电机控制系统的设计
摘要
当今，在各行业中自动化控制系统已经取得了较为广泛的发展和应用，而在现在的规模化生产中，电器传动技术以直流驱动控制技术为主流有着重要作用。一直以来，因直流电动机其转速在调节上比较灵活，调节方法简单，大范围的平滑调速较容易，控制方面性能更好等特点，所以在传动领域中拥有不可动摇的地位。它在工业机器人、数控机床、等工厂设备自动化中得到广泛应用。在现代化的生产中，随着规模的不断扩大，各行各业对直流电机在技术上和数量上的需求也越来越大，并在性能上要求也更高。因此，研究出高可靠性、高性能的直流电机控制系统，并且制造出高水平的系统就有着非常现实和重要的意义。
本文设计开发了一套基于AT89s52单片机的直流电机多速控制系统，作为其配套的试验装置。论文根据系统的要求完成了系统选型和整体方案设计，针对所设计的控制方案对控制系统的软件、硬件设计作了详细论述。先在硬件部分作了整体设计，然后介绍了以AT89S52单片机为核心的硬件构成，对调速电路、测量电路、闭环检测电路和显示电路等作了详细阐述;软件部分采用模块化的论文设计方法，绘制了相应模块的工作流程图。论证讲述了软件部分的设计方法和思想;成功的实现了对直流电动机转动参数的设置、停止、启动、减速、加速、反转、正转以及显示等功能。为了降低系统成本、简化系统构成、增强系统性能、满足更多场合的应用的需要，我们选择使用AT89S52芯片进行直流电动机控制系统的相关设计。
为了解决在恶劣的环境中，直流电机受干扰严重的问题，我们需要从软件设计，硬件设计、等多个方面来对系统进行抗干扰的综合设计，并同时使用多种硬件和软件技术来改善和提高系统对干扰的抵抗能力，这样才能有效地增加系统的可靠性能和实用性能。最后，实验的运行结果也表明，系统实现了电机的高精度多速度控制，达到了性能指标要求。
关键词：AT89S52：L298：PWM调速
- I -
直流电机控制系统的设计
Abstract
Nowadays，automatic control systems have been widely used and developed in every aspect of life. As the artery in the area of electric drive systems, DC drivers become more and more important modern production. For a long time, DC motor has possessed the main role in the area of electric drive because of its neatly adjustment, simple method and smooth timing in a wide range,besides,its control performance is excellent. DC motor is widely used on the automatic equipments ,such as CNC and industrial robot. As the scale of production becomes larger and larger the demand and requirements become higher and higher,so the research on improving the DC controlling system behavior has important sense.
This paper system of DC motor multiple speeds based on STCMCU is designed,as its necessary test equipment. It finished the total project design of system and model selection. The hardware and software design of the system according to the preceding solutions are discussed detailed. For the hardware part after a dissertation on the whole design，the core hardware of the control system is the STCMCU,the paper introduced the details of some hardware problem，including input circuit of keyboard，serial communication circuit, measure circuit, D/A switching circuit and display circuit and so on. The method of software planning for it is also discussed. For the software part，with the introduction of modular design concept some procedure flow charts of main program subroutine are offered. The paper designs the software which achieves the functions，such as install parameters, download parameters，startup stop accelerate and decelerate. This new family of STC enables cost—effective design of controllers for DC motors which can fulfill more conditions，consisting of Fewer system components, lower system cost and increased performances.
Aiming at the characteristic of bed environment and serious disturbance，many Kinds of software and hardware technology are applied to improve systematic Anti—interference ability，which comprehensively improve systematic dependability and practicability. It has been proved by experiments that this system can make the high precise and multiple speed motor control come true. Stepping out the performance index is realized. Now this system has been put into experiment.
Key words: AT89S52:L298:PWM speed control
- II -
直流电机控制系统的设计
目录
摘要 ...................................................................... I Abstract ................................................................. II 绪论 ..................................................................... IV 1系统可行性方案分析 ...................................................... 1
1.1 系统整体设计思路框图 .............................................. 1 1.2电机调速类别 ....................................................... 2
1.2.1无极调速 ..................................................... 2 1.2.2有极调速 ..................................................... 2 1.3 电机调速控制方法及分析 ............................................ 2
1.3.1 PWM定义 ..................................................... 2 1.3.2调速原理 ..................................................... 3 1.3.3实现方法 ..................................................... 4 1.4 设计方案比较与分析 ................................................ 4
1.4.1电机调速控制模块 ............................................. 4 1.4.2电机测速模块 ................................................. 5 1.4.3电机速度显示模块 ............................................. 6
2.系统硬件电路设计 ........................................................ 7
2.1硬件原理框图 ....................................................... 7 2.2控制模块 ........................................................... 7 2.3驱动模块 ........................................................... 9 2.4显示模块 .......................................................... 10
2.4.1主要技术参数和性能 .......................................... 10 2.4.2 外形尺寸 .................................................... 11 2.4.3主要功能器件 ................................................ 12 2.5测速模块 .......................................................... 14
2.5.1光电开关简介 ................................................ 14 2.5.2光电开关工作原理 ............................................ 14 2.5.3光电开关基本工作特性 ........................................ 15 2.5.4直流电机测速电路 ............................................ 15 2.5.5速度脉冲信号调理电路 ........................................ 17 2.6整体硬件电路图 .................................................... 17 2.7电机闭环检测系统 .................................................. 17 3.系统软件设计 ........................................................... 18 4.测试结果与分析 ......................................................... 22 结 论 .................................................................... 23 参考文献 ................................................................. 24 附录A程序 ............................................................... 25 致 谢 .................................................................... 33
- III -
直流电机控制系统的设计
绪论
因为直流电机拥有良好的线性调速特性、调速效率高、控制简单、调速性能好及体积小等众多优点，所以在生活中得到了广泛的使用。在常规电机调速控制方法中，电机工作不稳定,损耗也较大,尤其是在低电压轻负荷时这种情况更为严重，而且工作时频率会受电源频率的限制, 所以难以满足高精度的调速要求，不利于广泛推广。如何才能使电路具有成本低、控制精度高、调试修改参数方便，且能方便和灵活地适用于大功率、可靠性高的直流电机控制系统中,这是本次论文中我研究的目的。
本设计开发了一套基于AT89s52单片机的直流电机多速控制系统，我首先根据系统的要求完成了系统方案的选型和整体方案的设计，针对所设计的控制方案对控制系统的软件、硬件设计作了详细的论述。我先在硬件部分作了整体设计，然后介绍了以AT89S52单片机为核心的硬件构成，对调速电路、测量电路、和显示电路等作了详细阐述;软件部分采用模块化的论文设计方法，绘制了相应模块的工作流程图。论证讲述了软件部分的设计方法和思想;成功的实现了对直流电动机转动参数的设置、停止、启动、减速、加速、反转、正转以及显示等功能，如下便是整个论文的整体设计思路框图。
- IV -