直流電機轉速及電流檢測顯示系統設計

林家泉,穆 欣,周賢民,周峻名

（中國民航大學,天津 300300）

1 引言

小型直流電機廣泛應用于各種控制場合，作為機電能量轉換的裝置，直流電機把電能轉換成機械能，拖動設備旋轉或是通過機構變換實現設備的直線運動[1]，其應用非常廣泛，比如電動車、磁盤驅動器、打印機等設備中都有直流電機的應用，對直流電機進行控制需要對轉速、電流信息進行檢測，本文給出了所設計的直流電機轉速、電流檢測顯示系統，為直流電機控制硬件平臺設計提供參考。

2 硬件方案

總體方案包括：直流電機驅動、速度檢測、電流檢測、參數顯示、單片機控制。系統框架如圖1所示。

圖1 系統框架

2.1 系統控制器CPU

對于系統的CPU處理器，采用51系列的STC89C52單片機，該款單片機有如下特性： 增強8051型，工作頻率范圍：0～40MHz，片上有8K的程序存儲空間和512字節的運行RAM。可ISP編程，通過串口直接下載用戶程序，共3個16位定時計數器，其中定時器0可以當成2個8位的定時器用，四路外部中斷，Pow er Dow n模式可由外部中斷低電平觸發中斷喚醒，通用異步串行口(UART)可用定時器軟件實現多個UART。

2.2 電機驅動

用L298N直流電機雙全橋控制芯片作為直流電機的主控驅動芯片[2-3]，該芯片輸出電流可達4A，最高驅動電壓可達46V。可同時控制兩個直流電機或者一個步進電機， L298N的輸入端中， IN0、IN1和IN2、IN3分別控制一號和二號電機的正轉、反轉、停轉制動，ENA、ENB分別為兩個電機的使能端，可以接單片機送來的PWM信號從而可以改變電樞電壓有效值，實現轉速改變，方便單片機控制。

2.3 速度檢測

速度檢測，有多種方法可以實現，比如測速發電機，光電編碼器，光電對管[4]，使用光電對管來獲取轉子的轉速，這種方法實現起來簡單，成本也低，測速也比較準確。其原理是：通過在電機轉軸上安裝一個質輕的鋼圓盤，圓盤的徑向上等間距開有柵縫，圓盤放在光電對管槽的中央，當光電對管一端的紅外信號通過光柵透過到達對面的檢測區時，對面檢測到了有信號過來，就會輸出一個脈沖信號。單片機通過測量這個脈沖信號的頻率就可以近似算出轉子的瞬時轉速。

2.4 電流檢測

電流檢測選擇ACS712ELCTR-05B-T霍爾電流傳感器，這種電流傳感器具有體積小、能將被測電流完全隔離開等優點。這是一款量程為-5A～+5A的線性霍爾電流傳感器，具有185m v/A的輸出靈敏度，80KHz帶寬。

2.5 參數顯示

顯示模塊選用的是LCD1602,共兩行每行可顯示16個ASCII字符，單片機只需向其顯示寄存器發送預顯示字符的ASCII碼，就會在顯示屏上輸出對應的字符。 本文所設計的直流電機轉速、電流檢測及顯示系統實物圖如圖2所示。

圖2 直流電機轉速、電流檢測及顯示系統

3 實驗驗證

在所設計的硬件平臺上，對一個6V永磁直流電機進行了驅動實驗，直流電機的控制采用轉速負反饋控制，將速度給定與速度反饋進行比較，轉速偏差送入轉速調節器進行比例積分運算，轉速調節器的輸出控制L298N芯片，調節直流電機的電壓，進而控制轉速。實驗結果如表1所示，實驗結果表明所設計的系統是有效的。

表1

4 結論

本文設計了一個直流電機速度電流采樣顯示系統， CPU處理器采用STC89C52單片機，用L298N直流電機雙全橋控制芯片作為直流電機的主控驅動芯片，使用光電對管來獲取轉子的轉速，電流檢測選擇基于霍爾效應的ACS712ELCTR-05B-T霍爾電流傳感器，顯示模塊選用的是LCD1602，實驗結果表明所設計系統的有效性。

[1] 廖曉鐘,劉向東.控制系統分析與設計[M] .北京:清華大學出版社,2010:34-35．

[2] 李昂,易璋,張全紅.永磁直線無刷直流電動機控制系統[J] .微特電機,2006(09):22-24．

[3] 石山,劉志東,崔曉锃.基于PWM 控制的無刷直流電動機設計分析[J] .微特電機,2012(07):12-14.

[4] 范磊磊,等.L297+L298芯片在步進電動機中的應用[J] .微特電機,2012(10):58-61.