基于單片機(jī)控制的PWM直流調(diào)速系統(tǒng)的研究

丁洪義

（佛山市順德區(qū)立創(chuàng)電子有限公司 廣東佛山 528000）

摘 要：文章結(jié)合具體操作應(yīng)用，通過(guò)運(yùn)用具有PWM技術(shù)的單片機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向，為直流電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域提供技術(shù)實(shí)現(xiàn)，以期為有關(guān)方面提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；調(diào)速系統(tǒng)；控制

直流電動(dòng)機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)中的主要驅(qū)動(dòng)設(shè)備，隨著當(dāng)下電力電子技術(shù)及單片機(jī)應(yīng)用的發(fā)展，基于單片機(jī)控制的PWM直流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用開(kāi)始在使用中推廣。通過(guò)單片機(jī)的輸出電壓可以改變直流電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而改變風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)速度及轉(zhuǎn)動(dòng)方向，具有一定的研究應(yīng)用作用。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

該控制系統(tǒng)是由AT89C52單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路、直流電機(jī)、彈性按鍵、晶體管等組成。對(duì)于直流電機(jī)的控制采用的是典型的H橋驅(qū)動(dòng)電路。該電路中含有4個(gè)三極管和一個(gè)直流電機(jī)。系統(tǒng)原理圖如圖1所示：

用直流電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)。用單片機(jī)的P1.0、P1.1引腳來(lái)控制直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，當(dāng)P1.0引腳是高電平、P1.1引腳是低電平的時(shí)候，會(huì)將4個(gè)三極管中左上對(duì)角線的一對(duì)導(dǎo)通，這時(shí)電流從左向右流過(guò)直流電機(jī)，此時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)P1.0引腳是低電平、P1.1引腳是高電平的時(shí)候，會(huì)將4個(gè)三極管中右上對(duì)角線的一對(duì)導(dǎo)通，這時(shí)電流從右向左流過(guò)直流電機(jī)，此時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)。通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而改變風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。

利用彈性按鍵S1來(lái)調(diào)整風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。當(dāng)?shù)谝淮伟聪掳存IS1時(shí)，直流電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)诙伟聪掳存IS1時(shí)，直流電機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)谌伟聪掳存IS1時(shí)，直流電機(jī)又回到第一次的正轉(zhuǎn)，依次反復(fù)。

利用單片機(jī)提供的PWM電壓來(lái)控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。利用彈性按鍵S2來(lái)控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速有三檔：低檔、中檔和高檔。單片機(jī)引腳分別輸出占空比為30%、50%和70%的脈寬調(diào)制信號(hào)PWM就可以讓風(fēng)扇風(fēng)速處于低檔、中檔和高檔。當(dāng)?shù)谝淮伟聪掳存IS2時(shí)，風(fēng)扇處于低檔運(yùn)行，當(dāng)?shù)诙伟聪掳存IS2時(shí)，風(fēng)扇處于中檔運(yùn)行，當(dāng)?shù)谌伟聪掳存IS2時(shí)，風(fēng)扇處于高檔運(yùn)行，依次循環(huán)，根據(jù)按鍵S2被按下的次數(shù)來(lái)循環(huán)選擇風(fēng)速檔位。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在程序中設(shè)置變量flag，表示轉(zhuǎn)向標(biāo)志位，flag=0表示電機(jī)正轉(zhuǎn)，flag=1表示電機(jī)反轉(zhuǎn)，首先檢測(cè)按鍵S1是否按下，然后延時(shí)10ms左右去除按鍵抖動(dòng)，再次檢測(cè)按鍵S1是否按下，如果按鍵S1確實(shí)按下，通過(guò)語(yǔ)句flag=～flag改變電機(jī)轉(zhuǎn)向。

檢測(cè)按鍵S2是否按下，然后延時(shí)10ms左右去除按鍵抖動(dòng)，再次檢測(cè)按鍵S2是否按下，如果按鍵S2確實(shí)按下，然后統(tǒng)計(jì)一下按鍵S2按下去的次數(shù)，用switch case語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇低檔、中檔和高檔三檔的轉(zhuǎn)換，如果按鍵S2按下去一次，那么風(fēng)扇在低檔運(yùn)行，如果按鍵S2按下去兩次，那么風(fēng)扇在中檔運(yùn)行，如果按鍵S2按下去三次，那么風(fēng)扇在高檔運(yùn)行。

隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，很多單片機(jī)都有內(nèi)置PWM模塊。有些51單片機(jī)內(nèi)部沒(méi)有PWM模塊，因此本設(shè)計(jì)采用軟件模擬法，這種方法簡(jiǎn)單實(shí)用，缺點(diǎn)是占用CPU的大量時(shí)間。本任務(wù)是采用AT89C52單片機(jī)輸出不同的PWM脈寬調(diào)制信號(hào)來(lái)控制風(fēng)扇風(fēng)速。單片機(jī)讀取連接到P3.3引腳上的按鍵S2的狀態(tài)，判斷是請(qǐng)求低檔、中檔還是高檔，來(lái)調(diào)整PWM電平信號(hào)的占空比，以達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)扇風(fēng)速的目的。PWM的占空比越大，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度越快；PWM的占空比越小，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度越慢。風(fēng)扇低中高三檔的實(shí)現(xiàn)可以通過(guò)單片機(jī)P1.0、P1.1引腳輸出不同占空比值的脈寬調(diào)制信號(hào)PWM來(lái)實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)將PWM占空比為30%時(shí)所對(duì)應(yīng)的風(fēng)扇檔位設(shè)置為低檔（弱風(fēng)），將PWM占空比為50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的風(fēng)扇檔位設(shè)置為中檔（舒適風(fēng)），將PWM占空比為70%時(shí)所對(duì)應(yīng)的風(fēng)扇檔位設(shè)置為高檔（強(qiáng)風(fēng)）。以風(fēng)扇正轉(zhuǎn)、高檔為例講述PWM，讓P1.0引腳輸出高電平，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，然后持續(xù)一段時(shí)間t1；讓P1.0引腳輸出低電平，電機(jī)停轉(zhuǎn)，然后再持續(xù)一段時(shí)間t2，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間t1與電機(jī)停轉(zhuǎn)持續(xù)時(shí)間t2的比值為70%，此時(shí)PWM的占空比就是70%，風(fēng)扇風(fēng)速被設(shè)置在高檔。

本系統(tǒng)部分程序如下所示：

void pwm3（）//函數(shù)功能：輸出占空比為70%的脈寬調(diào)制信號(hào)（正轉(zhuǎn)、高檔）

{ D JB=0；

D JA=1；//電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)

delay（1680）；//延時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)長(zhǎng)

D JA=0；//電機(jī)停轉(zhuǎn)

delay（720）； //延時(shí)，調(diào)整電機(jī)停轉(zhuǎn)的時(shí)長(zhǎng)}

switch（number）

{ case 0x01：pwm1（）；break；//低檔，弱風(fēng)

case 0x02：pwm2（）；break；//中檔，舒適風(fēng)

case 0x03：pwm3（）；break；//高檔，強(qiáng)風(fēng)

default：；}

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)將單片機(jī)作為控制器，操作直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)速，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)方向和速度的控制。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，可以方便地用于直流電機(jī)的調(diào)控，有較好的實(shí)用價(jià)值，可為后續(xù)產(chǎn)品的研發(fā)做好基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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