基于單片機的直流電機控制

孫偉

眾所周知，在近些年的發展過程中，單片機等微處理器為核心的數字系統已經發展成為當前直流電機最為主流的控制系統。直流電機能夠得到如此廣泛的應用，與直流電機本身在制動、啟動以及調速等等方面的良好性能有著不可分割的緊密聯系，單片機能夠非常精準地控制好直流電機的轉速。

【關鍵詞】單片機 直流電機 控制系統

在工業生產當中，最重要的動力來源之一便是電機。伴隨著社會經濟的飛速發展和科學技術的不斷進步，我國當前的工業生產自動化水平更是有了非常顯著的提升，單片機在自動化工業生產線以及大型自動車床中應用越發廣泛。以下是筆者結合自己多年的相關工作經驗，就單片機的直流電機控制系統進行簡要的剖析。

1 單片機直流電機控制系統原理分析

與其他電動機相比較而言，直流電動機有著比較優良的調速性能，但是，因為機械換向器本身會受到噪聲、電磁以及火花等等因素的干擾，所以，通常會選用模糊PID控制方式，這種方式是模糊控制和PID控制二者結合產生的，有著非常強的抗干擾能力，其不再完全依賴于數學模型，更是在一定程度上對系統設計進行了簡化，全面提升了系統的性能。

2 具體設計分析

此設計想要實現的最終目的，是要完成PWM調速器的正反轉、加減速以及停止等等操作，還有電路的仿真。在操作的過程中，我們將控制電路的最核心部分定在了AT89C51上面，同時會配置不同的驅動以及顯示模塊，進而更好地測量電動機轉速參數，在硬件結構上面，會采用集成電路模塊，簡化硬件電路，提升控制系統的穩定性和可靠性。

2.1 總體設計框圖分析

直流電機PWM調速方案（如圖1所示）。

具體說明：

在整個控制系統里面，AT89C2051是絕對的控制核心，其有三項重要的組成模塊，分別是命令輸入模塊、LCD顯示模塊、電動驅動模塊。關于命令的輸入采用的是中斷的獨立式鍵盤，有了程序的精確控制，直流電機驅動芯片會由單片機準確發送PWM波形，此外，H型驅動電路也會控制電機的正反轉，單片機會持續不停地將從鍵盤當中獲取的數據精確傳送給LCD顯示模塊，這樣一來，我們不僅僅能夠了解其速度，也能夠了解其轉向等等相關提示類信息。

2.2 基于單片機的直流電機單元電路的設計

2.2.1 電機結構

小功率的直流電機由兩個重要的部分組成，分別是定子與轉子。一般在定子上面會裝有磁極，磁極上面會繞有勵磁繞組，轉子則是由硅鋼片疊壓形成，在轉子的外部會有槽，槽中會裝有電樞繞組，繞組會通過換向器以及電刷引出。這種直流電機的調速方法是以改變直流電機電樞上的電壓接通或者斷開時間的比值來改變平均電壓的大小，實現對電動機轉速的控制。

2.2.2 工作原理

眾所周知，直流電機電路有N、S兩個磁極，在磁極上面會安裝一個鐵磁圓柱體，用來轉動方向，而且在這個圓柱體表面，也會固定一個線圈，一旦有電流經過，線圈便會因為電磁力的作用，發生旋轉。根據左手定則，線圈中的電流改變方向時，線圈的方向也會隨著改變。

2.2.3 調速工作方案分析

方案一：雙極性工作制

何為雙極性工作制，其指的是在一個脈沖周期內，單片機的兩個控制口各自輸出一個控制信號，兩信號高低電平是相反的，兩信號的高電平時差成為了決定電動機轉速與轉向的重要因素。

方案二：單極性工作制

何為單極性工作制，其指的是在單片機控制口的一端置低電平，而另外一端輸出PWM信號，兩口的輸出切換和對PWM 的占空比調節決定電動機的轉向和轉速。

兩種方案相比較，因為方案二中的單極性工作制電壓波開中的交流成分要比方案二中的雙極性工作制小很多，最大波動也要小于雙極性工作制，所以，一般情況下，會更加傾向于第二種方案，即單極性工作制。

2.2.4 PWM控制系統的實現

我們都知道，直流電機PWM調制控制系統具有非常良好的控制功能，其加減速、正反轉以及停止等等都受其控制。操作開關通過中斷控制來對直流電機的加減速、正反轉以及停止等進行有效的控制，并且通過LCD液晶來顯示。操作開關的狀態是由液晶顯示器來顯示的，而直流電機轉動的速度則是由LCD液晶來顯示的。

2.2.5 系統仿真

在PROTEUS運行環境當中，LCD液晶顯示電路的系統仿真與調試首先要檢驗的是LCD顯示電路，添加程序，LCD液晶顯示電路的運行，只有確保系統運行成功之后，才可以在現有的電路基礎之上進一步拓展帶中斷的獨立式鍵盤。

3 結束語

綜上所述，為了更好地實現對直流電機控制的需求，我們必須要不斷完善這種基于單片機為核心的直流電機調速系統的設計方案，不斷創新整個系統的軟硬件設計，提升系統的實際操作水平，確保其精準性與安全性。直流電機是目前市場上最常見的一種電機形式，其在社會中的各個領域都有著越來越廣泛的應用，研究、創新與完善直流電機的控制方法有著非常重要的社會價值以及意義。

參考文獻

[1]黃桂梅，劉永立，邵聯合.基于單片機的直流電機調速系統設計與實踐[J].電氣自動化，2016，38（01）：1-2.

[2]王云慧，陳陽，謝東軍.基于單片機的直流電機電壓調速器的設計與實現[J].信息系統工程，2016（04）：45-45.

[3]丁開開，王瑩，張云飛.基于單片機的直流電機調速器控制電路初探[J].電腦迷，2017（09）.

[4]王波，江世明.基于單片機的直流電機PWM調速系統設計[J].電子世界，2017（18）.

[5]縱榜峰，曹吉花.基于單片機的多軸直流電機控制系統設計[J].泰山學院學報，2016，38（03）：86-90.

作者單位

沈陽城市建設學院 遼寧省沈陽市 110167endprint