基于嵌入式單片機的電機控制系統設計

王俊峰

摘要：新時代的發展使得電機的應用領域很廣泛，尤其是在工業領域，為了進一步的保證電機的順利應用，對是電機系統的控制是十分重要的一環。單片機是在直流電機控制中被廣泛使用的裝置，它對發展電機控制具有重要的借鑒意義。電機控制系統是為了保證電機的正常運行而設計的，可以提高運行安全的可靠性。本文對于嵌入式單片機在電機系統中的使用進行詳細的描述，希望可以有所幫助。

關鍵詞：單片電機控制;嵌入式;系統設計

中圖分類號：TP368.1

文獻標識碼：A

文章編號：1672 - 9129（2018）12 - 0137 - 01

引言：隨著電子信息時代的來臨，傳統的模擬器控制電機的方式已經不再符合時代的需要。如今廣泛采用的是數字式的控制系統，通過運用高性能的數字芯片去控制電機，使得對電機的控制變得更加便捷和簡單，同時也大大的提高了無刷直流電動機的控制性能。近些年來，嵌入式的單片機被應用到電機的控制系統當中，這是因為它有自己的優勢，本文將會對單片機的應用進行探究。

l 硬件平臺的設計

1.1 電機轉子位置檢測電路的設計。電機轉子的位置檢測通常是依靠霍爾傳感器的工作。霍爾傳感器之所以可以實現對電機轉子的檢測，是因為它對其固定的工作原理，它是有靜止部分和轉動部分組成。靜止部分固定在電機轉軸上，轉動部分是隨轉子同步旋轉的開有齒、槽的遮光盤。通過光盤的齒部遮擋和不遮擋，使霍爾元件產生高、低電平信號，從而提供了電動機的轉子位置信息。根據這三個霍爾元件的輸出狀態，就可以判斷出轉子的磁極位置。利用霍爾傳感器對電機轉子位置進行檢測是十分有利的，可以保證電機運轉的可靠性。

1.2 驅動電路的設計。電路的驅動系統是電路的重要組成部分，它通常是由控制器、功率變換器和電動機三個部分組成。以直流電機為例進行電機控制系統設計，主要用到永磁直流電機、伺服電機和步進電機三種。事實上，直流電機廣泛受到了大家的廣泛認可和應用，主要是因為它的控制很簡單，性能靈活。在設計驅動電路時LMD18200數字集成芯片受到了廣泛的歡迎。LMD18200是美國國家半導體公司推出的專門用于直流電動機驅動的H橋組件。同一芯片上還有CMOS控制電路和DMOS功率器件，這種芯片可驅動很大功率的電流，瞬間可達6A，這是十分強大的驅動能力，而且這種芯片還有過流保護的測量電路，這為電流的傳遞提供了保障。此種驅動電路的優勢也很多，例如驅動力強，安全性高，快捷方便等等，可以充分的考慮以后的驅動電路設計中。

1.3 選擇合適的主MCU。dsPIC20F芯片為例進行設計，該型號的芯片采用的是單片機和DSP相結合的技術是一款16位數字信號的控制器，這樣的控制器性能很高。以這種技術為依托的芯片外圍設備功能豐富，對信息中斷的情況反應較快，還采用了高性能計算能力的處理器。這種芯片支持下的電機控制系統是比較可靠的，可以在外界設備少的情況下正常工作，也可以提高整個裝置的抗干擾能力和可靠性，既可以應對多種情況，也能節省成本，提升經濟效益。

2 軟件控制功能劃分和調度

在軟件的設計時，可以應用嵌入式實時操作系統LClinux對系統進行統一的管理和協調，在此項控制系統中，實時性的高低主要是由任務或者是中斷的處理情況決定的。使用者要根據自己的需要進行調節LClinux系統中的函數，在各個任務中進行切換，應用軟件主要包括以下幾種：

2.1 檢測和控制等基本功能。這項任務是包含對電機的檢測、對數據的處理和輸出相應的驅動信號。這個任務的可靠度較高，對待特殊情況的反應迅速，它的優先級較高。數據的處理包括數據的預處理，這是根據使用者的需要和設定，對檢測手機的數據進行低通濾波處理。

2.2 完成保護任務。保護任務指的就是在電機出現故障時要及時發出警報，以便監督人員可以及時的得知故障所發生的情況，采取相關的維修措施。保護任務的順利完成可以保障警報的準確性和及時性，從而實現電機系統的有效控制。

2.3 操作者和系統的人機交互能力。此項任務主要是顯示出當前的電機轉動速度和工作溫度，其重要性較小。所以相應的優先級別最低。

當采用LClinux系統進行控制工作時，首先就是要完成對CPU的初始化工作，然后再是對整個操作系統的初始化工作。

電機控制系統的軟件主要包含主程序和中斷服務程序兩個部分。主程序完成正常情況下的數據采集、計算等功能，中斷服務程序則應用于故障診斷等情形。電機控制系統的主要目的就是通過信息采集的方式，完成對電機的控制，因此信息和數據的采集是其重要作用的環節，一定要保證這一環節的準確無誤。

3 結束語

科技的發展是工業領域不斷繁榮的動力，電機系統的控制技術也處在不斷的發展過程之中。嵌入式的單片機在電機控制中的應用有很大的發展前景，它有著自己的優點，具備簡化電路設計、成本低、耗時短等優勢，更重要的是硬件結構的簡化并不意味著工作性能的欠缺，反而這樣的電機控制系統的運行速度和工作性能有了很大的提高。在硬件系統滿足要求之外，使用者還可以根據自己的需要進行軟件方面的調整。嵌入式的單片機控制系統使用極大程度的符合時代發展的要求，是對以往的電機控制系統的批判和繼承，因此在以后的電機控制系統的設計當中可以充分的考慮嵌入式的單片機設計，相信一定對電機控制大有幫助。

參考文獻：

[1]陳德益.基于嵌入式單片機的電機控制系統設計[J].計算機仿真，2010，27（1）：00359 -00362.

[2]張健，王笑竹，荊珂.基于嵌入式單片機的立體車庫電機控制系統設計[J].今日電子，2017（ zl）：00086 - 00088.

[3]尹一帆.基于嵌入式單片機的電機控制系統設計[J].信息技術與信息化，2015（9）：00063 - 00065.

[4]金巨波.基于嵌入式單片機的電機控制系統設計[J].赤峰學院學報（自然科學版），2017，33（17）：47 -48.