基于单片机控制的直流电机调速系统设计

基于stm32单片机的直流电机调速系统设计

本文介绍一种基于STM32单片机的直流电机调速系统设计，主要包括硬件电路设计和软件程序设计两部分。

硬件电路设计：

该电机调速系统的主要硬件电路包括电源模块、STM32单片机控制电路、直流电机驱动电路和反馈电路。

1. 电源模块

电源模块包括AC/DC变换模块和稳压模块，用于将输入的AC电压转换为适宜单片机和电机工作的DC电压。

2. STM32单片机控制电路

STM32单片机控制电路包括主控芯片STM32单片机、晶振、复位电路和下载程序电路等。

3. 直流电机驱动电路

直流电机驱动电路包括电机驱动芯片（如L298N）和电机，用于控制电机的转速和方向。

4. 反馈电路

反馈电路包括编码器和光电传感器等，用于实现电机转速的反馈和闭环控制。

软件程序设计：

该电机调速系统的软件程序采用C语言编写，主要包括定时器计数、PWM输出控制、编码器读取、PID算法控制等模块。

1. 定时器计数

通过STM32单片机内部定时器计数来实现电机转速的测量和控制。

2. PWM输出控制

采用STM32单片机内部PWM输出控制模块控制电机的转速，并实现电机方向的控制。

3. 编码器读取

通过编码器读取电机的转速信息，并反馈到单片机进行控制和显示。

4. PID算法控制

采用PID（比例、积分、微分）算法控制电机的转速，实现闭环控制，提高控制精度。

总之，基于STM32单片机的直流电机调速系统设计，既可以提高电机运行的效率和精度，又可以简化电路结构和减小系统成本，具有较好的应用前景。

44基于STC89C51单片机实现PWM电机调速曾胜1，王兵2，胡须胜1，师浩1（1.皖江工学院 电气工程学院，安徽 马鞍山 243031； 2.安徽工业大学 电气与信息工程学院，安徽 马鞍山 243000）摘要：采用SCT89C51单片机作为此次设计的控制芯片，由LCD1602液晶显示屏来展示电机的转速和占空比的相关实时数据，让用户能够更加清楚地看到电机的状态；在系统上增加按键以便于用户控制电机转速的快慢调整。当电机通电开始运作时，LCD1602显示屏亮起，通过按键增加电机转速，液晶显示器上也会显示实时的转速数据；减速度按键使电机减速，用户可以通过正反转按键切换电机的旋转状态。关键词：PWM电机调速；STC89C51单片机；LCD1602液晶显示屏Based on STC89C51 MCU PWM Motor Speed RegulationZeng Sheng1, Wang Bing2, Hu Xusheng1, Shi Hao1(1�School of Electrical Engineering, Wanjiang University of Technology, Maanshan 243031, China; 2� School of Electrical and Information Engineering, Anhui University of Technology, Maanshan 243000, China)Abstract: Uses STC89C51 microcontroller as the control chip of this design, and LCD1602 liquid crystal screen to display the motor speed and duty cycle related real-time data� So that users can see the state of the motor more clearly and concisely, in the system to increase the keys for users to control the speed of the motor adjustment� When the motor is energized and starts to operate, the LCD1602 display screen lights up, and the motor speed is increased by pressing the button� The LCD display will also display real-time speed data� When the motor decelerates by decelerating the button; The user can switch the rotation state of the motor through the positive and negative keys�Key Words: PWM motor speed regulation; STC89C51 MCU; LCD1602 screen

２０１３年第３期　Ｎｏ．３，２０１３　九江学院学报（自然科学版）　（总第１０２期）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｊｉｕｊｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ｎａｔｕｒａｌ　ｓｃｉｅｎｃｅｓ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　（Ｓｕｍ　Ｎｏ．１０２）　

基于Ｐｒｏｔｅｕｓ的单片机ＰＷＭ直流电机速度控制系统设计　

乔志杰　曾金明　

（１安徽电子信息职业技术学院；２解放军蚌埠汽车士官学校安徽蚌埠２３３０３０）　

摘要：本文介绍了ＡＴ８９Ｃ５１单片机作为核心控制芯片，利用按键控制直流电机的转　

动速度，用ＰＷＭ调速方式和直流电动机驱动芯片Ｌ２９８控制直流电机转速以及停止。文中　

给出了Ｐｒｏｔｅｕｓ硬件电路，通过软件编程对ＰＷＭ信号占空比进行调节，ＬＣＤ把转速显示出　

来，并运用Ｐｒｏｔｅｕｓ对速度控制系统进行了研究与仿真，仿真表明：这种设计方法的电路　

简单，非常实用。　

关键词：Ｐｒｏｔｅｕｓ，单片机，直流电机速度控制，ＰＷＭ　

中图分类号：ＴＰ　２７３文献标识码：Ａ文章编号：１６７４—９５４５（２０１３）０３—００４８一（０４）　

１引言　

直流电机具有良好的起、制动性能，并且适　

合大范围的平滑调速，因此在各类需要调速或快　

速正反向的机电控制系统中得到广泛运用。ＰＷＭ　

直流调速技术以其开关频率高、低速运行稳定、　

动态性能优越、效率高等优点，在电机调速中被　

普遍应用。ＰＷＭ控制技术易于在单片机控制中实　

现，从而为直流电机控制的数字化提供了机会。　

采用单片机构成直流电机速度控制系统，不仅可　

以降低控制系统成本，也是单片机应用的一个重　

要方面。　

Ｐｒｏｔｅｕｓ　是英国Ｌａｂｃｅｎｔｅｒ公司开发的电路分　

析、实物仿真系统，具有模拟和数字电路仿真、　单片机和它的外围电路组成的系统仿真　Ｊ、ＬＣＤ　

显示、虚拟仪器、示波器、逻辑分析仪系统仿真　等功能，可与Ｋｅｉｌ编程软件进行联调。基于Ｐｒｏ—　

ｔｅｕｓ软件的良好仿真特性，程序在Ｐｒｏｔｅｕｓ中成功　

完成仿真调试的同时，即可以说明所设计程序的　

一、总体设计概述

本设计基于8051单片机为主控芯片，霍尔元件为测速元件， L298N为直流伺服电机的驱动芯片，利用 PWM调速方式控制直流电机转动的速度，同时可通过矩阵键盘控制电机的启动、加速、减速、反转、制动等操作，并由LCD显示速度的变化值。

二、直流电机调速原理

根据直流电动机根据励磁方式不同，分为自励和它励两种类型，其机械特性曲线有所不同。但是对于直流电动机的转速，总满足下式：

式中U——电压；

Ra——励磁绕组本身的内阻；

——每极磁通（wb ）;

Ce——电势常数；

Ct——转矩常数。

由上式可知，直流电机的速度控制既可以采用电枢控制法也可以采用磁场控制法。磁场控制法控制磁通，其控制功率虽然较小，但是低速时受到磁场和磁极饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制，而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差，所以在工业生产过程中常用的方法是电枢控制法。

电枢控制法在励磁电压不变的情况下，把控制电压信号加到电机的电枢上来控制电机的转速。传统的改变电压方法是在电枢回路中串连一个电阻，通过调节电阻改变电枢电压，达到调速的目的，这种方法效率低，平滑度差，由于串联电阻上要消耗电功率，因而经济效益低，而且转速越慢，能耗越大。随着电力电子的发展，出现了许多新的电枢电压控制法。如：由交流电源供电，使用晶闸管整流器进行相控调压；脉宽调制（PWM）调压等。调压调速法具有平滑度高、能耗低、精度高等优点，在工业生产中广泛使用，其中PWM应用更广泛。脉宽调速利用一个固定的频率来控制电源的接通或断开，并通过改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短，即改变直流电机电枢上的电压的“占空比”来改变平均电．

压的大小，从而控制电动机的转速，因此，PWM又被称为“开关驱动装置”。如果电机始终接通电源是，电机转速最大为Vmax，占空比为D=t1/t，则电机的平均转速：Vd=Vmax*D，可见只要改变占空比D，就可以调整电机的速度。平均转速Vd与占空比的函数曲线近似为直线。