直流电机转速测控毕业设计答辩PPT.ppt
论文题目：单片机应用系统设计及仿真-基于Proteus的直流电机转速测控系统设计及仿真,答辩人:学 号：专 业:指导老师:,毕业论文答辩,日期：2012年06月13日,论文框架,研究背景及意义课题介绍硬件结构PWM脉宽调制IR2110电机驱动光电编码器键盘/显示器,背景及意义,背景 随着电力电子技术、微电子技术及控制理论的发展，需要满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求，从而对直流电机提出了较高的要求，改变电枢回路电阻调速、改变电压调速等技术已远远不能满足现代科技的要求，这时通过PWM方式控制直流电机调速的方法就应运而生。在很多场合，都要求有直流电机PWM调速系统来进行调速，如许多民用与商用领域仍拥有广泛用途，在电机学习研究中具有其独特的优秀经典价值，本课题用单片机方式实现直流电机传动的基本控制功能。意义 直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用,课题介绍,本系统采用AT89C51单片机控制输出数据，由PWM信号发生电路产生PWM信号，经过IR2110驱动电路驱动电机，通过光电编码器测得电机转速，然后把测得的转速反馈到单片机，单片机经运算后输出PWM信号控制电机运转。系统实现了转速的实时显示、键盘操作等功能，并能保持稳定的工作状态。利用AT89C51进行低成本直流电动机控制系统的设计，能够简化系统构成、降低系统成本、增强系统性能、满足更多应用场合的需要。系统总体设计框图如下：,单片机,PWM信号产生电路,驱动电路,直流电机,单片机,光电编码器,PWM技术控制电机运行的原理,PWM的基本原理 PWM（脉冲宽度调制）是通过控制固定电压直流电源的开关，改变负载两端的电压，从而达到控制要求的电压调整方法。它可以应用在许多方面，比如：电机调速、温度控制、压力控制等。在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并且根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。即通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来达到改变平均电压大小的目的，从而来控制电动机的转速。PWM方波如图所示：,PWM技术控制电机运行的原理,设电机始终接通电源时，电机转速最大为Vmax，设占空比为D=t1/T，则电机的平均速度约为Va=Vmax*D，其中Va指的是电机的平均速度；Vmax 是指电机在全通电时的最大速度；D=t1/T是指占空比。由上式可见，当改变占空比D=t1/T时，就可以得到不同的电机平均速度Va，从而达到调速的目的。严格来说，平均速度Va 与占空比D并非严格的线性关系，但是在一般的应用中，可以将其近似地看成是线性关系。直流电机PWM调速的基本原理如图：,PWM技术控制电机运行的原理,可控开关S以固定的周期重复地接通和断开，当开关S接通时，直流供电电源U通过开关S施加到直流电机两端，电机在电源作用下转动，同时电机电枢电感存储能量：当开关S断开时，供电电源停止向电动机提供能量，但此时电枢电流仍然产生电磁转矩使得电机继续旋转。开关S重复动作时，在电机电枢两端就形成了一系列的电压脉冲波形，如图所示：,PWM技术控制电机运行的原理,PWM波可以由具有PWM输出的单片机通过编程来得以产生，也可以采用PWM专用芯片来实现。当PWM波的频率太高时，它对直流电机驱动的功率管要求太高，而当它的频率太低时，其产生的电磁噪声就比较大，在实际应用中，当PWM波的频率在18KHz左右时，效果最好。在本系统内，采用了两片4位数值比较器4585和一片12位串行计数器4040组成了PWM信号发生电路。两片数值比较器4585，即图上U2、U3的A组接12位串行4040计数输出端Q2Q9，而U2、U3的B组接到单片机的P1端口。只要改变P1端口的输出值，那么就可以使得PWM信号的占空比发生变化，从而进行调速控制。,IR2110电机驱动,IR2110电机驱动,电枢上的工作电压是双极性矩形脉冲波形，由于存在着机械惯性的缘故，电动机转向和转速是由矩形脉冲电压的平均值来决定的。设PWM波的周期为T，HIN为高电平的时间为t1，这里忽略死区时间，那么LIN为高电平的时间就为T-t1。HIN信号的占空比为D=t1/T。设电源电压为V，那么电枢电压的平均值为：Vout=t1-(T-t1)V/T=(2 t1 T)V/T=(2D 1)V系统电路经过单片机控制的PWM信号产生电路送来PWM信号，经过功率放大电路，形成输出电压的波形图如图：,检测回路-光电编码器,检测回路利用光电编码器将转速直接转换成数字信号送入单片机进行处理。光电编码盘是将测得的角位移转换成为相应的电脉冲信号输出的数字传感器，本设计采用增量式光电编码器来采样转速信号，增量式编码器是专门了用来测量转动角位移的累计量。转速检测的精度和快速性对电机调速系统的静、动态性能影响极大。为了在较宽的速度范围内获得高精度和快速的数字测速，本设计使用每转1024线的光电编码器作为转速传感器，它产生的测速脉冲频率与电机转速有固定的比列关系，微机对该频率信号采用M/T法测速处理。M/T法测速原理是在对光电编码器输出的测速脉冲数m1进行计数的同时对时钟脉冲的个数m2也进行计数。原理如下图所示：,检测回路-光电编码器,测速时间Td由测速脉冲来同步，即由如图电路实现Td等于整m1个脉冲周期。设从图上a点开始，计数器分别对m1和m2计数，到达b点，预计的测速时间Tc到，微机发出停机指令，但因为Tc不一定恰好等于整数个编码输出脉冲周期，所以计数器仍对时钟脉冲计数，直到c点时，可以利用下一个转速脉冲上升沿（即c点）触发数字测速硬件电路使计数器停止计数。这样，m2代表了m1个测速脉冲周期的时间。设时钟脉冲频率为f0，光电编码器每转发出p个脉冲，则电机转速的计算公式为：n=（60 xm1xf0）/Zxm2,键盘/显示器,键盘,键盘/显示器,键盘检测原理,键盘/显示器,数码管显示,键盘/显示器,致谢,谢谢大家！,
