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基于单片机的直流电机控制系统设计分析

作者：苏琳 李阳

来源：《科学与信息化》2018年第12期

摘 要 自从我国改革开放之后，工业化进步就十分迅速，工业生产的效率和质量都得到了显著的提高，给我国的经济社会发展和人民生活水平的提高，做出重要的贡献。随着我国科技的不断发展，电力电子技术在工业领域中也得到了十分广泛的应用，尤其是各种机电设备的应用，有效提高了工业生产的效率。在我国工业机电系统中，直流电机具有极为明显的优势，已经在我国工业领域和航空领域等很多方面得到了应用。所以本文就基于单片机的直流电机控制系统设计进行分析，促进我国直流电机控制系统的设计，提高电机的应用效率和质量。 关键词 单片机；直流电机；控制系统；设计

在我国的现代工业生产中，电动机是十分重要的驱动设备，对工业生产有十分重要的影响，在众多的电动机中，直流电动机，因其本身的结构和性能上的优势，在工业生产和其他领域中都发挥了重要的作用。在直流电机的系统中，控制系统是其中十分关键的部分，控制系统的设计直接影响到电机的正常运转。基于单片机的直流电机，其自身的控制系统在设计时需要注意很多因素的影响，因此必须对其进行有效的控制系统设计。 1 系统方案设计 1.1 方案设计思想和原理

电机在现在的工业生产中十分常见，对工业生产具有一定的促进作用，尤其是速度控制工作，极大地便利了工业生产。基于单片机的直流电机，其运转的速度控制主要采用数字PID调节技术，以单片机为核心，其输出占空比可调的PWM波，能够实现对直流电机转速的控制，而在控制的过程中，霍尔传感器能将电机的速度转换成脉冲频率，作为闭环控制系统的反馈信号，对转速进行无静差调节，操作人员在外部可以通过数码显示管来查看电机的转速并通过外置的键盘来设置转速和正反转。在基于单片机的直流电机控制系统中，其主要依靠的是自身的系统设计，辅之以一定的外部人力控制，二者共同作用，促进直流电机的运转。 1.2 总体方案设计

在基于单片机的直流电机控制系统设计中，其电机的总体方案设计需要囊括电机转速控制的所有相关模块，尤其是其中的控制器模块，作为控制系统的核心，需要对其进行重点设计，对于其他的驱动模块和反馈环节等，也要进行适当的设计和调节，保证其共同作用，实现电机的转速控制。在这些内部系统设计之外，还需要对外部的键盘模块和显示模块，进行人机交互设计，通过人为操控来辅助转速控制[1]。

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单片机与霍尔模块的主要作用是通过霍尔传感器对电机的旋转圈数进行检测，并将检测得到的数据，在传输端形成矩形波；键盘模块的设计目的是控制电机转速，键盘模块的主要操作是通过人为操作进行的，所以需要将输入的参数和输出的速度进行显示方便操作人员了解，另外键盘模块中每个案件都需要有相对应的端口，帮助其实现功能；数码管显示模块的主要作用是显示电机的速度，通过数码管显示电路来显示系统的运行状态，对电机的运转速度等数据进行输出和显示。 2 硬件电路设计 2.1 脉宽调制技术

脉冲宽度调制技术，又被称为PWM技术，该技术通过对脉冲宽度进行调节，来等效地获取所需要的波形，从而实现对转速的有效调节和控制，该技术在电机的应用中十分普遍，在逆变电路中的应用，使其在电力电子技术中也占据着重要的地位[2]。

PWM技术的调制原理是利用脉冲的持续时间，随着制波样值的改变而改变的特性，进行的模拟控制，在调制的过程中，实时电流的改变可以导致基极和晶体管栅级发生偏转，使得电路中晶体管的闭合时间发生改变，但是电源的负载电压却不会在此时发生变化，因此电源只可以实现通断操作，而通过通断的重复脉冲组合，可以实现模拟负载上的脉冲宽度调制，在理论上，只要带宽够宽，那么所有的模拟值都可以进行编码。因此PWM技术在该过程中就具备了开关效率、低速特性，以及频带宽度等各方面的优势，可以有效降低损耗，提高装置的效率。 在PWM技术中，有一个重要的参数——占空比，占空比指的是输出的PWM中高电平保持的时间，与其时钟周期的时间之比，占空比的变化还会影响到分辨率等其他因素，进而对电机的运转速度等造成影响。在利用PWM驱动来进行电机的控制时，只需要按照固定的频率来改变通断时间的长短，就可以实现通断操作，通过改变电压的占空比就可以改变平均电压大小，控制电机的转速。 2.2 双桥驱动器

双桥驱动器是双电源大电流功率的集成电路，通过TTS逻辑电平来对控制系统进行控制和调节，可以驱动线圈、继电器、直流电动机和步进电动机等电感性负载，由于是双电源的集成电路，所以在其内部具有两个完全相同的PWM功率放大回路，通过对PWM功率的放大，可以使一片双桥驱动器，同时驱动两个直流电机或一个步进电机，在这个过程中，只要通过对双桥驱动器的调节，就可以实现对整个控制系统运行的控制，有效提高电机调节的效率[3]。 3 软件模块设计

在基于单片机的直流控制系统设计中，硬件电路的设计是最基础的内容，而软件模块的设计则会对电机的实际运行控制产生重要影响，电机的软件模块设计是在硬件电路设计的基础上进行的，利用单片机的直流电机控制流程在其中编写入程序，对电机的实际运行进行分析，全

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面的分析电机在运行中可能出现的各种操作，对于每种操作都进行扩展，从而利用电机的硬件回路变化来实现其运行状态的判断和程序运行，以此来实现对电机运行的控制[4]。 4 结束语

在我国的工业现代化建设过程中，电机作为一种新型的生产设备，在工业生产中发挥了巨大的作用，尤其是基于单片机的直流电机，其自身因为结构和性能上的优势，在工业生产中的应用十分广泛，为了能够促进直流电机的应用，需要对其控制系统进行合理设计，保证其使用的效率和质量。 参考文献

[1] 刘玉刚.基于单片机的直流电机控制系统设计[J].硅谷，2014， 7（14）：41，14. [2] 薛成成.基于单片机的直流电机控制系统设计[J].中外企业家，2014，（09）：216-217. [3] 祖一康，徐妙婧.基于单片机的直流电机控制系统设计[J].黄冈师范学院学报，2012，32（06）：50-52.

[4] 王立红.基于单片机的直流电机控制系统设计[J].知识经济，2011，（08）：102-103. 作者简介

苏琳，女，辽宁沈阳人；学历：学士，研究方向：自动化。