直流电机 - 图文

电气工程学院

2014年“萌芽计划”科创训练计划报告

题目名称：直流电机的调速装置 作者姓名学号班级：

李治阳 20131840 茅信 靳世雄 20132071 茅信 指导老师：

二〇一五年四月

一、背景

直流电机的调速是通过不同占空比的PWM脉冲宽度调制波来实现速度的调节，外围电路采用双H桥三极管放大电路，双H桥三极管放大电路的优点是可以实现电机的反向转动。

二、制作原理 2.1系统框架设计

本次我们组的直流电机PWM调速系统以STC90C51单片机为控制核心，由命令输入模块、光传感器模块、LCD显示模块及电机驱动模块组成。采用独立式键盘和光敏传感器作为命令的输入，单片机在程序控制下，定时不断给L9110s直流电机驱动芯片发送PWM波形，完成电机速度的调控；同时单片机不停的将电机的调控方式和所处的档位实时显示，见图2-1

液晶显示键盘输入STC90C51L9110S电机驱动直流电机光传感器输入 图2-1系统框架设计

2.2设计思路

主体电路：直流电机PWM控制模块。控制模块由STC9051单片机的I/O端口、定时计数器、外部键盘等控制直流电机的加速、减速，能够很方便的实现电机的智能控制。其间是通过STC9051单片机产生脉宽可调的脉冲信号并输入到L9110s驱动芯片来控制直流电机工作的。该直流电机PWM控制系统由以下电路模块组成：

输入部分：信号的输入利用独立式键盘和光敏电阻来实现，对直流电机的加速、减速。 控制部分：主要由STC9051单片机的外部键盘扩展电路组成。直流电机PWM控制实现部分主要直流电机、L9110S电机驱动、XPT2046模数转换器模块组成。 显示部分： 12864液晶屏实现对速度实时显示。

2.3 PWM调速原理

PWM（脉冲宽度调制）是通过控制固定电压的直流电源开关频率，改变负载两端的电

压，从而达到控制要求的一种电压调整方法。PWM可以应用在许多方面，比如：电机调速、温度控制、压力控制等等。

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。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。也正因为如此，PWM又被称为“开关驱动装置”，见图3-1所示。

图2-2 PWM信号的占空比

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。

由上面的公式可见，当我们改变占空比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，我们可以将其近似的看成是线性关系。

2.3.1 PWM调速方法

基于单片机类由软件来实现PWM：在PWM调速系统中占空比D是一个重要参数在电源电压Ud不变的情况下，电枢端电压的平均值取决于占空比D的大小，改变D的值可以改变电枢端电压的平均值从而达到调速的目的。改变占空比D的值有三种方法： A、定宽调频法：保持t1不变，只改变t2，这样使周期(或频率)也随之改变。 B、调宽调频法：保持t2不变，只改变t1，这样使周期(或频率)也随之改变。 C、定频调宽法：保持周期T(或频率)不变，同时改变t1和t。

前两种方法在调速时改变了控制脉冲的周期(或频率)，当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时，将会引起振荡，因此常采用定频调宽法来改变占空比从而改变直流电动机电枢两端电压。利用单片机的定时计数器外加软件延时等方式来实现脉宽的自由调整，此种方式可简化硬件电路，操作性强等优点。

2.3.2PWM实现方式

方案一：采用定时器做为脉宽控制的定时方式，这一方式产生的脉冲宽度极其精确，误差只在几个us。

方案二：采用软件延时方式，这一方式在精度上不及方案一，特别是在引入中断后，将有一定的误差。故采用方案一。

在本设计中PWM脉冲调制的控制流程见下图3-2。

开始STC90C51通电启动程序控制单片机输出PWM波PWM输入L9110S电机驱动进行脉冲处理电机加速或减速结束图3-2 PWM控制流程

三、制作过程

3.1硬件模块组成

（1）单片机控制模块

（2）L9110s电机驱动模块

（4）独立键盘和光敏传感器控制模块 （5）12864液晶显示模块

直流电机调速系统的硬件设计见下图3-1