利用单片机来控制直流电机正反转系统的探讨

陈永峰

摘 要 本文对单片机控制直流电机转速的硬件结构以及工作原理进行了介绍，还对控制系统软件结构以及流程图进行了分析，对单片机在直流电机转速以及控制中的设计进行了探讨，希望可以促进我国工业更好的发展。

【关键词】单片机 直流电机 转速 控制

直流电机是工业企业中常见的电机设备，将单片机应用在直流电机控制系统中，可以提高直流电机的性能，还可以提高工业企业的生产效率。随着社会的不断发展，我国工业水平在不断提高，市场对工业产品有着较高的需求量，而且对产品的质量提出了更高的要求，所以，相关工作人员一定要采用先进的技术对直流电机转速进行准确的测量，还要实现电机的自动化控制，这样才能保证工业加工的质量。下面笔者对基于单片机的直流电机工作原理以及工作流程进行简单介绍。

1 单片机控制直流电机的硬件结构设计

直流电机转速测量一般是靠传感器实现的，这种传感器有着两种工作方式，一种是磁电式，另一种是光电式，应用在直流电机中的传感器一般体积比较小，而且有着良好的动态特性，而且使用寿命比较长，这样可以提高转速测量的准确性以及应用范围，将单片机应用在直流电机转速测量中，可以实现动态转速测量以及旋转速度测量。本文对工业生产系统中常用的霍尔传感器特性进行了介绍，这种传感器是由单片集成电路构成，在运行的过程中，有着较为稳定的电压。霍尔传感器的工作电压适用范围比较大，而且有着较高的可靠性，其输出电平可以实现与数字电路的兼容。通过研究发现，霍尔传感器发出的脉冲信号的频率一般与电机转速成正比关系，记录单位时间内霍尔传感器的脉冲数，则可以对应的测量出直流电机转速。以霍尔传感器3020T为例，单片机控制直流电机的硬件结构如图1所示。

采用MC78系列三端固定输出集成稳压器，向单片机、D/A转换器、运算放大器、霍尔传感器提供直流电压。霍尔传感器输出脉冲信号到单片机测量电机转速，键盘和LED显示器由8279控制，0832D/A转换器输出控制电压，经运算放大器放大控制电机转速。

2 直流电机的工作原理

直流电机在工业行业应用比较广，其是一种将直流电转换为机械能的旋转电动机，与基于单片机的直流电机相比，结构稍复杂，主要是由定子以及转子两部分构成。在直流电机的定子上一般都固定了永久磁场，可以控制转子旋转的方向，转向器内还安装了电刷，与直流电连接后，保持直流电的方向不变，则可以保证线圈中电流方向固定不变。转子转动的方向与直流电方向有关，还与固定磁场收到的电磁感应力有关，改变直流电机电流的大小以及方向，可以有效的控制直流电转速。

当直流电机通过直流电转子上的线圈时，就会有电流在磁场内运动，故而转子就会产生电磁转矩和感应电动势，带动转子旋转。当通过直流电机转子绕组的电流发生变化时，转子在固定电磁场内收到的电磁感应力也会发生相应的变化，带动转子旋转的力的大小也会发生变化，故而会影响到转子旋转速度。当通过直流电机的电流反向时，转子绕组收到的电磁感应力会发生反向，转子就会向反方向旋转。所以，改变通过直流电机的电流的大小和通电方向，即可改变直流电机的旋转速度和旋转方向。

3 软件及流程图设计

在了解基于单片机的直流电机中断程序以及直流电机主程序流程后，可以有效的分析出单片机在直流电机转速测量及控制中的应用。在直流电机系统中，一般是利用D/A转换器控制输出电压，从而控制电机的转速，如果测得电机转速小于设定值，则可以需要减小D/A输出电压，还可以保证直流电机在设定的速度恒定转动，将比例调节器输出定为P，调节器输出设为y，输出偏差值设为e（t），用公式表示比例协调算法，可得：y=Kpe（t）

由这一公式可得知，输入偏差值对调节器输出有着较大影响，二者具有一定比例关系，也具有一定调节规律。

在中断程序中，键盘以及显示器是由8279控制的，键盘输入时会产生外部中断，而这一过程可以完成直流电机转速的输入，还可以将输入值转换为二进制代码，并送至R6中进行保存。对直流电机转速的测量一般是在电机输入以后进行的，在对基于单片机的直流电机转速进行测量时，可以根据实际情况修改转速初始设定值，设计流程主图如图2。

转速测量由T0和T1来实现。T1为计数器，对转速进行计数； 而T0为定时器，完成1秒时间间隔的定时。T1对转速脉冲计数，每转一周计数器TL1加1，1秒时间间隔内计数器TL1的值就是转速。T0产生50ms定时中断，用R4对T0的中断次数计数，20次中断（1秒）读出计数器TL1的计数值（即转速），送R5保存，并转换为BCD数送显示存储器。若设定值大于转速，则送至DAC0832的数字量（R7）加1，反之，设定值小于转速时送至DAC0832的数字量减1。

4 结语

基于单片机的直流电机转速测量及控制系统是科技不断发展的产物，单片机应用在直流电机控制系统中，是对传统直流电机系统的优化与改进，其不但体积比较小，而且结构比较简单，还具有价格低廉的特点。在该系统运行的过程中，可以实现实时信号监测，还可以控制信号的精密度，可以有效的控制转速，降低转速误差，还可以实现人机交互。所以，将单片机应用在直流电机转速测量以及控制系统中，是提高直流电机性能的有效方式，可以保证直流电机功能效用的最大发挥。

参考文献

[1]田云，史洁.基于51单片机的直流电机调速的方法[J].鸡西大学学报，2010（04）.

[2]杨春旭，林若波，彭燕标.基于单片机控制的直流电机调速系统的设计[J].齐齐哈尔大学学报（自然科学版），2011（03）.

作者单位

广东省清远市技师学院 广东省清远市 511517