基于嵌入式单片机的电机控制系统设计

王俊峰

摘要：新时代的发展使得电机的应用领域很广泛，尤其是在工业领域，为了进一步的保证电机的顺利应用，对是电机系统的控制是十分重要的一环。单片机是在直流电机控制中被广泛使用的装置，它对发展电机控制具有重要的借鉴意义。电机控制系统是为了保证电机的正常运行而设计的，可以提高运行安全的可靠性。本文对于嵌入式单片机在电机系统中的使用进行详细的描述，希望可以有所帮助。

关键词：单片电机控制;嵌入式;系统设计

中图分类号：TP368.1

文献标识码：A

文章编号：1672 - 9129（2018）12 - 0137 - 01

引言：随着电子信息时代的来临，传统的模拟器控制电机的方式已经不再符合时代的需要。如今广泛采用的是数字式的控制系统，通过运用高性能的数字芯片去控制电机，使得对电机的控制变得更加便捷和简单，同时也大大的提高了无刷直流电动机的控制性能。近些年来，嵌入式的单片机被应用到电机的控制系统当中，这是因为它有自己的优势，本文将会对单片机的应用进行探究。

l 硬件平台的设计

1.1 電机转子位置检测电路的设计。电机转子的位置检测通常是依靠霍尔传感器的工作。霍尔传感器之所以可以实现对电机转子的检测，是因为它对其固定的工作原理，它是有静止部分和转动部分组成。静止部分固定在电机转轴上，转动部分是随转子同步旋转的开有齿、槽的遮光盘。通过光盘的齿部遮挡和不遮挡，使霍尔元件产生高、低电平信号，从而提供了电动机的转子位置信息。根据这三个霍尔元件的输出状态，就可以判断出转子的磁极位置。利用霍尔传感器对电机转子位置进行检测是十分有利的，可以保证电机运转的可靠性。

1.2 驱动电路的设计。电路的驱动系统是电路的重要组成部分，它通常是由控制器、功率变换器和电动机三个部分组成。以直流电机为例进行电机控制系统设计，主要用到永磁直流电机、伺服电机和步进电机三种。事实上，直流电机广泛受到了大家的广泛认可和应用，主要是因为它的控制很简单，性能灵活。在设计驱动电路时LMD18200数字集成芯片受到了广泛的欢迎。LMD18200是美国国家半导体公司推出的专门用于直流电动机驱动的H桥组件。同一芯片上还有CMOS控制电路和DMOS功率器件，这种芯片可驱动很大功率的电流，瞬间可达6A，这是十分强大的驱动能力，而且这种芯片还有过流保护的测量电路，这为电流的传递提供了保障。此种驱动电路的优势也很多，例如驱动力强，安全性高，快捷方便等等，可以充分的考虑以后的驱动电路设计中。

1.3 选择合适的主MCU。dsPIC20F芯片为例进行设计，该型号的芯片采用的是单片机和DSP相结合的技术是一款16位数字信号的控制器，这样的控制器性能很高。以这种技术为依托的芯片外围设备功能丰富，对信息中断的情况反应较快，还采用了高性能计算能力的处理器。这种芯片支持下的电机控制系统是比较可靠的，可以在外界设备少的情况下正常工作，也可以提高整个装置的抗干扰能力和可靠性，既可以应对多种情况，也能节省成本，提升经济效益。

2 软件控制功能划分和调度

在软件的设计时，可以应用嵌入式实时操作系统LClinux对系统进行统一的管理和协调，在此项控制系统中，实时性的高低主要是由任务或者是中断的处理情况决定的。使用者要根据自己的需要进行调节LClinux系统中的函数，在各个任务中进行切换，应用软件主要包括以下几种：

2.1 检测和控制等基本功能。这项任务是包含对电机的检测、对数据的处理和输出相应的驱动信号。这个任务的可靠度较高，对待特殊情况的反应迅速，它的优先级较高。数据的处理包括数据的预处理，这是根据使用者的需要和设定，对检测手机的数据进行低通滤波处理。

2.2 完成保护任务。保护任务指的就是在电机出现故障时要及时发出警报，以便监督人员可以及时的得知故障所发生的情况，采取相关的维修措施。保护任务的顺利完成可以保障警报的准确性和及时性，从而实现电机系统的有效控制。

2.3 操作者和系统的人机交互能力。此项任务主要是显示出当前的电机转动速度和工作温度，其重要性较小。所以相应的优先级别最低。

当采用LClinux系统进行控制工作时，首先就是要完成对CPU的初始化工作，然后再是对整个操作系统的初始化工作。

电机控制系统的软件主要包含主程序和中断服务程序两个部分。主程序完成正常情况下的数据采集、计算等功能，中断服务程序则应用于故障诊断等情形。电机控制系统的主要目的就是通过信息采集的方式，完成对电机的控制，因此信息和数据的采集是其重要作用的环节，一定要保证这一环节的准确无误。

3 结束语

科技的发展是工业领域不断繁荣的动力，电机系统的控制技术也处在不断的发展过程之中。嵌入式的单片机在电机控制中的应用有很大的发展前景，它有着自己的优点，具备简化电路设计、成本低、耗时短等优势，更重要的是硬件结构的简化并不意味着工作性能的欠缺，反而这样的电机控制系统的运行速度和工作性能有了很大的提高。在硬件系统满足要求之外，使用者还可以根据自己的需要进行软件方面的调整。嵌入式的单片机控制系统使用极大程度的符合时代发展的要求，是对以往的电机控制系统的批判和继承，因此在以后的电机控制系统的设计当中可以充分的考虑嵌入式的单片机设计，相信一定对电机控制大有帮助。

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