嵌入式单片机的电机控制系统设计

摘要：工业领域对电机的使用较为广泛，所以电机控制的研究成为很多专业人士关注的重点。传统的电机控制系统主要是利用模拟器对整个系统进行控制。虽然它的组成结构较为简单、造作性较强、成本较低，但是它的控制工作可靠程度低，而且不利于进行完善和升级。所以，人们开始利用数字式来代替传统的形式，对控制系统进行改进。通过嵌入式单片机实现电机控制工作，是利用先进的数字技术来实现控制工作的简化操作，并且能进一步提高系统性能。

关键词：电机控制系统;嵌入式单片机;硬件设计

一、电机控制系统基于嵌入式单片机的硬件设计

1.1对MCU进行选型

我们在选择单片机的时候，控制功能较强的单片机是很受欢迎的，因为们可以够完善电机的控制功能，这里用到的是daPIC20F芯片。dsPIC20P系列的芯片是一款将单片机与DSP技术相结合的高性能16位数字的信号控制器。

dsPIC20F系列芯片主要以l6位单片机为核心，在拥有功能强大的外混设备的时候，他们有着快速中断处理的能力，还可以通过高速的信号处理器进行计算。与此同时，dsPIC20F系列芯片在软件开发环境中，有着很多强的处理性能，尤其是对那些异常事件。由于dsPIC20F芯片拥有较为丰富的内部资源，基于dsPIC20F平台开发的电机控制系统，在硬件整体设计方案中，仅仅需要很少的外设，这样不仅能够满足装置的可靠性和抗干扰性，还能够实现总线不出芯片的设计，在各种环境及工况下运行的要求下，在降低开发成本、缩短开发时间的同时，还需要提升系统的灵活性。在进行选型的过程中，还要结合其整体的体系结构进行综合性的选型。从而使得芯片的整体运行以及计算效率得到整体性的提升。

1.2硬件電路的设计

1.2.1总体硬件结构设计

基于dsPIC20F的结构设计非常重要，电机控制系统可以检测电机转子的情况，当这主要是有电子转子位置的传感器来检测的，在电子转子通过控制芯片时，把它的位置细心发送到驱动模块上，用早就设置好的指令，让控制芯片决定向驱动模块输出的驱动逻辑电平情况，通过驱动电机的旋转，对转子位置进行检测，根据实际的运作条件，让合适的电机转速进行输出，通过转子位置的传感器信号的强度，由主芯片将电机的速度核算出来，然后，对实际的速度和起初设计的速度进行对比，就会出现转速偏差，通过主控芯片的传输，可以将这个偏差的信号，转变成相应的控制信号，最后，将得到的控制信号发送给电机。

1.2.2电机转子位置检测电路的设计

霍尔位置传感器是可以电机转子的位置进行检测的。霍尔位置传感器可以分为转动和静止两个部分，首先，把静止的那部分牢牢地固定在机座上，而转动的部分固定在转轴上，转动部分随着转子一起转动，对遮光盘齿部的遮挡进行操作，可以产生高低不同的电平信号，这样，就可以把转子的位置信息提高给电动机了，利用三个霍尔元件的三种不同的输出状态，将转子的磁极信息记录下来，用霍尔位置传感器，可以实现对电机转子的信息监测，把基本的调整参数和控制参数提供给电机，保证了数据的精准，有利于提升整个电机的控制系统。

1.2.3驱动电路的设计

驱动系统是由电动机、功率变换器和控制器这三个部分组成的。使用比较广泛的是直流电动机，它的操控较为简单，在实际操作中，直流电源也较容易实现，这使得直流电机拥有较为出众的性能。对于直流电机的驱动，在本论文中主要采用对是专用数字驱动芯片。一般情况下，控制电路的是用数字集成芯片LMD18200电机控制芯片进行设计的直流电机。

二、电机控制系统基于嵌入式单片机的软件平台设计

2.1软件功能的划分

在平时的操作过程中，一般使用系统uClinux来操作，这个系统可以对多个任务进行调度，因为它具有操作多个任务的程序，系统的任务中断决定着他的实时性，调用pClinux的任务调度函数，用户也就可以从就绪任务中调度函数，找到优先级最高的任务。进行切换操作。结合电机的实际控制的具体要求，按照基本的任务划分原则，能够将应用软件分为以下几类任务：

①人机交互功能：电机转速和温度显示器显示等。

②有超前的预防性：对电机进行保护，一旦出现故障，它具有报警的功能。

③测控性强：测控数据的可靠性强，实时的操作性高。对数据可以进行预处理。

2.2软件控制程序设计

对于电机控制的系统任务而言，通过本地数据的采集程序能够实现系统任务。根据实际任务的不同，可以将本地数据的采集程序分为以下几个模块，例如：数据保存模块、LCD模块、数据处理模块、数据采集模块等，按照不同用户设定的不同控制参数，利用数据采集模块能够直接进行操作，例如：采集频率、A/D通道等，对外部的信号实际采集，可以用以上两种方法进行具体实施，对于采集到的数据可以送到数据处理模块;对于采集到的实际数据可以利用数据处理模块进行数字滤波操作，在本系统中主要采用取相邻10个数据平均值的滤波方法，这样能够取得较为准确的结果，数据处理模块能够将滤波后的数据存入公共的数据缓冲区，这样可以提供LCD模块显示或者供网络服务程序进行使用;LCD模块的主要职能是按照用户的实际需求，可以将公共数据缓冲区的数据显示出来;按照一定的格式，可以对采集到的数据进行保存，使用数据保存模块保存到Flash中;另外，可以在LCD模块外还可以配置键盘模块，这样方便用户进行实际操作体验，提供给用户在现场对电机设备进行控制的手段，能够方便用户快捷的获取需要用到的设定采集的参数。

三、结语

随着现代科技的不断进步，芯片的性能也将不断提高，这样就可以实现利用简单的硬件设计完成复杂的控制工作。与其他的电机控制系统相比，本文提到的数字信号控制系统优势明显，不仅实现了电路的简化设计，而且降低了研发成本和时间消耗。既大大简化了硬件结构，又提高了系统的运作速度和工作性能，且实现了将所有连线设计在芯片控制范围内，一定程度上提高了系统工作的可靠性和抗干扰能力。在硬件系统的正常运行下，操作者可以根据自身的不同需求设置软件，以满足自身需要。

参考文献：

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[4]尹一帆.基于嵌入式单片机的电机控制系统设计[J].信息技术与信息化，2015，（9）：63-65.

（作者单位：辽宁科技学院）

作者简介：姚颖，1980年3月，女，汉族，讲师 硕士研究生  辽宁本溪 硕士研究生，研究方向：控制理论与控制工程。