嵌入式单片机在电机控制系统中的应用研究

齐齐乐

（中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心，江苏 南京 211100）

电机控制系统的高效运转需要嵌入式单片机的作用，从硬件和软件两个方面相统一才能够保证其运转效率。从硬件应用方面来看，嵌入式单片机的使用有利于完善电机结构，从软件应用方面来看，嵌入式单片机是软件处理信息数据的重要组成部分。将嵌入式单片机应用到电机控制系统能够有效降低能源消耗，在原有的基础上优化电机控制系统的相关性能。

1 嵌入式单片机的使用条件

嵌入式单片机是电机控制系统中不可或缺的部分，对电力控制系统的发展起着促进作用。嵌入式单片机对电机控制系统而言有着重要的意义，为了保证嵌入式单片机充分发挥出自身的使用价值，就需要在使用过程中保证电机控制系统能够正常运转，对电机转速、电机转向、换相顺序等方面进行分析与掌握，确保这些方面能够顺利运行。

1.1 注重对电机转速的分析，对电机转速进行合理的控制

电机转速控制过程较为简单，其利用到的原理也较为简明，其原理如下:系统可以收集由嵌入式单片机发出的脉冲信号，并对脉冲信号的频率进行分析，将这些数据通过电信号传递给系统核心，从而实现对电机转速进行控制。根据相关调查显示，对电机转速进行控制的方法主要有两种。第一种是，相关的技术人员在接收到信号之后，通过主观控制对嵌入式单片机的运转时间进行调整，从而改变脉冲信号频率，实现对转机的控制。这种方法费时较多，应用价值不高。第二种是，为了保证对脉冲信号进行及时而有效的控制，在原有的基础上安装定时器，并依据实际需求，调节定时器，从而对脉冲信号实现有效的控制。这种方法与第一种相比，能够节省时间，同时节省人力资源。

1.2 明确电机转向的原理，有效控制电机转向

电机转向的操作过程较为复杂，但其本身具有的原理却是固定的、简单的。电机转向将电机通电相序作为基础，在该基础之上，通过对相序的调整而实现电机转向工作。在控制过程中，工作人员需要明确电机转向的原理，通过合理的通电相序，实现对电机转向的控制功能。

1.3 掌握换相的方法，进一步对换相顺序进行控制

为了保证电机控制系统的正常运行，工作人员需要掌握电机换相的相关方法，利用电机换相的原理，实现对电机控制系统的控制。换相顺序与脉冲分配联系较为密切，可以说脉冲分配在一定程度上体现出了换相顺序。在脉冲分配过程中，主要有2种具体的做法。第一种是软件法，软件法可以有效地借助嵌入式单片机的优势，对所发出的脉冲信号进行收集与处理，然后再进行脉冲分配。但是软件法在实际使用的过程中，需要进行设定工作。第二种是硬件法，硬件法在控制换相顺序中应用了脉冲分配器芯片。将软件法与硬件法进行对比，不难发现，硬件法在一定程度上能够弥补软件法存在的缺陷，同时，在生产过程中，人们对硬件法的使用较多，因此硬件法的应用范围较为广泛。

2 嵌入式单片机在电机控制系统中的硬件应用

2.1 优化整体的硬件结构

电机控制系统主要由CPU控制芯片、电子转子位置传感器和驱动模块设计这三部分组成。在运行过程中所用到的原理是：首先，电子转子位置传感器检测实际位置并将电子转子的位置等相关数据传输到CPU控制芯片中，CPU控制芯片进一步将这些信息转换成电信号，通过信号传输，将这些信息呈递给驱动模块，之后驱动模块进一步处理这些信息将其转化为一个个的指令，使电机运行。在完成这一系列的流程之后，CPU控制芯片能够进一步监测运行的条件，并调节电机的转速，使其能够达到合适的运行效率。除此之外，CPU控制芯片还可以根据电子转子位置传感器所提供的信号进一步分析并计算出转子实际运行的转速与设定转速之间存在的差异，并将这些差异以电信号的方式传递给电机控制系统，从而实现闭环控制。

2.2 应用到电子转子位置检测电路中

霍尔位置传感器在运行过程中遵循以下原理：霍尔位置传感器通过转动部分与静止部分的相互协调共同完成监测工作。其中转动部分是指电机转轴和转子通过槽、齿挡光盘等相关的组件进行同步的转动，其中挡光盘通过槽齿部分对光线起到一个遮挡的作用，并依据产生的光差实现对高、低等信号的确认，从而对电机转子的实际位置进行监测。霍尔位置传感器在电机中的应用能够保证电机转子的位置被及时、准确的监测到，在此基础上，工作人员能够收集相关的监测信息，并对电机的转速进行调整，从而实现对电机的优化与整合，进一步提升电机控制系统的性能。

2.3 应用于硬件电路设计

嵌入式单片机应用系统的硬件电路设计可分为系统扩展和系统配置两大类。其中系统扩展是指嵌入式单片机内部的一些功能单位，例如中断系统、数字储存器等，当它们不能满足系统的实际需求时，可进行片外扩展，选择合适的芯片，通过设计相应的电路来满足系统需求。

2.4 应用于系统设计与研发

嵌入式单片机应用于系统设计与研发过程中，研究与开发的步骤大概分为以下三个阶段。第一个阶段是指提前的策划阶段，即确定嵌入式单片机的研发方向。在这个阶段中工作人员需要对项目的实际需求进行分析，确定好系统的具体设计以及估计设计能够做到哪种程度，同时对软件和硬件的设计内容进行一定的划分，寻找相关的资料，使设计能够变得更加具有预测性。第二个阶段是指实际的施工阶段。这一阶段主要是将硬件和软件的设计转变为现实的一个过程。这一过程较为复杂会受到多种因素的影响，需要将策划阶段的方案作为工作实施的基础，依据策划方案提供的设计概念以及设计图等，进一步设计出嵌入式单片机接口的电路芯片的相关数字电路，并完成模拟器中相关电路的设计工作。第三个阶段，是最后的验证阶段。这一阶段的工作较为简单，对硬件和软件的脱机进行最后的调试，并验证设计工作是否符合实际需求，形成一份完整的文档记录。

2.5 应用于系统运行、调试和维护过程中

系统在开发和利用的过程中离不开调试工作。调试能够及时弥补电机控制系统在运行过程中的不足，并规范一些不确定因素。通过调试工作，工作人员能够明确电机控制系统的实际运行状态，在一定程度上能够预测电机控制系统故障位点，并加以保护，从而降低电机控制系统发生故障的概率。调试工作可以根据调试对象的不同，划分为硬件调试和软件调试两种，其中硬件调试针对的是硬件，主要解决电路中存在的问题；软件调试针对的是软件，主要是对模拟仿真系统的修复，解决模拟仿真中的不安全因素引发的问题。相关工作人员应该对这2种方法进行融合，结合利用，以保证系统的顺利运行。

3 嵌入式单片机在电机控制系统中的软件应用

电机控制系统在实际运行过程中，会遇到多任务管理、多任务切换等情况，如何在短时间内完成多任务管理工作以及协调好多任务之间的关系十分重要。在电机控制系统中使用嵌入式单片机能够快速实现多任务管理操作，发挥出实时操作的优势。同时，嵌入式单片机也是电机控制系统内软件应用中不可缺少的部分。根据自身的实际需求，相关用户可以选择μ CLinux等一系列调度函数，对已经存在的任务进行处理，在处理过程中用户还能够根据实际情况完成对一些任务的切换，保证每个任务的优先顺序。主要有以下几个步骤:首先，需要对任务的等级进行测定，并按照优先顺序或者重要顺序排列；然后，对任务相关数据进行有效的处理；最后，通过驱动输出等相关的措施，实现对任务的完结。在最初的操作μCLinux应用过程，能够将一些数据初始化，在此基础上再提出新的任务，保证相关用户能够选择合适的函数，进一步协调任务调度等工作。除此之外，在电机控制系统中应用嵌入式单片机，能够在一定程度上改良故障报警功能，面对一些突发状况能够进行及时的提示与警报，提醒相关工作人员做好维护措施。

4 结语

综上所述，随着时代的不断发展，电机控制系统的相关性能已经得到了大幅提升，电机的控制系统离不开嵌入式单片机的应用。如何进一步提升嵌入式单片机的使用效率，还需要相关技术人员对其影响因素进行分析与研究，在此基础上，尽可能满足我国对电机控制系统的实际需求，设计出更加符合当前经济形势的系统。与此同时，相关技术人员可以对微处理芯片以及电机控制系统中智能化技术的应用进行深入挖掘，发挥二者的优势，从根本上提升电机控制系统的稳定性，有效节省成本。